DOI:

10.37988/1811-153X_2025_3_112

Сравнение прототипов мембран из титанового сплава Ti6Al4V для устранения дефектов кости, изготовленных методом лазерного спекания и электронно-лучевой плавки

Загрузки

Авторы

  • А.А. Долгалев 1, д.м.н., профессор, профессор кафедры стоматологии общей практики и детской стоматологии
    ORCID: 0000-0002-6352-6750, AuthorID: 831419
  • А.М. Налчаджян 2, аспирант кафедры челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии
    ORCID: 0000-0002-6741-4916, AuthorID: 1209393
  • А.А. Мураев 2, д.м.н., профессор кафедры челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии
    ORCID: 0000-0003-3982-5512, AuthorID: 611838
  • Ю.С. Петронюк 3, к.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории акустической микроскопии
    ORCID: 0000-0002-9187-5288, AuthorID: 121068
  • Е.А. Храмцова 3, м.н.с. лаборатории акустической микроскопии
    ORCID: 0000-0003-1104-8109, AuthorID: 166773
  • А.Е. Крупнин 4, научный сотрудник лаборатории полимерных материалов
    ORCID: 0000-0002-5674-4143, AuthorID: 876980
  • Д.З. Чониашвили 5, к.м.н., доцент кафедры терапевтической, хирургической и детской стоматологии, декан медицинского факультета
    ORCID: 0000-0003-4218-1359, AuthorID: 861655
  • С.Ю. Иванов 2, 6, член-корр. РАН, д.м.н., профессор, зав. кафедрой челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии; зав. кафедрой челюстно-лицевой хирургии
    ORCID: 0000-0001-5458-0192, AuthorID: 615227
  • 1 СтГМУ, 355017, Ставрополь, Россия
  • 2 РУДН, 117198, Москва, Россия
  • 3 Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, 119334, Москва, Россия
  • 4 НИЦ «Курчатовский институт», 123182, Москва, Россия
  • 5 СОГУ, 362025, Владикавказ, Россия
  • 6 Первый МГМУ им. И.М. Сеченова, 119991, Москва, Россия

Аннотация

В данной работе представлен сравнительный анализ микроструктуры и механических свойств мембран для направленной костой регенерации, изготовленных из порошкового титанового сплава Ti6Al4V с использованием технологии 3D-печати. Для изготовления образцов применялись два различных метода: прямое лазерное спекание металлов (DMLS) и электронно-лучевая плавка (EBM). Пластины размером 30×10×1 мм были сформированы из слоев толщиной 30 мкм. Морфология поверхности образцов была исследована на микро- и макроуровнях методом сканирующей электронной (SEM) и импульсной акустической (SIAM) микроскопии. Биосовместимость оценивали in vitro на культурах мезенхимальных стволовых клеток (МСК) и in vivo на лабораторных животных. Механические свойства оценивались методом трехточечного изгиба, что выявило различия в глубине профиля поверхности — 100 и 150 мкм для DMLS и EBM соответственно. Согласно результатам механических испытаний, изготовленные по технологии DMLS образцы продемонстрировали более высокую прочность (2180±20,7 МПа) и модуль упругости (53 449±200 МПа), чем EBM-образцы — 1500±26,1 и 25 632,6±125 МПа соответственно. Было отмечено, что более активная пролиферация мезенхимальных стволовых клеток наблюдалась in vitro в образцах DMLS. Реакция костной ткани на оба типа титановых имплантатов была хорошей с высоким уровнем остеоинтеграции, что было подтверждено рентгеновской микротомографией (µКТ).

Ключевые слова:

направленная костная регенерация, титановый сплав, лазерное спекание металлов, титан Ti6Al4V, зубной имплантат, электронно-лучевая плавка, пористая микроструктура

Для цитирования

[1]
Долгалев А.А., Налчаджян А.М., Мураев А.А., Петронюк Ю.С., Храмцова Е.А., Крупнин А.Е., Чониашвили Д.З., Иванов С.Ю. Сравнение прототипов мембран из титанового сплава Ti6Al4V для устранения дефектов кости, изготовленных методом лазерного спекания и электронно-лучевой плавки. — Клиническая стоматология. — 2025; 28 (3): 112—118. DOI: 10.37988/1811-153X_2025_3_112

Список литературы

  1. Degidi M., Scarano A., Piattelli A. Regeneration of the alveolar crest using titanium micromesh with autologous bone and a resorbable membrane. J Oral Implantol. 2003; 29 (2): 86—90. PMID: 12760452
  2. Tumedei M., Mijiritsky E., Mourão C.F., Piattelli A., Degidi M., Mangano C., Iezzi G. Histological and biological response to different types of biomaterials: A narrative single research center experience over three decades. Int J Environ Res Public Health. 2022; 19 (13): 7942. PMID: 35805602
  3. Bayliss L., Mahoney D.J., Monk P. Normal bone physiology, remodelling and its hormonal regulation. Surgery (Oxford). 2012; 30 (2): 47—53. DOI: 10.1016/j.mpsur.2011.12.009
  4. Sumner D.R., Turner T.M., Igloria R., Urban R.M., Galante J.O. Functional adaptation and ingrowth of bone vary as a function of hip implant stiffness. J Biomech. 1998; 31 (10): 909—17. PMID: 9840756
  5. Alvarez K., Nakajima H. Metallic scaffolds for bone regeneration. Materials. 2009; 3: 790—832. DOI: 10.3390/ma2030790
  6. Motyka M., Sieniawski J., Ziaja W. Microstructural aspects of superplasticity in Ti6Al4V alloy. Materials Science and Engineering: A. 2014; 599: 57—63. DOI: 10.1016/j.msea.2014.01.067
  7. Didier P., Piotrowski B., Fischer M., Laheurte P. Mechanical stability of custom-made implants: Numerical study of anatomical device and low elastic Young’s modulus alloy. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017; 74: 399—409. PMID: 28254310
  8. Han Q., Wang C., Chen H., Zhao X., Wang J. Porous tantalum and titanium in orthopedics: A review. ACS Biomater Sci Eng. 2019; 5 (11): 5798—5824. PMID: 33405672
  9. Olkhov A.A., Staroverova O.V., Iordanskii A.L., Rogovina S.Z., Berlin A.A., Bonartsev A.P., Zharkova I.I., Sklyanchuk E.D., Ishchenko A.A. Structure and properties of ultrathin poly-(3-hydroxybutirate) fibers modified by silicon and titanium dioxide particles. Polymer Science, Series D. 2015; 2: 100—109. DOI: 10.1134/S1995421215020124
  10. Niinomi M., Boehlert C.J. Titanium alloys for biomedical applications. In: Niinomi M., Narushima T., Nakai M. (eds) Advances in metallic biomaterials. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2015. Pp. 179—213. DOI: 10.1007/978-3-662-46836-4_8
  11. Sorgente D., Palumbo G., Piccininni A., Guglielmi P., Aksenov S.A. Investigation on the thickness distribution of highly customized titanium biomedical implants manufactured by superplastic forming. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2018; 20: 29—35. DOI: 10.1016/j.cirpj.2017.09.004
  12. Munir K., Lin J., Wright P.F.A., Ozan S., Li Y., Wen C. Mechanical, corrosion, nanotribological, and biocompatibility properties of equal channel angular pressed Ti-28Nb-35.4Zr alloys for biomedical applications. Acta Biomater. 2022; 149: 387—398. PMID: 35817341
  13. Goriainov V., Cook R., M Latham J., G Dunlop D., Oreffo R.O. Bone and metal: an orthopaedic perspective on osseointegration of metals. Acta Biomater. 2014; 10 (10): 4043—57. PMID: 24932769
  14. Prasad K., Bazaka O., Chua M., Rochford M., Fedrick L., Spoor J., Symes R., Tieppo M., Collins C., Cao A., Markwell D., Ostrikov K.K., Bazaka K. Metallic biomaterials: Current challenges and opportunities. Materials (Basel). 2017; 10 (8): 884. PMID: 28773240
  15. Prakasam M., Locs J., Salma-Ancane K., Loca D., Largeteau A., Berzina-Cimdina L. Biodegradable materials and metallic implants — A review. J Funct Biomater. 2017; 8 (4): 44. PMID: 28954399
  16. Kulikova A.A., Dymnikov A.B., Ivanov S.Yu., Muraev A.A., Tumanyan G.A. [Research Per-Ingvar Brånemark in the field of osseointegration and bone regeneration (review, part 1)]. Clinical Dentistry (Russia). 2021; 2: 72—76 (In Russian). eLIBRARY ID: 46322604 19
  17. Ronzhin D.A., Grigoriyants A.G., Kholopov A.A. Influence of technological parameters on the metal structure of produced by direct metal deposition vt6 titanium powder. BMSTU Journal of Mechanical Engineering. 2022; 9 (750): 30—42 (In Russian). eLIBRARY ID: 49515567
  18. Păcurar R., Berce P., Petrilak A., Nemeş O., Borzan C.Ş.M., Harničárová M., Păcurar A. Selective laser sintering of PA 2200 for hip implant applications: Finite element analysis, process optimization, morphological and mechanical characterization. Materials (Basel). 2021; 14 (15): 4240. PMID: 34361433
  19. Petronyuk Y.S., Khramtsova E.A., Levin V.M., Bonartsev A.P., Voinova V.I., Bonartseva G.A., Muraev A.A., Asfarov T.F., Guseynov N.A. Developing techniques of acoustic microscopy for monitoring processes of osteogenesis in regenerative medicine. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2020; 6: 653—656. DOI: 10.3103/S1062873820060179
  20. Schneider C.A., Rasband W.S., Eliceiri K.W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat Methods. 2012; 9 (7): 671—5. PMID: 22930834 23
  21. Leo Kumar S.P., Avinash D. Review on effect of Ti-alloy processing techniques on surface-integrity for biomedical application. Materials and Manufacturing Processes. 2020; 8: 869—892. DOI: 10.1080/10426914.2020.1748195
  22. Hussein M.O., Alruthea M.S. Evaluation of bone-implant interface stress and strain using heterogeneous mandibular bone properties based on different empirical correlations. Eur J Dent. 2021; 15 (3): 454—462. PMID: 33511598
  23. Le Guéhennec L., Soueidan A., Layrolle P., Amouriq Y. Surface treatments of titanium dental implants for rapid osseointegration. Dent Mater. 2007; 23 (7): 844—54. PMID: 16904738

Загрузки

Поступила

12.04.2025

Принята

14.08.2025

Опубликовано

21.09.2025