Materiał dla implantów przyszłości

Grupa naukowców z Berkeley Lab opracowała materiał, który jest uważany za najtwardszy i najbardziej wytrzymały na świecie. Materiał ten nazywany jest szkłem metalowym (z ang. metallic glass) i wykonany jest ze stopu palladu i szkła. W skład materiału wchodzi 79% palladu, 3,5% srebra, 6% fosforu, 9,5 % krzemu oraz 2% germanu.

Implanty przyszłości – najlepszy materiał na implanty

Materiały szklane są wprawdzie z natury mocne, co wynika z braku mikrostruktury krystalicznej, jednak ich wadą jest duża kruchość, która często objawia się skrajnym brakiem odporności na zarysowania i pękaniem. W przeciwieństwie do zwykłych szkieł szkła metalowe posiadają zdolność do przesuwania powstających rys w postaci pasm i blokowaniu ich rozprzestrzeniania, a tym samym łączą w sobie zalety kruchych materiałów ceramicznych i skrajnie twardych metali. Wytworzony materiał amorficzny wykazuje wyjątkową odporność na zniszczenie, wykraczającą poza dotychczas osiągnięte parametry dla najtwardszych i najmocniejszych tworzyw. Szkło metalowe ze stopem palladu zostało poddane próbom na rozciąganie, gdzie wykazało zadowalające wyniki – dzięki temu wiadomo, że będzie ono mogło zostać zastosowane tam, gdzie oprócz twardości konieczna jest także odporność na działanie sił sprężystości. W momencie powstania rysy na materiale z metalowego szkła wytwarza się wiązka rys, które otaczają pęknięcie i zapobiegają jego rozprzestrzenianiu się. Szkło metalowe ze stopem palladu jest dzięki temu wysoce odporne na działanie czynników uszkadzających. Ze względu na udział stopu palladu w przedstawionym szkle metalowym jego zastosowanie na szeroką skalę jest jak na razie ograniczone. Medycyna wiąże wiele nadziei ze szkłami metalowymi; obecnie trwają badania nad zastosowaniem takich materiałów w implantologii, głównie jeśli chodzi o wspomaganie leczenia złamań kości, chociażby w postaci śrub łączących ich fragmenty. Jest bardzo prawdopodobne, według wypowiedzi Marios D. Demetriou – jednego z twórców materiału, że będzie on stosowany w produkcji  implantów zębowych oraz innych implantów stosowanych w medycynie, ponieważ koszty ich produkcji są bardzo wysokie, dzięki czemu zastosowanie tak drogiego materiału mogłoby zostać uzasadnione. Nowe twardsze i wytrzymalsze na działanie sił wszczepy mogłyby podnieść jakość życia pacjentów, u których zostałyby zastosowane, jednak, aby ocenić przydatność materiału konieczne jest uprzednie zbadanie jego wpływu na organizm oraz biozgodności z tkankami. Idealnie byłoby, gdyby opisywany biomateriał ulegał osseointegracji, podobnie jak związki tytanu, którymi pokrywa się obecnie stosowane implanty zębowe.

Źródło: Marios D. Demetriou, Maximilien E. Launey, Glenn Garrett, Joseph P. Schramm, Douglas C. Hofmann,William L. Johnson and Robert O. Ritchie, A damage-tolerant glass, Nature Materials 9.01.2011 | DOI: 10.1038/NMAT2930