Подготовка и характеристика романа как

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 11874 (2022) Цитировать эту статью

1047 доступов

5 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Титан и его сплавы являются наиболее часто используемыми металлическими биоматериалами в устройствах благодаря превосходному сочетанию химических и механических свойств, биосовместимости и нетоксичности для организма человека. Однако доступные в настоящее время сплавы все еще имеют ряд проблем, таких как цитотоксичность Al и V и высокие значения модуля упругости по сравнению с человеческой костью. Сплавы β-типа по сравнению со сплавами Ti типа α и (α + β)-типа имеют меньший модуль упругости и более высокую механическую прочность. Затем разрабатываются новые биомедицинские сплавы β-типа с нецитотоксичными легирующими элементами, такими как Mo и Nb. Поэтому сплавы системы Ti-5Mo-xNb были приготовлены методом аргонодуговой плавки. Химический состав оценивали с помощью ЭДС-анализа, измерения плотности проводили методом Архимеда. Методами рентгеновской дифракции, оптической и сканирующей электронной микроскопии получены структура и микроструктура сплавов. Были проанализированы значения микротвердости, а также проведены тесты МТТ и кристаллического фиолетового для оценки их цитотоксичности. С увеличением концентрации Nb присутствие фазы β-Ti также увеличивается, при этом сплав Ti-5Mo-30Nb представляет собой одну фазу β-Ti. Напротив, с добавкой Nb микротвердость сплавов снижается, за исключением сплава Ti-5Mo-10Nb, у которого микротвердость увеличивается, вероятно, за счет выделения ω-фазы. Биологические испытания in vitro показали, что сплавы не цитотоксичны.

В настоящее время во всем мире увеличивается число пожилых людей. Следовательно, потребность в материалах для замены твердых тканей, таких как имплантаты бедра и колена, также увеличивается, чтобы обеспечить лучшее качество жизни и клиническое лечение возрастных заболеваний1,2. Благодаря своим превосходным свойствам, таким как высокая механическая прочность, хорошая устойчивость к коррозии, низкий модуль упругости и отличная биосовместимость, сплавы Ti широко используются в биомедицинских приложениях3. В качестве материалов для имплантатов широко используются сплавы CP-Ti и Ti-6Al-4 V4. Однако исследования показали, что ионы V цитотоксичны и могут вызывать побочные реакции в организме, а ионы Al могут вызывать неврологические расстройства, такие как болезнь Альцгеймера2,5. Поэтому разрабатываются новые сплавы без Al и V, сохраняющие уже известные свойства сплавов Ti. Чтобы решить эту проблему, используются нетоксичные и неаллергенные β-стабилизирующие элементы, такие как Та, Zn, Sn, Nb и Mo. Из этих элементов получают сплавы Ti с высокой механической прочностью и низким модулем упругости6.

Хотя некоторые исследования показывают, что высвобождение ионов Mo может быть токсичным7,8, другие показывают, что сплавы Ti, содержащие Mo, обладают превосходной биосовместимостью9, например Ti-15Mo10, Ti-15Mo-5Mn11 и Ti-12Mo-6Zr-2Fe (TMZF)12. . Другие исследования показали, что сплавы Ti, содержащие Mo, обладают хорошей механической совместимостью13, например Ti-Mo14 и Ti-Mo-Ta15. Кроме того, Картега и др.16, Оливейра и др.17 и Чжоу и др.18 показали, что сплавы Ti-Mo обладают превосходной коррозионной стойкостью к искусственным биологическим жидкостям13. Другие исследования показали, что сплавы Ti-Mo-Nb обладают хорошими механическими свойствами, коррозионной стойкостью19,20,21 и адекватной биосовместимостью in vitro22. Мо также является сильно β-стабилизирующим элементом. Следовательно, высокие концентрации могут привести к увеличению энергии связи атомов, что имеет тенденцию к увеличению модуля упругости сплавов23. Таким образом, из-за небольшого количества исследований тройных сплавов Ti-Mo-Nb с низкой концентрацией Mo, варьируя содержание Nb от низкого до высокого и стремясь избежать увеличения модуля упругости сплавов и возможной цитотоксичности Mo было выбрано для работы только с 5% по весу элемента Mo в сплавах.

Кроме того, Бразилия обладает около 90% мировых запасов ниобия, что составляет около 95% мирового производства. Таким образом, с экономической и стратегической точки зрения крайне важно инвестировать в исследования, связанные с обработкой и разработкой сплавов, содержащих ниобий, поскольку Бразилия лидирует в мировых запасах этого металла24,25.