В тематическом обзоре представлены актуальные исследования в области разработки и применения современных медицинских сплавов для биомедицинских целей. Основное внимание уделено новым материалам и технологиям их обработки, направленным на улучшение эксплуатационных и биосовместимых свойств имплантатов.
В обзоре рассмотрены следующие направления: разработка и исследование титановых композитов с улучшенными механическими характеристиками; создание наноструктурных магниевых сплавов для применения в челюстно-лицевой хирургии; модификация поверхности медицинских имплантатов импульсными электрофизическими методами; исследование биоразлагаемых сплавов на основе магния, железа и марганца; разработка антимикробных покрытий для медицинских изделий.
Особое внимание уделено методам обработки поверхности, влияющим на биосовместимость и механические свойства материалов. Представлены результаты исследований по созданию биоразлагаемых имплантатов, способных со временем рассасываться в организме, что исключает необходимость повторных операций.
Обзор содержит как фундаментальные исследования структуры и свойств материалов, так и прикладные разработки, направленные на практическое применение новых сплавов в медицинской практике.
Представлены документы из фонда РНТБ, а также аннотированные описания электронных ресурсов и ссылки на полные тексты.
С полными текстами статей можно ознакомиться в зале информационно-справочной службы, комната 613, и в читальном зале периодических изданий, комната 614. Телефон для справок +375 17 226 61 88.
Влияние деформационно-термической обработки на микроструктуру и механические свойства композитов на основе сплава TiNbZr, упрочненных боридами / М. С. Озеров, В. С. Соколовский, Е. А. Поволяева, Д. В. Тагиров // Композиты и наноструктуры. – 2025. – Т. 17, Вып. 1. – С. 1–9.
Методом вакуумно-дугового переплава получен композит TiNbZr/(Ti,Nb). Весовое количество TiB2 составило 0,7 вес.%. Для сравнения также был изготовлен неармированный сплав TiNbZr. Микроструктура композита TiNbZr/(Ti,Nb)B состояла из β матрицы TiNbZr и волокон (Ti,Nb)B. Бориды имели игольчатую форму со средним диаметром ~ 0,4 мкм. Объемная доля боридов в структуре составила ~ 2,5 %. Для исследования эволюции микроструктуры и механических свойств композита и неармированного сплава в ходе деформационно-термической обработки было выбрано состояние с 0,7 вес.% TiB2 после холодной прокатки на накопленную степень деформации 80% и подвергнуто отжигу в течение 30 минут при температурах 800, 900, 1000 и 1000°С. Для оценки влияния времени отжига образцы отжигали при 900°С в течение 15, 30, 60 и 600 минут. Показано, что фрагментированные волокна боридов сдерживают рост зерен в ходе рекристаллизационного отжига композита в широком интервале температур 800–1100°C и позволяют сформировать однородную стабильную рекристаллизованную структуру с размером зерен ~20 мкм, в отличие от неармированного сплава, в котором имеет место ярко выраженная неоднородность структуры на начальных этапах рекристаллизации с ростом зерна с 12 до 90 мкм. Микротвердость композита не изменилась после отжига 800°С и составила 270 HV. Повышение температуры отжига до 1000 и 1100°С привело к существенному росту микротвердости композита до 310 и 350 HV, соответственно.
Исследование влияния электролитно-плазменной обработки на качество поверхности, структуру и механические свойства перспективных биомедицинских титановых сплавов / С. А. Михлик, С. В. Конушкин, М. А. Волчихина [и др.] // Физика и химия обработки материалов. – 2025. – № 1. – С. 18–32.
Представлены результаты исследования влияния электролитно-плазменной полировки (ЭПП) на структуру и химический состав поверхностных слоев, а также механические свойства проволочных образцов сплавов ВТ1-00, ВТ6, Нб 1, Ti–26 ат. % Nb и Ti–23 ат. % Nb–5 ат. % Zr диаметром 1,6–0,6 мм. Установлено, что удаление дефектного поверхностного слоя значительной толщины при ЭПП приводит к снижению шероховатости и показателей прочности и росту пластичности. Показано, что ЭПП может рассматриваться как перспективный метод финишной обработки поверхности титановых сплавов, особенно новых сплавов биомедицинского назначения Ti–26 ат. % Nb и Ti–23 ат. % Nb–5 ат. % Zr.
Исследование и разработка наноструктурного магниевого сплава Mg–1%Zn–0.06%Cа для медицинского применения / А. В. Боткин, Е. П. Волкова, Г. Д. Худододова [и др.] // Наноиндустрия. – 2025. – № 1. – С. 70–79.
Представлены результаты использования комбинированной термомеханической обработки, включающей в себя равноканальное угловое прессование (РКУП) и последующую экструзию для получения длинномерных прутков из магниевого сплава Mg–1%Zn–0.06%Ca с ультрамелкозернистой структурой и повышенными механическими свойствами. С помощью проведенного компьютерного моделирования определены термомеханические условия: интервалы скоростей деформации, степени деформации и напряженно-деформированного состояния при РКУП и экструзии. Выполнено экспериментальное деформирование, исследована структура прутков, полученных комбинированной обработкой. Показано, что комбинированная обработка исходного гомогенизированного сплава, включающая РКУП и последующую экструзию, позволила сформировать УМЗ-структуру с размером зерна около 1 мкм и образование наноразмерных частиц, что обеспечило значительное повышение механических свойств сплава в прутках-заготовках, предназначенных для изготовления перспективных имплантатов в челюстно-лицевой хирургии.
Минько, Д. В. Порошковое модифицирование поверхности титановых имплантов импульсными электрофизическими методами : монография / Д. В. Минько. – Мн. : БНТУ, 2025. – 274 c.
Представлен обзор различных технологий модифицирования поверхности титана и титановых сплавов, применяемых для улучшения механических, химических и биологических свойств медицинских имплантатов. Приведены результаты исследований по изменению структуры и свойств поверхности титана путем импульсного воздействия электрического тока или лазерного излучения. Рассмотрены конструкции имплантатов с модифицированной порошком титана поверхностью, применяемые в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, ортопедии и травматологии, кардиологии. Показаны перспективы использования импульсных электрофизических методов для создания новых технологий инженерии поверхности имплантатов.
Роль импульсной электронно-пучковой обработки в формировании эксплуатационных свойств рабочих поверхностей изделий из титановых сплавов биомедицинского назначения / А. Г. Тихонов, И. А. Галецкий, Н. С. Улаханов [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2024. – № 1. – С. 20–25.
Представлены исследования влияния импульсной электронно-пучковой обработки на шероховатость поверхности образцов из титанового сплава ВТ-6, полученных двумя способами: механической обработкой проката и с помощью аддитивного производства. Установлено, что электронно-пучковая обработка позволяет снизить шероховатость поверхности заготовок из титановых сплавов в обоих случаях, что может быть важно при полировке малогабаритных изделий, в особенности изделий с низкой механической прочностью или отличающихся уникальным микрорельефом поверхности.
Синтез и исследование влияния соотношения сферических композитов TiO2–SiO2–P2O5/ZnO и TiO2–SiO2–P2O5/CaO на биосвойства / Е. С. Лютова, И. В. Седова, В. А. Ткачук, Л. П. Борило // Неорганические материалы. – 2025. – Т. 61, № 3/4. – С. 240–249.
Синтезированы сферические композиты TiO2–SiO2–P2O5/CaO и TiO2–SiO2–P2O5/ZnO золь–гель-методом и методом пропитки с различным соотношением (содержание TiO2–SiO2–P2O5/ZnO варьировалось от 10 до 40 мас. %). Сферические композиты получены на основе катионитов Токем-100 и Токем-250. Макропористый катионит Токем-250 обладает большей избирательной способностью к ионам Са2+ и Zn2+, чем катионит Токем-100, что дает возможность использовать его для получения биоматериалов. Отмечено, что каркас сферических композитов имеет состав TiO2–SiO2–P2O5, а внутренняя часть заполнена оксидом кальция или цинка. После ступенчатой обработки композитов (60, 150, 250, 350 °C – по 30 мин при каждой температуре, 600 °C – 6 ч, 800 °C – 1 ч) на поверхности фиксируются активные центры (Si4+, Ti4+), необходимые для осаждения и формирования кальций-фосфатного слоя. Установлено, что соотношение композитов TiO2–SiO2–P2O5/CaO : TiO2–SiO2–P2O5/ZnO = 90 : 10 мас. % благоприятно влияет на свойства материалов, которые могут быть рекомендованы для дальнейших исследований.
Сравнительная характеристика антимикробных свойств покрытия диоксида титана в форме анатаз на поверхности титана и его сплавов / Т. В. Царева, Е. В. Ипполитов, М. Г. Козодаев [и др.] // Клиническая стоматология. – 2025. – Т. 28, № 1. – С. 186–195. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=80557872 (дата обращения: 05.01.2026).
Использованы микробиологические и молекулярно-биологические методы, а также методы статистического анализа для количественной оценки микробной адгезии in vitro к образцам материалов. Исследованы образцы титана Grade 4 (ASTM F67) и сплавов различного состава Ti6Al4V (ASTM F136)/Ti6Al7Nb (ASTM F1295) с различной обработкой поверхности, которые могут быть использованы для ортопедического лечения. Проведена сравнительная оценка адгезии санитарно-значимых микроорганизмов (например, S. aureus, E. coli) и анаэробных бактерий к исследуемым образцам. Наиболее низкий уровень адгезии наблюдался на образцах Ti6Al4V с покрытием TiO2, что указывает на их бактерицидные и фунгицидные свойства. Образцы, содержащие ниобий (Ti6Al7Nb), показали избирательные антиадгезивные свойства, что подтверждает их активность в отношении жизнеспособных клеток микробов.
Corrosion properties and cytotoxicity of hot-extruded Mg–Zn–Y–Mn biodegradable alloys / V. E. Bazhenov, A. V. Li, V. A. Bautin [et al.] // JOM. – 2025. – Vol. 77, № 6. – P. 4363–4373.
Переведенное заглавие: Коррозионные свойства и цитотоксичность горячеэкструдированных биоразлагаемых сплавов Mg–Zn–Y–Mn.
Изучено влияние содержания Y и Zn и температуры экструзии на коррозионные свойства сплавов Mg–Y–Zn–Mn, имеющих атомное соотношение Y/Zn, близкое к 1,5. Коррозионные свойства определены количественно с помощью иммерсионных и поляризационных испытаний на коррозию в растворе Хэнкса, и была отмечена высокая коррозионная стойкость сплавов. Сплав Mg–Y–Zn–Mn протестирован на цитотоксичность на клетках MG63, и цитотоксичность не обнаружена. Анализ состава экстракта показал, что после 6–10-кратного разведения уровень легирующих элементов в экстракте либо близок к нормальному суточному уровню для человека, либо ниже его. Сплав Mg–3,4 мас.% Y–1,7 мас.% Zn–0,8 мас.% Mn (Mg–1,0 ат.% Y–0,6 ат.% Zn–0,4 ат.% Mn) после экструзии при температуре 450°C продемонстрировал скорость коррозии 0,17 мм/год и не обладает цитотоксичностью. Вышеприведенные данные свидетельствуют о том, что данный сплав – оптимальный материал для использования в производстве ортопедических имплантатов.
Effect of extrusion ratio on mechanical and in vitro degradation properties of Mg–Zn–Ca microtubes for biodegradable vascular stents / Jaeseong Kim, Hasik Kim, Hwa-Chul Jung [et al.] // JOM. – 2025. – Vol. 77, № 6. – P. 4393–4401.
Переведенное заглавие: Влияние коэффициента экструзии на механические свойства и способность к разложению in vitro микротрубок из сплава Mg–Zn–Ca и их использование для создания биоразлагаемых сосудистых стентов.
Изучено влияние степени экструзии на механические свойства и характер разложения in vitro микротрубок из сплава Mg–1Zn–0.1Ca (ZX101) для биоразлагаемых сосудистых стентов. Для изготовления микротрубок с наружным диаметром 3,5 мм и 2,1 мм и толщиной стенок 250 мкм и 200 мкм соответственно была использована двухэтапная прямая экструзия. По мере увеличения степени экструзии точность размеров по наружному диаметру улучшалась, в то время как по внутреннему диаметру наблюдалось снижение. По мере увеличения коэффициента экструзии с 57:1 до 121:1 свойства экструдированных микротрубочек ZX101 при растяжении улучшались за счет измельчения зерен. Увеличение степени экструзии привело к ускорению биодеградации. Данные результаты подтверждают ключевую взаимосвязь между микроструктурой, механическими свойствами и биодеградацией при разработке биодеградируемых стентов на основе Mg.
Montufar, E. B. Bone response to biodegradable metals and in vitro evaluation of the cytocompatibility / E. B. Montufar // JOM. – 2025. – Vol. 77, № 6. – P. 4473–4492.
Переведенное заглавие: Реакция костной ткани на биоразлагаемые металлы и оценка цитосовместимость in vitro.
Рассмотрено взаимодействие между биоразлагаемыми металлическими имплантатами и костной тканью. Описаны семейства биоразлагаемых металлов и механизмы их деградации, при этом особое внимание уделено зависимости реакции на инородное тело от времени и местной воспалительной реакции. Представлены современные методы оценки биологической безопасности, остеогенных свойств и воспалительных реакций in vitro. Предложены стратегии контроля деградации биоразлагаемых металлов и более точного воспроизведения костной ткани, которые потенциально могут обеспечить более точную деградацию in vitro и определение биологических характеристик, уменьшая зависимость от экспериментов in vivo.
Past, present, and future of Fe–Mg bioresorbable alloys for medical applications / R. G. Estrada, N. S. Fagali, M. Multigner, M. Lieblich // JOM. – 2025. – Vol. 77, № 6. – P. 4445–4455.
Переведенное заглавие: Медицинские биорезорбируемые сплавы Fe–Mg: прошлое, настоящее и будущее.
Исследована комбинация двух металлов, Fe и Mg, и возможность изучения сплавов Fe–Mg. Отличительной особенностью систем Fe–Mg является их взаимная несмешиваемость в термодинамическом равновесии, что создает значительные трудности при обработке и объясняет, почему сплавы Fe–Mg были относительно неисследованы. Однако именно эта несмешиваемость дает возможность достичь метастабильного состояния, которое усиливает деградацию.
Two-month in vitro degradation of 3D-printed biodegradable FeMnC alloys for biomedical applications / Abdelhakim Cherqaoui, Quang Nguyen Cao, Carlo Paternoster [et al.] // JOM. – 2025. – Vol. 77, № 6. – P. 4414–4429.
Переведенное заглавие: Двухмесячное разложение in vitro биоразлагаемых сплавов FeMnC, напечатанных на 3D-принтере и применение их в биомедицине.
За последнее десятилетие биорезорбируемые имплантаты на основе железа и марганца привлекли внимание специалистов благодаря своим отличным механическим свойствам, включая пластичность и прочность, а также их способности разрушаться в течение средне- и длительных периодов заживления, что устраняет необходимость во вторичных операциях по удалению имплантата. Однако их медленное разрушение в физиологических условиях ограничивает их практическое применение, особенно для имплантатов, подверженных кратковременному разрушению. Изучен процесс разрушения сплавов FeMnC, напечатанных на 3D-принтере, полученных методом лазерной сварки в порошковом слое с использованием объемной плотности энергии от 75 дж/мм3 до 87 дж/мм3. Взаимосвязь между микроструктурой и скоростью разрушения была изучена с использование растровой электронной микроскопии, рентгеновской дифрактометрии, дифракции обратно рассеянных электронов и статических испытаний погружением в модифицированный раствор Хэнкса в течение 60 дней. Рентгенография подтвердила наличие полностью аустенитной микроструктуры при любых условиях, в то время как СЭМ и дифракция обратно рассеянных электронов выявили улучшенные структуры по всему сплаву. Сплав, напечатанный при давлении 87 Дж/мм3, продемонстрировал самую низкую скорость разрушения за оба периода погружения, составив около 0,04 мм/год через 14 дней и 0,03 мм/год через 60 дней.
Вы можете заказать представленные на выставке издания, используя форму. Мы забронируем их для вас и сообщим, в каком читальном зале они будут доступны.
Заказать издания может только читатель РНТБ.
Вы также можете заказать фрагменты полных текстов, воспользовавшись услугой электронная доставка документов либо услугой электронный абонемент (услуги платные).