Forskare från National University of Science and Technology (MISIS) utvecklade ett unikt hybridbenimplantat, vars kärna är gjord av porös polyeten med ultrahög molekylvikt, och skalet är gjort av polyetereterketon. Tack vare kombinationen av de unika egenskaperna hos de två polymererna, det var möjligt att skapa ett implantat som imiterar benstrukturen och som dessutom är förstärkt för att öka styrkan och elasticiteten. Dessutom, när materialförbrukningen minskar, kostnaden för ett sådant implantat kommer att vara lägre än för analoger. Artikeln om forskningsresultaten publiceras i Material Bokstäver .

Ultrahögmolekylär polyeten (UHMWPE) och polyetereterketon (PEEK) är bland de mest använda materialen inom ortopedi. Var och en av dem har en viss uppsättning egenskaper, och materialvalet baseras främst på vilken typ av bendefekt som ska elimineras. Således, UHMWPE används traditionellt vid ledersättning, och PEEK på grund av sin större styrka, används främst vid ryggradskirurgi. Dessutom, PEEK är ett ganska dyrt material, så det används mindre ofta än UHMWPE.

Forskare från Center of Composite Materials (NUST MISIS) tillämpade den tidigare utvecklade tekniken för bildning av porösa biomimetiska material och genomförde en experimentell jämförande analys av de mekaniska egenskaperna hos modifierad UHMWPE och PEEK. Som ett resultat, de föreslog ett grundläggande nytt hybridmaterial som kombinerar de användbara egenskaperna hos båda polymererna.

"Vi har arbetat med UHMWPE under ganska lång tid. Tydligen, PEEK är relativt nytt för oss. På grund av det faktum att vi försökte imitera naturlig porös benstruktur i implantat gjorda av UHMWPE, vi bestämde oss för att också göra detta med PEEK. Nästa, vi testade och jämförde materialens kompressionsegenskaper, "sa Fedor Senatov, Ph.D., chef för forskargruppen.

Dock, den höga hårdheten hos PEEK hade en negativ inverkan på den porösa modifieringen av materialet:även om PEEK visade goda egenskaper vid kompressionstest, det visade sig att när man skär (och under installation av implantatet måste kirurgen "justera" det under kanten av defekten) börjar det smulas sönder. Smulor i området för implantation är oacceptabla, så forskare bestämde sig för att försöka skapa en hybrid som bara skulle behålla de fördelaktiga egenskaperna hos båda polymererna. Detta är särskilt intressant ur synvinkeln på imitation av själva benets struktur, för i kärnan (trabekulär delen) är den bara mjukare, och på skalet (kortikal del) är hårdare.

"Vi har skapat ett cylindriskt hybridimplantat, vilken kärna och skal är tillverkade av mjuk porös UHMWPE respektive hård icke-porös PEEK. Tester av den mekaniska styrkan hos implantatet visade att dess egenskaper nästan helt motsvarar det normala mänskliga benet:det trabekulära benet har elasticitetsmodul från 0,001 GPa till 0,002 GPa, och den porösa UHMWPE har cirka 0,002 GPa; kortikalt ben har en elasticitetsmodul på cirka 11 GPa, och PEEK har cirka 9 GPa, " konstaterar Alexander Chubrik, 4:e årsstudent och medförfattare till forskningen.

Imitationen av det mänskliga benet är inte den enda fördelen med implantatet:dessutom, den porösa delen tillåter benet att "penetrera" implantatet. Det betyder att över tid, fästplattorna kan tas bort, och implantatet kommer redan att bete sig som ett ben. Dessutom, på grund av att konsumtionen av PEEK kommer att minska, sådana implantat kommer att vara billigare.

Forskare fortsätter forskningen i två riktningar:de testar hybridmaterialet in vivo, och arbeta med att fästa biokeramiken på implantatytan för att påskynda regenereringen i det ersatta benområdet.