Исследователи из Делфтского технического университета разрабатывают костные имплантаты нового типа с использованием ауксетичных метаматериалов. Необычные, контринтуитивные свойства таких эндопротезов, печатаемых на 3D-принтерах, повышают приживаемость и долговечность, а заодно помогают предотвращать воспаления.

 

    Метаматериалы определяются как искусственные структуры со свойствами, не встречающимися в природе. Ауксетики же представляют собой материалы с отрицательным коэффициентом Пуассона. Если проще, то при растяжении ауксетиков происходит увеличение площади поперечного сечения, то есть материал не «худеет», а наоборот «толстеет».

 

 

 

    Команда нидерландских ученых под руководством профессора Амира Задпура решила применить концепцию ауксетичных метаматериалов в проектировании и аддитивном производстве усовершенствованных костных имплантатов, способных снижать нагрузку на скелет и избегать проблем с отторжением. В первую очередь рассматриваются эндопротезы тазобедренного сустава. Возникающие при ходьбе нагрузки могут приводить к деформации эндопротеза, а это в свою очередь чревато отсоединением имплантата от кости, особенно на ранних стадиях остеоинтеграции. Еще один момент заключается в том, что роль хряща, покрывающего головку бедра, обычно играют полимерные насадки. Постоянное трение неизбежно приводит к износу, а частицы, попадающие в образовавшийся между имплантатом и костью зазор, могут вызывать воспаления.

 

 

 

 

    Ученые считают, что за счет использования ауксетичных структур в комбинации с обычными материалами можно точно манипулировать деформационным поведением эндопротезов и добиваться более плотного прилегания имплантата к кости. Ключевую роль здесь играют технологии 3D-печати, ведь ауксетичные характеристики обуславливаются особенностями сложного геометрического строения имплантатов, недостижимого обычными производственными методами. Ожидается, что за счет снижения нагрузок и износа усовершенствованные эндопротезы будут демонстрировать более высокую долговечность в сравнении с существующими вариантами, в лучшем случае сохраняющими полную функциональность в течение двадцати лет.

 

 

 

 

    Опытные имплантаты изготавливаются из порошковых титановых сплавов с использованием технологии селективного лазерного наплавления (SLM). В настоящее время идет подготовка к проведению лабораторных экспериментов на животных.