Разработка и исследование наноструктурных металлов и миниатюризация медицинских изделий

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-69-47059

НазваниеРазработка и исследование наноструктурных металлов и миниатюризация медицинских изделий

Руководитель Клевцов Геннадий Всеволодович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" , Самарская обл

Конкурс №47 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации (междисциплинарные проекты)»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-101 - Прочность, живучесть и разрушение материалов и конструкций

Ключевые слова Наноструктурированные металлические материалы; интенсивная пластическая деформация (ИПД); микро- и наноструктрура; миниатюризация медицинских имплантатов; медицинские инструменты; челюстно-лицевая хирургия; травматология; прочность и механизм разрушения; статические, ударные и усталостные испытания; биосовместимость.

Код ГРНТИ30.19.57

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Широкое использование «щадящих» операционных технологий в челюстно-лицевой хирургии, травматологии и других областях медицины основано на миниатюризации медицинских изделий-имплантатов и медицинского инструмента за счет использования нового класса конструкционных и функциональных материалов с ультрамелкозернистой структурой (УМЗ), отличающихся высокой твердостью и прочностью. Этим требованиям в полной мере отвечают объемные УМЗ металлические материалы, полученные методами интенсивной пластической деформации (ИПД). Многочисленные исследования последних двух десятилетий убедительно свидетельствуют, что создание УМЗ структур в металлических материалах методами ИПД, позволяют значительно увеличить их твердость, прочность и усталостную долговечность. Это относится, прежде всего, к широко используем для изготовления медицинских имплантатов и других устройств биометаллам, к числу которых относятся титан и его сплавы, аустенитные нержавеющие стали, магниевые сплавы и другие материалы. В настоящем проекте будут реализованы преимущества междисциплинарного подхода. Инновационные подходы наноструктурирования вышеуказанных материалов, основанные на сочетании формирования УМЗ структуры и образования нанодисперсных выделений вторых фаз и сегрегаций, связанные с выбором режимов методов ИПД, позволят обеспечить в металлах и сплавах не только рекордную прочность, но и их пластичность и вязкость, открывая путь к повышению целого комплекса их служебных свойств: ударной вязкости, низкой чувствительности к концентраторам напряжения, усталостной прочности и т.д. Это, в свою очередь, позволит существенно миниатюризировать медицинские имплантаты, предлагая, как усовершенствованные, так и новые перспективные конструкции имплантатов и сопутствующих медицинских инструментов. Кроме того, проведение поверхностной модификации имплантатов позволит повысить их биофункциональные свойства. Решение поставленной задачи предполагает также расчет прочностных свойств, предполагаемых изделий; исследование микроструктуры и механических свойств, полученных наноструктурных материалов на всех стадиях изготовления изделий – заготовок, полуфабрикатов, изделий, поверхностной обработки. Механические испытания будут включать: статические, ударные, усталостные и специфические для имплантатов нагрузки. Особое место займут исследования биосовместимости разработанных имплантатов. В заключении проекта будет проведен полный комплекс аттестации полученных медицинских изделий. Актуальность решения данной проблемы несомненна, поскольку миниатюризация медицинских имплантатов является необходимым условиям широкого внедрения «щадящих» операционных технологий, способствующих быстрой послеоперационной реабилитации больных. Междисциплинарный проект будет выполняться по двум отраслям знаний. Исследования в области знаний «03 Химия и науки о материалах» будут выполняться первой группой исследователей из Уфимского государственного авиационного технического университета. Основная цель данной группы – разработка научных принципов достижения высокой конструкционной прочности биосовместимых металлических материалов медицинского назначения и определения технологических режимов получения полуфабрикатов для изготовления новых конструкций имплантатов. Исследования в области знаний «09 Инженерные науки» будут выполняться второй группой исследователей из Тольяттинского государственного университета. Главная цель данной группы - разработка научных принципов создания и изготовления имплантатов и медицинских инструментов улучшенной конструкции, основанных на преимуществе нового класса наноструктурированных металлических материалов с повышенными прочностными и усталостными свойствами.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Матчин А.А., Стадников А.А., Носов Е.В., Клевцов Г.В., Гречихина С.В. Experimental and morphological justification of the use of new medical technologies in maxillofacial surgery JOURNAL OF SCIENCE. LYON, № 10/2020. V.1, р. 41-45. (IISN 3475-3281) (год публикации - 2020)

2. Матчин А.А., Носов Е.В., Клевцов Г.В., Стадников А.А. Разработка и исследование медицинских изделий нового поколения из высокопрочного наноструктурированного материала ВЕЛЕС, Київ: Центр наукових публікацій, 2020. – С. 58-64. (год публикации - 2020)

Публикации

1. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.А., Фесенюк М.В., Тюрьков М.Н., Поляков А.В. Strength and torsion fracture mechanism of commercially pure titanium with ultrafine-grained structure Letters on Materials, 11 (3), 2021 pp. 273-278 (год публикации - 2021)
10.22226/2410-3535-2021-3-273-278

2. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Фесенюк М.В., Клевцова Н.А., Тюрков М.Н., Абрамова М.М., Рааб Г.И. Прочность и механизм разрушения при кручении ультрамелкозернистой аустенитной стали медицинского назначения Известия вузов. Черная металлургия, Том 64.- № 11.- С. 832-838 (год публикации - 2021)
10.17073/0368-0797-2021-11-832-838

3. Матчин А.А., Стадников А.А., Носов Е.В., Клевцов Г.В. Экспериментально-морфологическое обоснование использования титановых мини-пластин для остеосинтеза переломов нижней челюсти, изготовленных из высокопрочного наноструктурированного материала Актуальные вопросы стоматологии: сборник научных трудов, посвященный 55-летию стоматологического образования в СамГМУ, Самара: ФГБОУ ВО СамГМУ Минздрава России, 2021. – С. 169-173 (год публикации - 2021)

4. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.А., Тюрьков М.Н., Фесенюк М.В., Линдеров М.Л., Пигалева И.Н. Прочность ультрамелкозернистых материалов медицинского назначения Прочность ультрамелкозернистых материалов медицинского назначения. Перспективные материалы и технологии: материалы международного симпозиума, Минск: БГИСиС, 2021.- С. 205-207 (год публикации - 2021)

5. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.А., Фесенюк М.В., Тюрьков М.Н., Кулясова О.Б. Прочность и механизм разрушения магниевого сплава медицинского назначения после РКУП Международная конференция «Физика и технологии перспективных материалов-2021», Уфа: РИЦ БашГУ, 2021.- С. 13 (год публикации - 2021)

6. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.А., Линдеров М.Л., Пигалева И.Н. Кинетика и механизм разрушения ультрамелкозернистых материалов промышленного и медицинского назначения в области малоцикловой усталости Физическое материаловедение: Х Международная школа. Актуальные проблемы прочности: LХIII Международная конференция, посвященная 70-летию ТГУ : сборник материалов, Изд-во ТГУ, 2021. С. 290-292 (год публикации - 2021)

7. Фролова О.А., Клевцов Г.В. Моделирование и расчет напряженно-деформированного состояния элементов фиксаторов, применяемых в остеосинтезе Физическое материаловедение: Х Международная школа. Актуальные проблемы прочности: LХIII Международная конференция, посвященная 70-летию ТГУ (Тольятти, 13-17 сентября 2021 г.): сборник материалов, Изд-во ТГУ, 2021. С. 288-289 (год публикации - 2021)

8. Тюрьков М.Н., Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.А., Пигалева И.Н., Фесенюк М.В. Особенности разрушения ультрамелкозернистых металлических материалов медицинского назначения Физическое материаловедение: Х Международная школа. Актуальные проблемы прочности: LХIII Международная конференция, посвященная 70-летию ТГУ (Тольятти, 13-17 сентября 2021 г.): сборник материалов, Изд-во ТГУ, 2021. С. 140-142 (год публикации - 2021)

9. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.А., Турьков М.Н., Линдеров М.Л., Абрамова М.М., Рааб А.Г., Минасов Т.Б. Strength and Fracture Mechanism of an Ultrafine-Grained Austenitic Steel for Medical Applications Materials, 14(24), 7739. (год публикации - 2021)
10.3390/ma14247739

10. Расторгуев Д.А., Севастьянов А.А., Клевцов Г.В., Боков А.И., Дёма Р.Р., Амиров Р.Н., Латыпов О.Р. Исследование силы резания при торцевом фрезеровании крупнозернистого и ультрамелкозернистого титанового сплава ВТ6 Технология металлов, № 7, С. 21-28 (год публикации - 2021)
10.31044/1684-2499-2021-0-7-21-28

Публикации

1. Матчин А.А., Стадников А.А., Носов Е.В. , Клевцов Г.В. Репаративные процессы в тканях челюстно-лицевой области при использовании нанострукту-рированного титана Журнал Медицина и инновации, Журнал Медицина и инновации, 2022, 1(5).- С. 123-133 (год публикации - 2022)

2. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.А., Фесенюк М.В., Кулясова О.В., Пигалева И.Н. Strength and fracture mechanism of a magnesium alloy for medical applications after equal-channel angular pressing. Letters on Materials, Letters on Materials 12 (3), 2022 pp. 203-208 (год публикации - 2022)
10.22226/2410-3535-2022-3-203-208

3. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Резяпова Л.Р., Клевцова Н.А., Тюрьков М.Н., Лидеров М.Л., Фесенюк М.В., Фролова О.А. Strength of products made of ultrafine-grained titanium for bone osteosynthesis Materials, Materials 2022, 15, 8403 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15238403

4. Клевцов Г.В., Ботвина Л.Р., Клевцова Н.А., Валиев Р.З., Пигалева И.Н. Определение параметров аварийного усталостного разрушения изделий по глубине пластиче-ских зон под поверхностью изломов Физическая мезомеханика, Физическая мезомеханика, 25 5 (2022) С. 5-11. (год публикации - 2022)
10.55652/1683-805X_2022_25_5_5

5. Матчин А.А., Стадников А.А., Носов Е.В., Клевцов Г.В., Блинова Е.В. Иммуногистохимическая характеристика репаративных процессов в зоне экспериментального перелома нижней челюсти. Сборник трудов Национального конгресса с международным участием «Паринские чтения 2022», посвященного памяти профессора, Заслуженного деятеля науки Республики Беларусь О. П. Чудакова (Минск, 5–6 мая 2022 года), Сборник трудов Национального конгресса с международным участием «Паринские чтения 2022» (Минск, 5–6 мая 2022 г.). Минск: Изд. центр БГУ, 2022.- С. 473-479 с. (год публикации - 2022)

6. Носов Е.В., Волков Д.А., Лихачёв Р.Ю., Постернак В.Д. Морфологические особенности репаративной регенерации костной ткани при использовании медицинских изделий, изготовленных из наноструктурированного и крупнозернистого титана. Всероссийские студенческие Ломоносовские чтения: сборник статей Всероссийской научно-практической конференции (17 февраля 2022 г.). В 2-х частях. Часть 2. – Петрозаводск: МЦНП «Новая наука», 2022., Всероссийские студенческие Ломоносовские чтения: сборник статей Всероссийской научно-практической конференции (17 февраля 2022 г.). В 2-х частях. Часть 2. – Петрозаводск: МЦНП «Новая наука», 2022. – С. 332-338. (год публикации - 2022)

7. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.А., Фесенюк М.В., Фролова О.А., Тюрьков М.Н., Матчин А.А., Носов Е.В. Прочность медицинских изделий для костного остеосинтеза из титана Grade4. Сборник тезисов LXIV Международной конференции «Актуальные вопросы прочности», г. Екатеринбург, 4-8 апреля 2022 г. / отв. редактор Д.В. Зайцев. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2022. – С. 385-387., Сборник тезисов LXIV Международной конференции «Актуальные вопросы прочности», г. Екатеринбург, 4-8 апреля 2022 г. / отв. редактор Д.В. Зайцев. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2022. – С. 385-387. (год публикации - 2022)

8. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Фесенюк М.В., Клевцова Н.А., Тюрьков М.Н., Матчин А.А., Носов Е.В. Прочность и механизм разрушения наноструктурированных металлических материалов медицинского назначения Письма о материалах, 12 (4s), 493-498 (год публикации - 2022)
10.22226/2410-3535-2022-4-493-498

9. Матчин А.А., Стадников А.А., Носов Е.В., Клевцов Г.В. Остеосинтез экспериментальных переломов нижней челюсти мини пластинами из наноструктурированного титана. Актуальные вопросы современной медицины: материалы VI международной научно-практической конференции прикаспийских государств. – Астрахань: Издательство ФГБОУ ВО Астраханский ГМУ Минздрава России, 2022., Актуальные вопросы современной медицины: материалы VI международной научно-практической конференции прикаспийских государств. – Астрахань: Издательство ФГБОУ ВО Астраханский ГМУ Минздрава России, 2022. – С. 60-64. (год публикации - 2022)

10. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Фесенюк М.В., Клевцова Н.А., Тюрьков М.Н., Матчин А.А., Носов Е.В.. Прочность и механизм разрушения наноструктурированных металлических материалов медицинского назначения Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы: сборник тезисов докладов Открытой школы-конференции стран СНГ, г. Уфа, Республика Башкортостан, Россия, 3-7 октября 2022 г. / отв. ред. А.А. Назаров. – Уфа: РИЦ БашГУ, 2022. – С. 60., Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы: сборник тезисов докладов Открытой школы-конференции стран СНГ, г. Уфа, Республика Башкортостан, Россия, 3-7 октября 2022 г. / отв. ред. А.А. Назаров. – Уфа: РИЦ БашГУ, 2022. – С. 60. (год публикации - 2022)

Публикации

1. Г.В. Клевцов, Л.Р. Ботвина, Н.А. Клевцова, Р.З. Валиев, И.Н. Пигалева Determination of Fatigue Failure Parameters from the Depth of Plastic Zones Beneath the Fracture Surface Physical Mesomechanics, № 1, Vol. 26, pp. 1–6. (год публикации - 2023)
10.1134/S1029959923010010

2. Г.В. Клевцов, Р.З. Валиев, Н.А. Клевцова. Влияние локального напряженного состояния на механизм разрушения металлических материалов с различным типом кристаллической решетки при однократных видах нагружения Физическая мезомеханика, Т. 26.- № 4.- С. 79-89 (год публикации - 2023)
10.55652/1683-805X_2023_26_4_79

3. Г.В. Клевцов, Р.З. Валиев, Н.А. Клевцова, М.Н. Тюрьков, И.Н. Пигалева, Д.А. Аксёнов Влияние типа кристаллической решетки на прочность наноструктурированных металлических материалов в области малоцикловой усталости Сб. трудов XI-ой Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» - ПРОСТ 2023. 18-20 апреля 2023 г. – Москва, НИТУ МИСИС. – М.: ООО «Студио-Принт», М.: ООО «Студио-Принт», 2023. – С. 42. (год публикации - 2023)

4. Г.В. Клевцов, Р.З. Валиев, Н.А. Клевцова, Н.А. Еникеев, И.Н. Пигалева, М.М. Абрамова Влияние интенсивной пластической деформации кручением на мартенситные превращения в метастабильной аустенитной стали. Материалы LXVI Международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (АПП-2023) 23-27 сентября 2023 г. –Санкт-Петербург: ООО «Альфа Технологии», 2023. – С. 60., Санкт-Петербург: ООО «Альфа Технологии», 2023. – С. 60. (год публикации - 2023)

5. Г.В. Клевцов, Р.З. Валиев, Н.А. Клевцова, Н.А. Еникеев, И.Н. Пигалева, М.М. Абрамова Влияние интенсивной пластической деформации на мартенситные превращения в метастабильной аустенитной стали. сборник трудов Международной конференции "Физика и технология перспективных материалов–2023" Уфа РИЦ УУНиТ 2023. – С. 164-166, Уфа РИЦ УУНиТ 2023. – С. 164-166. (год публикации - 2023)

6. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.А. Влияние локального напряженного состояния на механизм разрушения крупнозернистых и ультрамелкозернистых металлических материалов с различным типом кристаллической решетки XI Международная школа "Физическое материаловедение" сборник материалов.Тольятти: Изд-во ТГУ, 2023. – С. 209-210, Изд-во ТГУ, 2023. – С. 209-210 (год публикации - 2023)

7. Батова А.А., Фролова О.А., Клевцов Г.В. Моделирование и расчет напряженно-деформированного состояния медицинского винта для остеосинтеза из магниевого сплава XI Международная школа "Физическое материаловедение",Тольятти, 11–15 сентября 2023 года: сборник материалов / отв. ред. Д.Л. Мерсон. – Тольятти: Изд-во ТГУ, 2023. – С. 211, Изд-во ТГУ, 2023. – С. 211. (год публикации - 2023)

8. Тюрьков М.Н., Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.А., Фесенюк М.В., Матчин А.А., Носов Е.В., Ястребова Л.Д. Влияние наноструктурирования титана на механические свойства медицинских изделий сборник материалов XI Международной школы "Физическое материаловедение" Тольятти, 11–15 сентября 2023 года: сборник материалов / отв. ред. Д.Л. Мерсон. – Тольятти: Изд-во ТГУ, 2023. – С. 208., Изд-во ТГУ, 2023. – С. 208. (год публикации - 2023)

9. Г.В. Клевцов, Р.З. Валиев, Н.А. Клевцова, Н.А. Еникеев, И.Н. Пигалева, М.М. Абрамова, О.А. Фролова Effect of Severe Plastic Deformation on Martensitic transformations in metastable austenitic steel. Letters on Materials (год публикации - 2023)

10. А.А. Матчин, Е.В. Носов, А.А. Стадников, Г.В. Клевцов, Л.Р. Резяпова, Н.А. Саяпина, Е.В. Блинова, Р.З. Валиев In Vivo Studies of Medical Implants for Maxillofacial Surgery Produced from Nanostructured Titanium. ACS Biomaterials Science & Engineering, 2023, 9, 11, 6138-6145. (год публикации - 2023)
10.1021/acsbiomaterials.3c00813

11. Носов Е.В., Матчин А.А., Стадников А.А., Клевцов Г.В., Блинова Е.В. Фиксирующие мини-пластины из наноструктурированного титана для скрепления отломков экс-периментальных переломов нижней челюсти Стоматология славянских государств: сборник трудов ХVI Международной научно-практической конференции. 8-10 ноября 2023 г., Белгород: ИД «БелГУ» НИУ «БелГУ», 2023. – С. 267-270 (год публикации - 2023)

12. Г.В. Клевцов, Р.З. Валиев, Н.А. Клевцова Effect of Local Stress State on the Fracture Mechanism of Metallic Materials with Different Lattices under Single Loads Physical Mesomechanics, 2023, Vol. 26, No. 6, С. 656-665 (год публикации - 2023)
10.1134/S102995992306005X

13. Д.А. Расторгуев, А.А. Севастьянов, Г.В. Клевцов Исследование температуры концевого фрезерования низколегированной ста-ли в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях Frontier Materials & Technologies, № 1 (год публикации - 2024)