Vật liệu titan nano mở hướng chế tạo thiết bị cấy ghép chỉnh hình trong nước

<p>Vật liệu cấy ghép xương không chỉ cần chắc, bền mà còn phải có đặc tính cơ học phù hợp với xương tự nhiên để hạn chế nguy cơ tiêu xương và giúp thiết bị hoạt động ổn định lâu dài. Từ yêu cầu này, các nhà khoa học Việt Nam đã phát triển vật liệu nền titan gia cường nano và chế tạo thử vít, nẹp xương phục vụ chấn thương - chỉnh hình.</p>

Gia cường titan bằng vật liệu cấu trúc nano 

Titan và hợp kim titan được sử dụng phổ biến trong vật liệu cấy ghép nhờ độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và tính tương thích sinh học. Tuy nhiên, mô đun đàn hồi của nhiều vật liệu titan vẫn cao hơn đáng kể so với xương người.

Sự chênh lệch này có thể làm thay đổi phân bố tải trọng giữa xương và vật liệu cấy ghép, dẫn đến hiện tượng chắn ứng suất, làm giảm kích thích cơ học lên xương và về lâu dài có nguy cơ gây tiêu xương quanh implant.

Vì vậy, phát triển vật liệu vừa đáp ứng yêu cầu cơ học, vừa có đặc tính gần hơn với mô xương là một trong những hướng nghiên cứu đáng chú ý của vật liệu y sinh hiện nay.

Từ bài toán này, nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp quốc gia mã số ĐTĐL.CN.21/23 đã nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp nền titan gia cường bằng các thành phần cấu trúc nano tiên tiến gồm ống nano carbon, graphene, ống nano bo nitrua và tấm nano bo nitrua.

Việc đưa các thành phần nano vào nền titan hướng tới cải thiện đồng thời độ bền cơ học và điều chỉnh mô đun đàn hồi của vật liệu, qua đó tạo cơ sở phát triển các chi tiết cấy ghép phù hợp hơn với yêu cầu của ngành chấn thương - chỉnh hình.

Sau quá trình nghiên cứu, nhóm đã chế tạo thành công các hệ vật liệu tổ hợp nền titan gia cường nano carbon và nano bo nitrua với quy mô 500g cho mỗi hệ vật liệu. Quy trình công nghệ chế tạo cũng được xây dựng và hoàn thiện, kèm theo ba bộ tài liệu công nghệ phục vụ chuyển giao và phát triển ứng dụng.

Đáng chú ý, nghiên cứu không dừng ở mẫu vật liệu trong phòng thí nghiệm mà đã tiến tới chế tạo thử các sản phẩm cấy ghép điển hình gồm vít xương và nẹp xương, đáp ứng yêu cầu về hình dạng, kích thước và khả năng gia công.

Từ vật liệu mới đến khả năng ứng dụng trong chỉnh hình

Để đánh giá khả năng tiến tới ứng dụng y sinh, các hệ vật liệu và sản phẩm chế thử được phân tích về cấu trúc, thành phần, tính chất cơ học và khả năng tương thích sinh học.

Đây là bước quan trọng bởi vật liệu dùng trong cơ thể không chỉ cần chịu được tải trọng mà còn phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ ổn định và an toàn sinh học trước khi có thể phát triển thành sản phẩm y tế sử dụng thực tế.

Kết quả nghiên cứu tạo nền tảng để Việt Nam tiếp tục hoàn thiện công nghệ vật liệu titan nano, tối ưu quy trình chế tạo và tiến hành các bước đánh giá cần thiết đối với sản phẩm cấy ghép. 

Nếu được phát triển đến quy mô ứng dụng, công nghệ này có thể góp phần chủ động nguồn vật liệu y sinh, phát triển thiết bị chấn thương - chỉnh hình trong nước và từng bước giảm phụ thuộc vào sản phẩm nhập khẩu.