Регистрация / Вход
Прислать материал

«Создание биосовместимых материалов на
основе титана и его интерметаллидов для разработки и производства
биологически и механически совместимых имплантатов для ортопедии и
травматологии»

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0124
Организация
МАИ
Руководитель работ
Ильин Александр Анатольевич
Продолжительность работ
2009 - 2011, 26 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Внебюджетные средства
3 млн

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
АО "Имплант МТ"

Этапы проекта

1
15.06.2009 - 30.09.2009
1. Наименование разрабатываемой продукции
Образцы материалов на основе титана, титана с металлокерамическим (TiN) поверхностным слоем, пористым поверхностным слоем, биоактивным покрытием, образцы материалов на основе интерметаллида титана TiN с памятью формы для имплантатов. Образцы материалов на основе титана для хирургических инструментов. Опытные партии эндопротезов тазобедренного и коленного суставов, пластин для накостного остеосинтеза. Рабочая конструкторская и технологическая документация для опытных образцов имплантатов и инструментов для их установки. Методики по технологии установки имплантатов.
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на первом этапе, в том числе: разработанные виды продукции (веществ/устройств/программных продуктов/технологий/методов и результатов исследований) с указанием их характеристик, полученных, в том числе, по результатам испытаний, оценка соответствия этих характеристик требованиям задания.
В соответствии с Календарным планом и Техническим заданием на этапе дано обоснование технических и медицинских требований к материалам, имплантатам и инструментам для их установки применительно к эндопротезам тазобедренного и коленного суставов для первичной, ревизионной и онкологической артропластики, а также пластин для накостного остеосинтеза. Проведен обоснованный выбор типов конструкций имплантатов для замещения дефектов элементов опорно-двигательного аппарата человека, а также выбор конструкций и материалов для изготовления специальных инструментов для установки имплантатов.
Для достижения этих целей были рассмотрены анатомические особенности и биомеханические характеристики тазобедренного и коленного суставов, строение и физико-механические свойства костной ткани. Проанализированы мировой опыт эндопротезостроения, основные типы существующих конструкций эндопротезов, клинический опыт их применения, достоинства и недостатки. Сформулированы технические и медицинские требования, предъявляемые в настоящее время к имплантатам. Установлены основные характеристики типов конструкций эндопротезов и пластин для остеосинтеза для дальнейших исследований и разработки конкретных изделий, технологий их производства и применения.
Дан сравнительный анализ металлических материалов (нержавеющей стали, сплавов системы Co-Cr-Mo, титановых сплавов), применяемых для изготовления компонентов имплантатов, по биологической совместимости (коррозионной стойкости, токсичности) и физико-механическим свойствам. Сделан вывод, что по комплексу биологических и механических свойств наилучшим материалом для силовых имплантируемых конструкций являются титановые сплавы. Показаны основные недостатки, ограничивающие их применение в конструкциях эндопротезов: низкая износостойкость в парах трения, отслоение пористых остеоинтегрирующих покрытий, низкое сопротивление усталости в литом состоянии – для эндопротезов, чрезмерная жесткость – для пластин, неудовлетворительные режущие свойства – для инструментов. Показано, что эти недостатки могут быть устранены применением инновационных технологий, разработанных в МАТИ – термоводородной обработкой и вакуумным ионно-плазменным азотированием, а также применением для изготовления пластин сплава на основе никелида титана.
Сформулированы технические и медицинские требования к титановым сплавам, имплантатам и инструментам, которые будут выполнены в результате НИР и обеспечат использование только титановых сплавов при изготовлении металлических компонентов эндопротезов (в том числе узлов трения) и инструментов, никелида титана при изготовлении пластин. Это позволит создать в рамках НИР имплантаты, превосходящие по ряду эксплутационных свойств и надежности известные мировые аналоги.
2.2. Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.
Новизна применяемых решений состоит в следующем.
Впервые будут созданы эндопротезы, все силовые компоненты которых, включая узлы трения, будут изготовлены из титановых сплавов, обеспечена их работоспособность не менее 10 лет и более высокие функциональные свойства, био- и механическая совместимость по сравнению с мировыми аналогами.
Впервые будут созданы пластины для накостного остеосинтеза из никелида титана с более высокой механической совместимостью по сравнению с применяемыми в настоящее время.
Впервые будут разработаны хирургические режущие инструменты из титановых сплавов.
2.3. Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе.
Особенностью методологии исследований на отчетном этапе является их проведение в соответствии с принципами и положениями концепции проектирования, производства и применения биологически и механически совместимых имплантатов и материалов на основе титана. Это обеспечивает развитие концепции и соответствует целям и задачам научно-образовательного центра МАТИ-ЦИТО «Биологически и механически совместимые материалы и имплантаты».
2.4. Объекты интеллектуальной собственности, созданные на отчетном этапе.
Создание на отчетном этапе объектов интеллектуальной собственности не планировалось.
3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция).
Полученные на отчетном этапе результаты могут быть использованы в материаловедении, биомедицинской инженерии, на предприятиях медицинской промышленности и других высокотехнологичных отраслей, а также в организациях здравоохранения.
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Результаты НИР, полученные на отчетном этапе, внедрены в образовательный процесс подготовки бакалавров и магистров по направлениям 150600 «Материаловедение и технология новых материалов» и 200300 «Биомедицинская инженерия» в виде разделов лекционных курсов и лабораторных работ, связанных со структурой и свойствами биосовместимых материалов, вопросами биомеханики и анатомии, магистерских диссертационных работ и выпускных работ бакалавров. Результаты НИР использованы также при подготовке одной докторской и двух кандидатских диссертаций.
3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.
Полученные на отчетном этапе результаты позволяют прогнозировать не менее чем 20% увеличение количества магистерских диссертационных работ и выпускных работ бакалавров, связанных с тематикой выполняемой НИР, с последующим закреплением выпускников в сфере науки и образования путем зачисления в аспирантуру и привлечения к научной и научно-педагогической деятельности.

4. Выводы
Работы, выполненные на отчетном этапе, по объему и содержанию полностью соответствуют календарному плану и техническому заданию и создают надежную, достоверную и достаточно информативную базу для успешного выполнения последующих этапов.
Развернуть
2
01.10.2009 - 15.12.2009
В соответствии с Календарным планом на основе проведенного анализа научно-технической литературы и собственных результатов предварительных исследований, получена информация, необходимая для определения направлений решения задач, поставленных в Техническом задании – выбора оптимальных систем легирования, химического состава титановых сплавов для имплантатов различного функционального назначения. Проведены патентные исследования. Проведен выбор и дано обоснование технических решений по созданию технологий получения и обработки материалов на основе титана для биологически и механически совместимых имплантатов. Выбрана и обоснована технология вакуумного ионного азотирования для изготовления инструментов из титановых сплавов для установки имплантатов.
Развернуть
3
01.01.2010 - 30.06.2010
Разработка технологий
получения микро-,
субмикро- и
нанокристаллической
объемной структуры
материалов на основе
титана и его
интерметаллидов.
Разработка технологий
получения
биосовместимых
покрытий и композитных
наноразмерных
градиентных структур.
Экспериментальная
проверка обеспечения
биосовместимости на
образцах из материалов
на основе титана и его
интерметаллидов,
полученных по
выбранным технологиям,
включая определение
токсичности и физико-
механических свойств.
Выбор и
экспериментальная
проверка технологий
получения и обработки
материалов для
изготовления
инструментов для
установки имплантатов.
Развернуть
4
01.07.2010 - 15.12.2010
Математическое
моделирование
механического поведения
биотехнических систем с
имплантатами.
Материаловедческая
проработка основных
вопросов технологий
изготовления
имплантатов.
Разработка научно-
методических
материалов к
образовательным
программам подготовки
магистров 200300.68
«Биомедицинская
инженерия»,
специализация
«Материалы и
технологии в
травматологии и
ортопедии» и 210600.68
«Нанотехнологии».
Внедрение результатов
НИР в образовательный
процесс.
Обоснование и выбор
основных
конструктивных
элементов имплантатов.
Обоснование и выбор
основных
конструктивных
элементов инструментов.
Материаловедческая
проработка основных
технологий изготовления
инструментов.
Развернуть
5
01.01.2011 - 30.04.2011
Разработка чертежей
общих видов,
технологической
документации для
изготовления и
испытания макетов
изделий.
Испытание макетов для
проверки
работоспособности
основных
конструктивных
элементов имплантатов.
Обоснование и выбор
методов контроля
качества имплантатов.
Изготовление макетов
для проверки
работоспособности
основных
конструктивных
элементов имплантатов.
Изготовление и
испытания макетов
медицинских
инструментов.
Развернуть
6
01.05.2011 - 31.08.2011
Разработка
конструкторской и
технологической
документации,
предназначенной для
изготовления и
испытания опытных
образцов (опытной
партии) имплантатов из
материалов на основе
титана и его
интерметаллидов.
Разработка
хирургической методики
установки имплантатов.
Предварительные
испытания опытных
образцов имплантатов
(опытной партии).
Корректировка
конструкторской и
технологической
документации по
результатам
изготовления и
предварительных
испытаний опытных
образцов (опытной
партии) имплантатов с
присвоением документам
литеры «о».
Разработка научно-
методических
материалов для
методического
обеспечения
образовательных
программ подготовки
магистров 200300.68
«Биомедицинская
инженерия»,
специализация
«Материалы и
технологии в
травматологии и
ортопедии» и 210600.68
«Нанотехнологии».
Проведение технико-
экономической оценки
полученных результатов.
Изготовление опытных
образцов имплантатов
(опытной партии).
Разработка
конструкторской и
технологической
документации,
предназначенной для
испытаний опытных
образцов (опытной
партии) инструментов.
Изготовление и
предварительные
испытания опытных
образцов (опытной
партии) инструментов
для установки
имплантатов.
Корректировка
конструкторской и
, технологической
документации по
•результатам
изготовления и
предварительных
.испытаний опытных
образцов (опытной
партии) инструментов с
присвоением документам
литеры «О».
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Тема
Биосовместимые имплантаты для эндопротезирования коленного сустава и сухожильно-связочных структур.
Продолжительность работ
2009, 8 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Количество заявок
2
Тема
«Разработка экспериментальных образцов наноструктурированных биосовместимых покрытий с контролируемыми топографией, пористостью и составом поверхности на основе металлических и металлокерамических материалов для создания костных имплантатов».
Продолжительность работ
2011 - 2012, 19 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
5
Тема
Разработка и подготовка промышленного освоения технических ферментных препаратов для целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности, биосвязующих и биологически совместимых пластиков, отвечающих современному мировому уровню развития биотехнологии и промышленной микробиологии.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
120 млн
Количество заявок
6
Тема
«Компьютерное моделирование, виртуальные разработка и функциональное тестирование особенностей поведения (биосовместимость и механические свойства) биосовместимых металлических наноматериалов».
Продолжительность работ
2011 - 2013, 29 мес.
Бюджетные средства
90 млн
Количество заявок
1
Тема
Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области организации промышленного производства стоматологических имплантатов, в том числе из субмикрокристаллического титана, и технологий их изготовления для жизнеобеспечения и защиты человека.
Продолжительность работ
2009, 8 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Количество заявок
3