Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали способ повышения прочности титановых зубных имплантов и ускорения их срастания с костной тканью.
Разработка позволит выпускать более надежные отечественные конструкции, которые быстрее приживаются, реже вызывают осложнения, а за счет меньших размеров делают операцию менее травматичной. Об этом сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
«Ученые ПНИПУ впервые в России изучили, как обрабатывать нанотитан, чтобы получить идеальную поверхность для срастания с костью, — рассказали в министерстве. — Они подобрали режимы обработки, при которых неровности на поверхности снижаются вдвое, а прочность вырастает в 2,5 раза. Доля костной ткани в месте соединения достигает 74–76% — это выше, чем у стандартных имплантов».
Разработка особенно важна для челюстно-лицевой хирургии, где требуются маленькие, но очень прочные импланты, которые не отторгаются организмом и быстро срастаются с костью. Чистый титан хорошо приживается, но он достаточно мягкий и по прочности уступает титановым сплавам, что критично для зон с высокой жевательной нагрузкой. Сплавы тверже, но содержат добавки других металлов — алюминия или ванадия, которые могут вызывать аллергию и воспаление. Чтобы сделать чистый титан прочнее, можно не добавлять посторонние металлы, а изменить структуру материала, максимально измельчив его зерна. Этот новый подход позволяет сохранить химическую чистоту титана и значительно увеличить его твердость.
Для сравнения ученые взяли обычные титановые образцы диаметром 5 мм с размером зерен около 5 микрометров (это примерно в 20 раз тоньше человеческого волоса) и образцы из нанотитана, изготовленные вместе с коллегами из Уфимского университета науки и технологий. Заготовки несколько раз продавливали через специальную установку с изгибом под высоким давлением. «В результате многократной обработки зерна металла ломались и измельчались: их размер уменьшился более чем 40 раз — с 5 микрометров до 120 нанометров», — рассказал декан механико-технологического факультета ПНИПУ, доктор технических наук Михаил Песин.
Исследователи измерили неровности поверхности, проверили, есть ли дефекты, насколько равномерно идет обработка и как ведет себя нанотитан по сравнению с обычным. Это позволило понять, при каких настройках получается подходящий микрорельеф, на который потом будут крепиться костные клетки.
«Мы подобрали оптимальные настройки для обработки нанотитана: скорость 25,4 метра в минуту, подачу 0,06 мм на оборот и глубину резания 0,3 мм, — добавил Песин. — Благодаря этому его неровности оказались в два раза меньше, чем у обычного титана при тех же параметрах. Твердость выросла в 1,2 раза, а прочность на разрыв стала в 2,5 раза выше, чем у исходного материала. Поверхность нанотитана получилась ровной и гладкой, без дефектов и микротрещин».
Испытания на живых организмах подтвердили безопасность нанотитана, созданного по подобранным режимам. По словам ученых, материал не вызывает аллергии или воспалений, костная ткань нарастает на нем активно: ее доля в месте контакта достигает 74–76%, тогда как у большинства стандартных имплантов этот показатель обычно не превышает 65–70%. При этом соединительной ткани, которая мешает приживлению, вокруг нанотитана оказалось всего 2–3%. Чем меньше такой прослойки, тем прочнее имплант срастается с костью.
