Титановые имплантанты с «узором»

Нанокристаллический титан благодаря своим исключительным механическим свойствам — сочетанию прочности с суперпластичностью — находит всё новые приложения, в том числе как материал для имплантов: пластин для черепа, зубных протезов, разных стержневых конструкций.

Сотрудники Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) вместе с коллегами из Белгородского государственного университета и Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН предложили новый метод модификации поверхности титана — облучение очень короткими, фемтосекундными (1 фемтосекунда = 10-15с) лазерными импульсами. На обработанной таким способом поверхности появляются периодические структуры с характерными субмикронными и мультимикронными размерами. Образующиеся при лазерной обработке нано- и микротекстуры создают «инкубатор», благоприятную среду для остеобластов — клеток, синтезирующих материал костной ткани. Титан с подобным рельефом обладает лучшей биосовместимостью, что весьма важно для имплантатов.

Сформировать поверхностную нано- и микротекстуру и при этом сохранить исходно присущую материалу объёмную нанокристалическую структуру — такую задачу очень сложно решить традиционными методами обработки. Например, при плазменном травлении или отжиге материала прогревается довольно толстый поверхностный слой. В результате нанокристаллы спекаются или сплавляются и появляются более крупные кристаллы микронных размеров, что сильно ухудшает механические свойства титана. При воздействии ультракоротких лазерных импульсов за счёт их высокой пиковой мощности до высоких температур нагревается за очень короткое время только тонкий поверхностный слой. После этого поглощённая материалом энергия начинает распространяться в глубь материала, температура поверхности быстро падает, структура поверхности замораживается до следующего лазерного импульса без нежелательного спекания нанокристаллитов.

Образующаяся при лазерной обработке наноструктурированная поверхность представляет собой хорошо выраженные одномерные решётки с характерным шагом 70—600 нм.