plasurВопросы реконструктивной и пластической хирургииIssues of Reconstructive and Plastic Surgery1814-1471АНО "НИИ микрохирургии"10.52581/1814-1471/81/05plasur-85Research ArticleНОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИNEW TECHNOLOGIESРазработка биосовмести мых сверхэластичных материалов и имплантатов с памятью формы на основе никелида титана для создания высокоэффективных медицинских технологийDevelopment of biocompatible superelastic materials and shape memory implants based on titanium nickelide for the creation of highly effective medical technologieshttps://orcid.org/0000-0002-6803-5934ГюнтерВ. Э.GuntherV. E.

Гюнтер Виктор Эдуардович – заслуженный деятель науки РФ, д-р техн. наук, профессор кафедры физики металлов физического факультета

Россия, г. Томск, пр. Ленина, д. 36

Victor E. Gunther, Honored Scientist of the Russia, Dr. Techn. Sci., Professor, the Department of Physics of Metals, Physical Faculty

36, Lenin Ave., Tomsk, 634050, Russia

https://orcid.org/0000-0002-5705-4072ХодоренкоВ. Н.KhodorenkoV. N.

Ходоренко Валентина Николаевна – канд. физ.-мат. наук, ст. научн. сотрудник лаборатории медицинских материалов и имплантатов с памятью формы

Россия, 634050, г. Томск, пл. Новособорная, д. 1

Valentina N. Khodorenko, Cand. Phys.-Math. sci., Senior Researcher, the Laboratory of Medical Materials and Implants with the Memory of the Form

1, Novosobornaya Sq., Tomsk, 634050, Russia

hodor_val@mail.ruНациональный исследовательский Томский государственный университетРоссияNational Research Tomsk State UniversityRussian FederationСибирский физико-технический институт им. акад. В.Д. Кузнецова Национального исследовательского Томского государственного университетаРоссияSiberian Physical-Technical Institute named after acad. V.D. Kuznetsov, National Research Tomsk State UniversityRussian Federation2022250620222524556Copyright © Гюнтер В.Э., Ходоренко В.Н., 20222022Гюнтер В.Э., Ходоренко В.Н.Gunther V.E., Khodorenko V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://plasur.elpub.ru/jour/article/view/85

В статье представлены фундаментальные и прикладные исследования по новому направлению в науке и технике «Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы», имеющее мировой приоритет. Сформулированы основные направления разработки нового поколения совершенных биосовместимых сверхэластичных имплантируемых материалов и длительно функционирующих имплантатов с эффектом памяти формы на основе никелида титана. Представлены физические и биологические принципы создания нового класса этих материалов с определенным комплексом свойств для различных областей медицины с использованием технологий индукционной плавки, самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, спекания.

Среди созданных материалов большое значение представляют разработки сплавов для длительного функционирования в организме: монолитные эластичные, пористые и сверхтонкие пористо-проницаемые материалы, тканевые и текстильные материалы, изготовленные из тонких нитей на основе никелида титана. Выявлены основные медико-технические требования к новому классу имплантатов будущего. Определены критерии биомеханической совместимости металлических материалов в условиях деформационного воздействия в агрессивных тканевых средах. Сформулированы условия, при которых монолитные и пористые материалы проявляют оптимальные для имплантации свойства. Проведено комплексное исследование свойств клеточных инкубаторов из пористого никелида титана, выявлены морфологические характеристики и закономерности клеточного развития в пористой структуре объемных биоматериалов из никелида титана.

Охарактеризованы основные направления создания уникальных медицинских технологий на основе разработанных материалов. Описаны основы применения биосовместимых сверхэластичных материалов в различных областях медицины. Имплантируемые в организм материалы с памятью формы на основе никелида титана предназначены для применения в стоматологии, травматологии, хирургии, офтальмологии, сосудистой хирургии, онкологии в качестве имплантатов для остеосинтеза, эндопротезирования, замещения дефектов тканей, создания анастомозов и опорных каркасов органов.

The paper presents fundamental and applied research in a new direction in science and technology, which has a world priority – medical materials and implants with shape memory. The main directions of the development of a new generation of more advanced biocompatible superelastic implantable materials and long-term shape memory implants based on titanium nickelide are formulated. The physical, biological principles of creating a new class of biocompatible superelastic materials based on titanium nickelide with a certain set of properties for various fields of medicine using technologies of induction melting, self-propagating high-temperature synthesis, and sintering are presented.

Among the materials created, the development of alloys for long-term functioning in a living organism is of great importance: monolithic elastic, porous and ultra-thin porous-permeable materials, fabric and textile materials made of thin filaments based on titanium nickelide. The main medical and technical requirements for a new class of implants of the future have been identified. Criteria for the biomechanical compatibility of metallic materials under deformation conditions in aggressive tissue media have been determined. Conditions are formulated under which monolithic and porous materials exhibit properties that are optimal for implantation. A comprehensive study of the properties of cell incubators made of porous titanium nickelide was carried out, and the morphological characteristics and patterns of cell development in the porous structure of bulk biomaterials made of titanium nickelide were revealed.

The main directions of creation of unique medical technologies based on the developed materials are characterized. The principles of application of biocompatible superelastic materials in various fields of medicine are described. Titanium nickelide-based materials and implants with shape memory implanted into the body are intended for a wide range of medical purposes in dentistry, traumatology, surgery, ophthalmology, vascular surgery, oncology and other fields of medicine as implants for osteosynthesis, endoprosthetics, replacement of tissue defects, creating anastomoses and support frames of organs.

никелид титанаимплантатсверхэластичностьткани организмабиосовместимостьимплантацияtitanium nickelideimplantsuperelasticitytissuesbiocompatibilityimplantationReferencesГюнтер В.Э., Ходоренко В.Н., Чекалкин Т.Л. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Томск: МИЦ, 2011. 534 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера: в 14 т.; т. 1).Gunther V.E., Khodorenko V.N., Chekalkin T.L. et al. Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy [Medical materials and shape memory implants]. Tomsk, MITS Publ., 2011. 534 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 1 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E. Gyunter. Vol. 1]). (In Russ.).Ланшаков В.А., Гюнтер В.Э., Плоткин Г.Л. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Имплантаты с памятью формы в травматологии и ортопедии. Томск: МИЦ, 2010. 282 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера: в 14 т.; т. 2).Lanshakov V.A., Gunther V.E., Plotkin G.L. et al. Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy. Implantaty s pamyat’yu formy v travmatologii i ortopedii [Medical materials and shape memory implants. Shape memory implants in traumatology and orthopedics]. Tomsk, MITS Publ., 2010. 282 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 2 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E. Gyunter. Vol. 2]). (In Russ.).Фомичев Н.Г., Гюнтер В.Э., Луцик А.А. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Имплантаты с памятью формы в хирургии позвоночника. Томск: МИЦ, 2011. 374 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера: в 14 т.; т. 3).Fomichev N.G., Gunther V.E., Lutsik A.A. et al. Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy. Implantaty s pamyat’yu formy v khirurgii pozvonochnika. [Medical materials and shape memory implants. Shape memory implants in spinal surgery]. Tomsk, MITS Publ., 2011. 374 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 3 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E Gyunter. Vol. 3]). (In Russ.).Сысолятин П.Г., Гюнтер В.Э., Сысолятин С.П. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Имплантаты с памятью формы в челюстно-лицевой хирургии. Томск: МИЦ, 2012. 384 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера: в 14 т.; т. 4).Sysolyatin P.G., Gunther V.E., Sysolyatin S.P. et al. Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy. Implantaty s pamyat’yu formy v chelyustno-litsevoy khirurgii [Medical materials and shape memory implants. Shape memory implants in maxillofacial surgery]. Tomsk, MITS Publ., 2012. 384 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 4 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E. Gyunter. Vol. 4]). (In Russ.).Миргазизов М.З., Гюнтер В.Э., Галонский В.Г. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Материалы и имплантаты с памятью формы в стоматологии. Томск: МИЦ, 2011. 220 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера: в 14 т.; т. 5).Mirgazizov M.Z., Gunther V.E., Galonsky V.G. et al. Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy. Materialy i implantaty s pamyat’yu formy v stomatologii [Medical materials and shape memory implants. Shape memory materials and implants in dentistry] Tomsk, MITS Publ., 2011. 220 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 5 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E. Gyunter. Vol. 5]). (In Russ.).Бахаев В.В., Гюнтер В.Э., Дамбаев Г.Ц. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Имплантаты с памятью формы в гинекологии. Томск: МИЦ, 2010. 220 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера.: в 14 т.; т. 6).Bakhaev V.V., Gunther V.E., Dambayev G.Ts. et al. Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy. Implantaty s pamyat'yu formy v ginekologii [Medical materials and shape memory implants. Shape memory implants in gynecology]. Tomsk, MITS Publ, 2010. 220 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 6 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E. Gyunter. Vol. 6]). (In Russ.).Шкуратов С.И., Гюнтер В.Э., Дамбаев Г.Ц. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Имплантаты с памятью формы в урологии. Томск: МИЦ, 2009. 248 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера: в 14 т.; т. 7).Shkuratov S.I., Günther V.E., Dambayev G.Ts. et al. Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy. Implantaty s pamyat’yu formy v urologii [Medical materials and shape memory implants. Shape memory implants in urology. Vol. 7]. Tomsk, MITS Publ., 2009. 248 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 7 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E. Gyunter. Vol. 7]). (In Russ.).Звигинцев М.А., Гюнтер В.Э., Старосветский С.И. и др. Медицинские материалы с памятью формы при стоматологическом лечении больных сахарным диабетом. Томск: МИЦ, 2010. 168 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера: в 14 т.; т. 8).Zvigintsev M.A., Gunther V.E., Starosvetsky S.I. et al. Meditsinskiye materialy s pamyat’yu formy pri stomatologicheskom lechenii bol’nykh sakharnym diabetom [Medical materials with shape memory in the dental treatment of patients with diabetes mellitus]. Tomsk, MITS Publ., 2010. 168 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 8 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E. Gyunter. Vol. 8]). (In Russ.).Мельник Д.Д., Гюнтер В.Э., Дамбаев Г.Ц. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Пористо-проницаемые криоаппликаторы из никелида титана в медицине. Томск: МИЦ, 2010. 306 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера: в 14 т.; т. 9).Melnik D.D., Gunther V.E., Dambayev G.Ts. et al. Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat'yu formy. Poristopronitsayemyye krioapplikatory iz nikelida titana v meditsine [Medical materials and shape memory implants. Porous- permeable cryoapplicators from titanium nickelide in medicine. Vol. 9]. Tomsk, MITS Publ., 2010. 306 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 9 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E. Gyunter. Vol. 9]). (In Russ.).Ивченко О.А., Гюнтер В.Э., Дамбаев Г.Ц. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Имплантаты с памятью формы в сосудистой хирургии. Томск: МИЦ, 2012. 178 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера: в 14 т.; т. 10).Ivchenko O.A., Gunther V.E., Dambayev G.Ts. et al. Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy. Implantaty s pamyat'yu formy v sosudistoy khirurgii [Medical materials and shape memory implants. Shape memory implants in vascular surgery]. Tomsk, MITS Publ., 2012. 178 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 10 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E. Gyunter. Vol. 10]). (In Russ.).Дамбаев Г.Ц., Гюнтер В.Э., Зиганьшин Р.В. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Имплантаты с памятью формы в хирургии. Томск: МИЦ, 2012. 398 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера: в 14 т.; т. 11).Dambayev G.Ts., Gunther V.E., Ziganshin R.V. et al. Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy. Implantaty s pamyat’yu formy v khirurgii [Medical materials and shape memory implants. Shape memory implants in surgery. Vol. 11]. Tomsk, MITS Publ., 2012. 398 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 11 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E. Gyunter. Vol. 11)]. (In Russ.).Штофин С.Г., Гюнтер В.Э., Анищенко В.В. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Имплантаты с памятью формы в панкреатобилиарной хирургии. Томск: МИЦ, 2013. 126 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера: в 14 т.; т. 12).Shtofin S.G., Gunther V.E., Anishchenko V.V. et al. Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat'yu formy. Implantaty s pamyat'yu formy v pankreatobiliarnoy khirurgii [Medical materials and shape memory implants. Shape memory implants in pancreatobiliary surgery]. Tomsk, MITS Publ., 2013. 126 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 12 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E. Gyunter. Vol. 12]). (In Russ.).Чойнзонов Е.Л., Гюнтер В.Э., Мухаммедов М.Р. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Имплантаты с памятью формы в онкологии. Томск: МИЦ, 2013. 336 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера: в 14 т.; Т. 13).Choinzonov E.L., Gunther V.E., Mukhammedov M.R. et al. Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy. Implantaty s pamyat’yu formy v onkologii [Medical materials and shape memory implants. Shape memory implants in oncology]. Tomsk, MITS Publ., 2013. 336 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 13 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E. Gyunter. Vol. 13]). (In Russ.).Запускалов И.В., Гюнтер В.Э., Стеблюк А.Н. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Имплантаты с памятью формы в офтальмологии. Томск: МИЦ, 2012. 192 с. (Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы / под ред. В.Э. Гюнтера: в 14 т.; т. 14).Zapuskalov I.V., Gunther V.E., Steblyuk A.N. et al. Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy Implantaty s pamyat’yu formy v oftal’mologii [Medical materials and shape memory implants Shape memory implants in ophthalmology]. Tomsk, MITS Publ., 2012. 192 p. (Meditsinskiye materialy i implantaty s pamyat’yu formy: v 14 t.; t. 14 [Medical materials and shape memory implants: In 14 volumes. Ed. V.E. Gyunter. Vol. 14]). (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.