Определение механических параметров и проницаемости пористых костных имплантатов из титанового сплава в условиях их взаимодействия с биологическими жидкостями

Технологии аддитивного производства позволяют изготавливать пористые имплантаты с механическими свойствами, эквивалентными таковым естественной кости. Вместе с тем возникает ряд новых задач, в том числе определение механических свойств таких структур. Исследование направлено на получение механических параметров пористого титанового сплава для костных имплантатов, в том числе в условиях их взаимодействия с биологическими жидкостями. Механические свойства были получены для девяти видов структур: по три вида пористости для каждого из трех видов направленности структуры. Рассмотренная пористость структур от 41-52 % лежит в диапазоне пористости губчатой кости. В результате экспериментов на одноосное сжатие был получен модуль Юнга от 10 до 22 ГПа и коэффициент Пуассона от 0,136 до 0,337. Модули Юнга стандартной 47%-ной пористости наиболее близки к модулям кортикальной кости 15-16 ГПа. Конфигурацию структуры с наименьшим модулем Юнга рекомендуется применять для изготовления имплантатов пациентам с высокой пористостью костных тканей. Также в экспериментах рассматривалось взаимодействие пористых структур с биологическими жидкостями. При одноосном сжатии до 5000 Н пороупругие эффекты не обнаружены для структур с заполнением порового пространства коллагеном. Для трёх видов пористости при ортогональной направленности структуры были проведены эксперименты на определение коэффициента проницаемости. Коэффициент проницаемости варьировался от 0,99∙10-10 до 3,6∙10-10 м2 для водного раствора глицерина, моделирующего кровь, и от 1,4∙10-10 до 2∙10-10 м2 для желатина, моделирующего формирование коллагена при первичной остеоинтеграции. Полученные результаты будут полезны при разработке новых подходов к моделированию пористых имплантатов в биомеханике.