Учёные из Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН совместно с коллегами установили, что добавление кремния в сплавы на основе железа приблизительно вдвое ускоряет их растворение. Такое влияние связано с изменением фазового состава материала при деформировании под высоким давлением, что происходит благодаря кремнию. Эти данные открывают новые возможности для применения железных сплавов в качестве временных биодеградируемых имплантатов. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе РАН.
Разработка сплавов, которые постепенно разрушаются в организме, сейчас особенно важна для медицины. Биодеградируемые имплантаты не требуют повторного хирургического вмешательства для удаления, что значительно сокращает время восстановления пациентов. Однако выбор безопасных элементов-добавок в такие сплавы ограничен. При этом именно эти добавки могут влиять на скорость растворения материала и придавать сплавам дополнительные полезные свойства, например, антибактериальные.
В исследовании изучали влияние кремния и высокого давления на микроструктуру и скорость биодеградации сплавов железа с марганцем. Образцы обрабатывали кручением при экстремальном давлении, в 60 тысяч раз превышающем атмосферное, при разных температурах.
Эксперименты показали, что кремний активизирует мартенситное превращение — перестройку атомной структуры, при которой все атомы смещаются одновременно на небольшое расстояние. При комнатной температуре кремний обеспечивал полное мартенситное превращение, тогда как без него доля мартенсита была лишь 94,5 %. При температуре 300 °C без кремния превращение отсутствовало, а с кремнием мартенситная фаза составляла 81,5 %.
Мартенситная структура, сформированная благодаря кремнию, удваивает скорость деградации сплава: с 0,25 миллиметра в год до примерно 0,5 миллиметра. Эта скорость достаточна для того, чтобы имплантат растворился в организме за 1–2 года. При этом биосовместимость нового сплава подтвердили — его воздействие на клетки крови мышей оказалось безопасным.
Таким образом, открытие ускоряющего влияния кремния на биодеградацию железных сплавов способствует созданию эффективных временных имплантатов с необходимым сроком растворения и хорошей совместимостью с живыми тканями.
Учёные исследуют изотопно-модифицированные кристаллы для электроники. Полученные данные о свойствах кристаллов будут представлены потенциальным заказчикам, что позволит оценить их возможности в современных электронных устройствах.