Когда речь идет о протезах, или просто о каком-то инородном материале, который нужно внедрить в человеческое тело, сразу же возникает вопрос, как этот материал будет с телом взаимодействовать.
Допустим, по механическим характеристикам он необычайно хорош, но одновременно очень токсичен. А если мы вдруг находим материал, который легко может «подружиться» с живыми тканями, то возникает другая проблема – он, оказывается, быстро изнашивается.
Исследователи из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» разработали материал, на основе которого можно создавать износостойкую и безопасную замену костям, суставам и мышцам.
Сейчас для искусственных суставов используют два материала: керамику и полиэтилен с очень длинными молекулами. Полиэтилен сильно выигрывает по ударной прочности, но износостойкость его ниже в сравнении с керамикой. Оказалось, что его можно укрепить углеродными нанотрубками, благодаря чему износостойкость повышается в два раза. Согласно расчетам, срок службы имплантата из такого модифицированного полиэтилена составит более 15 лет.
Замену кости из нового материала создали с помощью методов твердофазного смешивания и термопрессования, а для создания пор внутри использовали сверхкритическую жидкость. При определенных условиях она превращалась из воды в газ и испарялась, оставляя поры, содержание которых в материале составляет 80%. В результате получилась структура, похожая на настоящую кость: сплошная снаружи и пористая внутри.
По словам Федора Сенатова, который вместе с коллегами разработал этот материал, при всей износостойкости он прекрасно режется, что может быть очень кстати для хирургов; кроме того, новый полиэтилен запоминает форму, то есть если его сжать, а потом поместить в нужное место, он расправится. Эффект памяти формы позволит сократить время операции и сделать ее проще.
Новый полиэтилен можно использовать также при создании искусственных мышц – при охлаждении он уменьшается, а при нагреве расширяется, как бы имитируя сокращение и растяжение мускулов; правда, здесь еще нужно подробнее исследовать, как можно управлять такими мышцами, и как движения будут зависеть от внешней температуры. Материал планируется использовать не только для людей, но и создавать с его помощью более гибких роботов.
По материалам пресс-службы НИТУ «МИСиС».