В НАН разработан метод упрочнения циркония для имплантатов

Название этого металла добрых ассоциаций у большинства из нас не вызывает. Ведь с чернобыльской поры невинный цирконий, а речь идет о нем, прописался в общественном сознании где-то рядом с радионуклидами — цезием и стронцием, так как часто вместе с ними упоминался. Правда, к мирному атому он имеет отношение только потому, что используется для изготовления оболочек топливных стержней, поскольку не задерживает нейтроны, выделяемые ядерным топливом. Но кто вдается в такие детали? Не добавила ему популярности и авария на японской "Фукусиме", где реакция циркония с перегретым водяным паром привела к выделению водорода и серии взрывов гремучего газа.

А между тем этот металл вместе с титаном, ниобием и танталом относится к числу исключительно дружественных для всего живого химических элементов. Он полностью биосовместим с тканями организма и исключительно стоек к воздействию биологических сред, имеет модуль упругости, близкий к такому показателю костных тканей. Кроме того, он не обладает магнитными свойствами, а потому не создает проблем при проведении некоторых видов медицинской диагностики и физиотерапевтических процедур. И если бы не его фатальная "закрытость", связанная с использованием в атомной энергетике, оборонной промышленности и авиационно-космической технике, а также с относительно высокой ценой, то он давно бы применялся в эндопротезировании при устранении последствий травм и болезней костей и суставов, в ортопедии, стоматологии.
Но время прихода циркония в медицину настало, считают ученые Объединенного института машиностроения Национальной академии наук Беларуси и объясняют: на рынке этого металла теперь достаточно много, а его высокая цена перестала играть определяющую роль, так как основные затраты сегодня приходятся на технологии производства имплантатов, возросшую оплату труда специалистов и оснащение операционных дорогостоящими приборами и оборудованием. Поэтому исследователи совместно с коллегами из Физико-технического института НАН Беларуси занялись устранением слабого места циркониевых сплавов — разработкой технологий повышения их прочности. Проект был профинансирован фондами фундаментальных исследований Беларуси и России и уже принес не только новые знания о структуре и свойствах упрочненного сплава циркония с ниобием, но и реальные перспективы его использования в медицинской практике двух стран.
— Особенность сплавов медицинского назначения заключается в том, что для их упрочнения нельзя использовать традиционные легирующие добавки, — поясняет начальник Центра структурных исследований и трибо-механических испытаний материалов Объединенного института машиностроения НАН Беларуси доктор физико-математических наук Владимир Кукареко. — Даже малые доли хрома, никеля, ванадия, алюминия и других, небезопасных для живого организма металлов, могут сыграть роковую роль и вызвать мощную аллергическую реакцию, так называемый металлоз. Поэтому для упрочнения сплава мы обратились к уникальному методу равноканального углового прессования, разработанному в Физико-техническом институте АН БССР еще в 80-е годы прошлого века, но не нашедшего применения в Советском Союзе из-за низкой инновационной культуры промышленности в прежние времена. Суть его заключается в том, что металлическая заготовка многократно продавливается через загнутый под прямым углом канал, в результате чего материал равномерно деформируется, а его прочностные свойства повышаются в 2—3 раза.
Метод оказался исключительно перспективным для упрочнения цветных металлов и сплавов. Совместно с коллегами из Физико-технического института НАН Беларуси, в частности, с ведущим научным сотрудником, кандидатом технических наук Владимиром Копыловым, и учеными Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук мы провели цикл исследований и экспериментов, что позволило установить оптимальные технологические режимы деформации и термической обработки цирконий-ниобиевого сплава. Его прочностные свойства удалось повысить в 1,6 раза по сравнению с исходным состоянием.
Сегодня исполнители проекта работают над упрочнением не только циркониевых сплавов, но и более традиционного для медицинского протезирования материала — титана. Область его применения в последнее время существенно расширяется, поскольку он практически не содержит нежелательных примесей. Дополняя интенсивную пластическую деформацию титана и циркония ионно-лучевым азотированием, разработанным в ФТИ НАН Беларуси под руководством члена-корреспондента Алексея Белого, ученым удается на порядок увеличивать износостойкость и циклическую долговечность перспективных биоматериалов.
Проектирование и испытание моделей экспериментальных титановых имплантатов ведется в центрах коллективного пользования Объединенного института машиностроения с применением методов компьютерного моделирования и самых современных технологий исследования структуры и свойств материалов. Работу значительно ускоряет то, что выполняется она под руководством специалистов, которые будут внедрять ее в медицинскую практику — кандидата медицинских наук Ричарда Сидоровича из Республиканского научно-практического центра неврологии и нейрохирургии, доктора медицинских наук Сергея Макаревича и кандидата медицинских наук Александра Ситника из Республиканского научно-практического центра травматологии и ортопедии. Активно участвуют в исследованиях и специалисты предприятия НП ООО "Медбиотех".
Одной из первых совместных разработок авторского коллектива станет динамический фиксатор поясничного отдела позвоночника. Разрабатываются также перспективные модели титановых имплантатов нового поколения, использующихся при переломах большой берцовой кости. В ближайшей перспективе новые имплантаты после прохождения полного цикла технических, санитарно-гигиенических и медицинских испытаний могут быть приняты для освоения их производства и выпуска опытно-промышленной партии на предприятии "Медбиотех".

Дмитрий ПАТЫКО, "Рэспубліка".