Zliatina na báze kobaltu a chrómu napodobňuje pružnosť ľudských kostí a je mimoriadne odolná voči opotrebovaniu. V budúcnosti tak môže nahradiť dnes v ortopédii bežne používané zliatiny, a zmierniť tým ťažkosti, ktoré pacientom implantáty spôsobujú. Objav sa dočkal publikácie vo vedeckom časopise Advanced Materials.
Nová zliatina označovaná ako CCAS (zo skratiek prvkov Co-Cr-Al-Si, teda kobaltu, chrómu, hliníka a kremíka) má vlastnosti, ktoré ju predurčujú ako ideálny materiál na výrobu kostných náhrad. Objavili ju vedci z Ústavu termomechaniky AV ČR v spolupráci s odborníkmi z japonskej Univerzity Tohoku a Japonskej agentúry pre atómovú energiu.
„Zliatinu pripravili v Japonsku. My sme zaisťovali predovšetkým meranie jej pružnosti,“ opisuje Hanuš Seiner z Ústavu termomechaniky AV ČR, jeden z autorov objavu. „Naše svetovo unikátne zariadenie presne meria extrémne malé deformácie. Pre predstavu, na zaťaženie materiálu pri testoch sme používali ultrazvukové vlny,“ dodáva.
Čítajte aj Česká vedkyňa so svojim tímom objavila proteín, ktorý opravuje kúsky DNA. Posunie liečbu rakoviny?
Vedci sa pri príprave zliatiny na báze kobaltu a chrómu zamerali na zníženie rozdielu v ohybnosti medzi ľudskou kosťou a kovom. Tá je ovplyvňovaná orientáciou kryštálov kovových prvkov v štruktúre. Vytvorili teda kovové monokryštály s veľkosťou niekoľkých centimetrov, a to s presne danou priestorovou orientáciou.
Počas testov vykázala nová zliatina až 17 % ohybnosť, kedy sa po záťaži vrátila bez deformácie do pôvodného tvaru. To je dvojnásobná hodnota oproti dnes používaným materiálom na báze niklu. Zároveň ale vykazuje veľmi nízky modul pružnosti, teda pomer medzi napätím a ním vyvolanou deformáciou. „Naša zliatina je zo všetkých materiálov vyvíjaných na účely kostných náhrad najbližšie tomu, ako sa správajú skutočné kosti,“ zhrnul význam objavu Hanuš Seiner.
Ideálny materiál bez kompromisov
Kovové kostné implantáty pozná medicína už od začiatku 20. storočia. Tie súčasné sa vyrábajú z takzvaných biomateriálov, teda zliatin, ktoré ľudské telo neodmieta a ktoré svojimi vlastnosťami imitujú živé tkanivo.
Čítajte aj Umelá inteligencia vie z pišťania kuriatok určiť, či sú spokojné
Dnes používané zliatiny kostných náhrad sú síce odolné a pevné, ale oproti samotným kostiam, ku ktorým sú pripevnené, sú menej flexibilné. Nerovnomerné rozloženie sily pri namáhaní môže u niektorých pacientov viesť k degradácii okolitých kostí. Typickým dôsledkom je osteoporóza. Tá je zapríčinená úbytkom a rednutím kostnej drene a spôsobuje, že niektoré časti skeletu sú potom náchylnejšie k zlomeninám.
Na druhej strane existujú moderné biomateriály, ktoré sa svojou flexibilitou kostiam podobajú. Ich nevýhoda je ale úplne opačná, majú nižnú odolnosť. Vedci teda vyvíjajú také zliatiny, ktoré predstavujú určitý kompromis: sú pevné, trvanlivé a odolné, ale ohybné zároveň.
Materiály, ktoré vynikajú oboma požadovanými vlastnosťami, sa bežne používajú. Napríklad zliatina niklu a titánu nachádza svoje využitie v stomatológii a dentálnej chirurgii. Sú z nej vyrobené napríklad drôty pevných strojčekov. Problém ale tkvie v použitom prvku niklu. Pacient na neho môže mať alergickú reakciu. Pri experimentoch so zliatinami, v ktorých bol tento prvok nahradený, materiály svoju pružnosť stratili.
Z laboratórií až na operačné sály
Českí a japonskí vedci teraz chcú vlastnosti novej zliatiny dôkladnejšie preštudovať a detailne popísať mechanizmy jej správania. Dúfajú, že poznatky z týchto experimentov a meraní napomôžu ďalšiemu vývoju kovových materiálov v budúcnosti. A to nielen na využitie v medicíne.
Čítajte aj Evolúcia na dne pohára alebo ako sme sa naučili piť mlieko bez bolestí brucha
Samotnú zliatinu CCAS čaká z laboratórií na chirurgické sály ešte dlhá cesta. „Je potrebné, aby prešla regulárnym klinickým výskumom,“ pripomína Hanuš Seiner. „Je pred ňou celý proces, na ktorého konci sa bude môcť zaradiť medzi bežne používané materiály kostných náhrad,“ uzatvára.
Zdroj: Jan Hanáček, Divízia vonkajších vzťahov SSČ AV ČR