Krystalická struktura nové slitiny. Kredit: E. Morosan / Rice University.

Titan je u lékařů oblíbeným materiálem, hlavně pokud jde o umělé klouby. Je pevný, odolný vůči opotřebení, a také není jedovatý. Nečekaný objev fyziků americké Riceovy univerzity, publikovaný ve Science Advances, teď ještě ke všemu umožní medicínský titan vylepšit zlatem.

Emilia Morosan (vpravo). Kredit: Jeff Fitlow / Rice University.

Podle vedoucí výzkumu Emilie Morosan je nově objevená slitina titanu se zlatem třikrát až čtyřikrát tvrdší nežli většina typů oceli. Slitina 3 dílů titanu s 1 dílem zlata se specifickou atomovou strukturou,zajistí slitině výjimečnou tvrdost. Významné je především to, že ve tvrdosti hned čtyřikrát předčí čistý titan, který se dnes používá v řadě medicínských aplikací.

Morosanová je specialistkou na navrhování a syntézu sloučenin s exotickými fyzikálními vlastnostmi. Není to ostatně tak dávno, co si Morosanová s kolegy hrála s materiálem, který vytvořili z titanu a zlata v poměru jedna ku jedné. I tenhle materiál nebyl nezajímavý – ačkoliv ho vytvořili z nemagnetických látek, tak byl magnetický. A jak se zdá, v tomhle případě Morosanové a jejím kolegů přeje Štěstěna. Novou slitinu, kterou tým vytvořil, totiž není těžké vyrobit. Není dokonce jisté, zda jsou Morosanová a spol. první, kdo právě tento typ slitiny vytvořili. Ale jako první ho popsali, takže si historie zapamatuje právě je.

Čistý titan (na snímku) je fajn, titan se zlatem 3:1 je ale ještě lepší. Kredit: Alchemist-hp / Wikimedia Commons.

Jak vlastně Morosanová a její tým zjistili, že vytvořili něco vážně výjimečného? Součástí běžného postupu při zkoumání nově vytvořených materiálů je i to, že se ho vědci snaží brousit, aby ho získali v podobě prášku, který pak využijí pro analýzy s využitím rentgenového záření. Takové analýzy se hodí pro zjištění přesného složení, čistoty, krystalické struktury a dalších parametrů nového materiálu. V případě nové slitiny titanu se zlatem 3:1 se ale najednou objevil závažný technický problém. Slitinu nebylo možné běžným postupem nabrousit. Nepodařilo se jim to dokonce ani s diamantovými nástroji. V tu chvíli jim nejspíš už bylo jasné, že nepůjde o nějakou nudnou slitinu.

Prorazí slitina titanu se zlatem v kloubních náhradách? Kredit: NIH.

Vědci pak experimentálně zjišťovali, jak tvrdá jejich slitina titanu se zlatem vlastně je, a také porovnávali její biomedicínské vlastnosti s čistým titanem. Například pro využití v medicínských implantátech je pro materiály klíčová jejich biokompatibilita (v podstatě zdravotní nezávadnost) a rovněž odolnost vůči opotřebení. Titan se zlatem jsou považovány za jedny z nejvíce biokompatibilních kovů. Morosanová a spol. se proto domnívali, že slitina titanu se zlatem 3:1 by na tom nemusela být v tomto směru úplně špatně. Vlastně se ale spletli. Jejich nová slitina je totiž přímo excelentní. Svou biokompatibilitou předčí čistý titan a to stejné platí i pro odolnost vůči opotřebení.

Morosanová se sice nehodlá stát materiálovou vědkyní, novou slitinu ale jen tak nepustí z ruky. Její výzkumný tým plánuje další experimenty, jimiž chtějí detailně studovat krystalickou strukturu slitiny. A chtějí se zaměřit i na to, jestli by slitinu ještě nevylepšili přidáním dalších chemických látek.

Literatura
Rice University 20. 7. 2016, Science Advances 2: e1600319.