В ТГУ налаживают акустический контроль имплантата
Учёные Тольяттинского госуниверситета нашли способ проверять качество магниевых имплантатов по звуку, который металл издаёт при сжатии. Метод позволит контролировать сплавы прямо на производстве, без дорогих лабораторных анализов. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Магниевые сплавы используют для изготовления хирургических спиц, винтов и пластин, которые не нужно удалять после того, как сломанная кость срослась. Они лёгкие, прочные, а главное – способны постепенно растворяться в организме и выводиться из него, не оставляя следа. Но у магния капризный характер.
– Его кристаллическая решётка устроена так, что при обработке – ковке, прокатке или экструзии – в материале возникает текстурная анизотропия, из-за чего свойства сплава начинают сильно зависеть от того, с какой стороны и как надавить. В результате при производстве мы рискуем получить заготовку, которая станет слишком хрупкой или, будет растворяться слишком быстро, – поясняет директор Научно-исследовательского института прогрессивных технологий (НИИПТ) ТГУ Дмитрий Мерсон.
Авторы работы исследовали сплав ZX10 (система Mg-Zn-Ca) собственной разработки в пяти разных состояниях: от простого литья до сложной термомеханической обработки. Образцы сжимали в разных направлениях, а рядом, на расстоянии двух сантиметров от металла, установили высокочувствительный датчик. Он улавливал акустические сигналы в широком диапазоне частот. Частота записи – два миллиона значений в секунду, так что ни один всплеск энергии не остался незамеченным.
Проведя эксперименты, учёные выяснили, что мощность акустического сигнала зависит от того, как кристаллы развёрнуты относительно направления сжатия. Раньше считалось, что главное – размер зёрен. Если кристаллы правильного размера и «смотрят» в правильную сторону, металл звучит «слаженно» и «чисто». Если нет – звук «рваный» или «слабый», это верный показатель того, что структура сформировалась неудачно.
– Сейчас, чтобы оценить качество сплава, нужно резать образец, шлифовать, травить кислотами и рассматривать под дорогим микроскопом. Это занимает очень много времени, – говорит Дмитрий Мерсон. – Наш новый метод упрощает процесс многократно: поставил образец, сжал, записал звук – и сразу понятно, всё ли в порядке. Если звук слишком тихий, значит, кристаллы «зажаты», и заготовка получилась жёсткой и хрупкой. Если звук слишком мощный, возможно, материал перегрели, и он будет слишком мягким.
Такой способ контроля делает технологию производства медицинских имплантатов более предсказуемой, а значит снижает риски для пациентов.
Коллектив учёных планирует адаптировать метод для онлайн-мониторинга процессов горячей деформации и расширить спектр исследуемых сплавов.
Результаты своего исследования специалисты НИИПТ ТГУ отразили в статье, которую опубликовал Russian Journal of Non-Ferrous Metals – это ведущий научный журнал, специализирующийся на металлургии цветных металлов и сплавов.
Справка
Исследования, связанные с магниевыми сплавами медицинского назначения, Тольяттинский госуниверситет ведёт в рамках Передовой инженерной школы «ГибридТех». На площадке университетского технопарка налажено первое в России серийное производство биорезорбируемых имплантатов MgSorb в коллаборации с индустриальным партнёром – ООО «Медицинская торговая компания». Освоен выпуск 60 типоразмеров компрессионных и кортикальных винтов и спиц, которые поставляются в ведущие клиники страны – от Калининграда до Южно-Сахалинска. В 2026 году планируется выпустить 18 тысяч магниевых имплантатов, а в перспективе нарастить объём до 30 тысяч изделий в год.