Слабое место найдено и усилено: как изменится срок службы суставных протезов

Надёжность эндопротезов тазобедренного сустава напрямую влияет на качество жизни пациентов, особенно тех, кто сохраняет высокую физическую активность. Одна из ключевых проблем таких конструкций связана с разрушением керамических элементов при нагрузках.

Фото: Generated by AI by DALL·E 3 by OpenAI is licensed under Free for commercial use

Новый материал

В Национальном исследовательском ядерном университете МИФИ предложили новую технологию пайки композитной керамики и титана. Она направлена на повышение прочности эндопротеза тазобедренного сустава, головка которого ранее могла трескаться при интенсивных нагрузках, включая прыжки и резкие движения.

В чём заключалась проблема протезов

Конструкция эндопротеза предполагает соединение керамической подвижной головки с ножкой из титанового сплава. При этом керамика, несмотря на износостойкость, обладает низкой ударной прочностью. В условиях повышенной активности это становилось критическим фактором риска повреждения.

Одним из возможных решений считалась установка металлической втулки внутри керамической головки. Такая втулка должна была служить демпфирующим звеном между керамикой и металлом. Однако реализация этого подхода упиралась в сложность и дороговизну существующих технологий пайки, сообщает Газета.Ru.

Почему золото оказалось тупиковым решением

До настоящего времени для получения биосовместимых паянных соединений широко использовалась пайка чистым золотом. Этот метод надёжен с точки зрения коррозионной стойкости и совместимости с организмом, но имеет серьёзные технологические ограничения.

"Сейчас единственный широко используемый метод получения биосовместимых паянных соединений — это пайка чистым золотом. Это очень дорого, но зато это гарантированно работает", — рассказал представитель научной группы, доцент НИЯУ МИФИ Иван Федотов.

Высокая температура плавления золота приводила к риску растрескивания керамики при охлаждении, что сводило на нет преимущества метода при массовом применении.

Новая технология и её возможности

Разработанная в МИФИ технология состоит из трёх этапов: лазерного нанесения насечек на керамическую поверхность, покрытия её порошком гидрида титана и использования нового припоя на основе титана, циркония и кобальта. Такой припой значительно дешевле золота и плавится при температуре около 880 градусов.

Снижение температуры пайки уменьшает вероятность повреждения керамических элементов и повышает надёжность соединения. По оценке разработчиков, технология может применяться не только в эндопротезах тазобедренного сустава, но и при создании других имплантатов — зубных, зрительных, слуховых, а также некоторых медицинских инструментов.