Анализ структуры и свойств композиционных материалов на основе циркониевой керамики и кальций-фосфатных соединений
Курсовой проект - Медицина, физкультура, здравоохранение
Другие курсовые по предмету Медицина, физкультура, здравоохранение
?угости, ГПаКерамика Алюминиевая Циркониевая - полученная методом ГИП - спеченная 550 1200 900 380 200 200Металлические сплавы Протасул-10, кованый Нержавеющая сталь - холодная обработка - отожженная Сплав Ti (6%) - Al (4%) - V 1000 750 170 890 1200 1000 400 1000 10 9 45 12 200 200 200 105Углерод и композиты Углерод, осажденный из газовой фазы Углеродные волокна - низкомодульные - высокомодульные Композит углерод-углерод - волокна параллельны - взаимно перпендикулярны Композит полисульфон-углерод, волокна параллельны 350-700 1720 2760 1200 500 2130 2-5 0,75 1,4 1,4 14-21 380 240 140 60 134Биологические ткани Гидроксиапатит Кость Коллаген 100 80-150 50 0,001 1,5 114-130 18-20 1,2Полимеры ПММА костный цемент СВМПЭ Силиконовая резина 23 75 40 7-10 3,5 500 600 2,8 0,5 0,0003
Матричную композицию вводят в заготовку путем пропитки или осаждают на волокнах в виде покрытий.
Полимерные композиты состоят из углеродных армирующих длинных или коротких волокон, заключенных в полимерную матрицу. Короткие волокна придают матрице меньшую прочность, чем длинные, но обеспечивают возможность переработки композитов в изделия высокопроизводительными методами экструзии и литья под давлением. Детали эндопротезов из композитов, содержащих углеродные волокна, формуют горячим прессованием стопки листов, которые состоят из пропитанных полимерным связующим углеродных волокон (препреги) или из чередующихся углеродных и полимерных волокон. Направления углеродных волокон в каждом слое параллельны или составляют некоторый угол с осью формуемой детали эндопротеза (от 0 до 90о). Заготовка образуется в результате сплавления полимерного связующего, содержащегося в разных слоях.
Краткий обзор совокупности материалов, применяемых для изготовления эндопротезов суставов, завершим анализом табл. 4, в которой сопоставлены показатели прочности искусственных материалов и биологических тканей. Хотя показатели текучести приведены в таблице только для металлов и СВМПЭ, это не значит, что прочие материалы подвержены исключительно хрупкому разрушению. Биоткани имеют достаточно стабильную структуру, которая не повреждается практически до разрушения. Это подтверждает высказанную ранее мысль, что биоткани и металлы - принципиально разные материалы.
Самые твердые из анализируемых материалов - керамика и углерод. Они же вместе с металлами являются самыми прочными, гораздо прочнее биотканей. Это никак не умаляет достоинств искусственных материалов, т.к. прочность конструкций, к которым относятся эндопротезы, никогда не бывает излишней. Тем не менее, биоткани, значительно уступающие искусственным материалам по прочности, образуют естественные суставы, с которыми по трибологическим параметрам не могут сравниться никакие технические узлы трения, в том числе, искусственные суставы
Таким образом, анализ данных табл. 4 приводит к выводу о несовершенстве технических материалов как аналогов биотканей. Первые служат лишь для восприятия и передачи механических нагрузок, вторые являются управляемыми биологическими системами, свойства которых зависят от распределения биопотенциалов и наполнения биологическими жидкостями. Создание подобных систем с использованием в качестве компонентов технических материалов - благородная цель разработчиков искусственных суставов.
эндопротез костный ткань композиционный
1.2 Требования, предъявляемые к эндопротезам
Современные представления о механизме реакций живых тканей на имплантат предполагают, что граница между ними динамична и сложна, рис.3. В результате механической обработки, экспозиции на воздухе, стерилизации и воздействия биологического окружения поверхностный слой имплантата приобретает новую структуру. Его состав всегда отличается от состава материала в объеме имплантата. Поверхность металлических имплантатов покрывается оксидным слоем. Первой в контакт с ним обычно вступает сыворотка крови, белки которой адсорбируются на оксидах.В работе[14] указывается на то, что состав белкового адсорбированного слоя может изменяться в широких пределах в течение длительного времени .
Адсорбированные белковые молекулы вступают в донорно-акцепторное взаимодействие с оксидами имплантата, образуя комплексные химические соединения - лиганды. Рецепторы клеточных мембран избирательно взаимодействуют с этими лигандами. После того, как произойдет образование достаточного количества комплексов рецептор - лиганд, посылаются сигналы в ядро клетки в виде каскадов межклеточных химических реакций. Последние регулируют функции клеток, контактирующих с имплантатом - адгезию, видоизменение, осаждение матрикса (вещества, заполняющего внутриклеточные структуры) и т.п.
Адгезия макрофагов (клеток соединительной ткани) к имплантату и их слияние на его поверхности с образованием гигантских клеток является ответом ткани на инородное тело. Ответ зависит от таких факторов, как ориентация пептидов (веществ, синтезируемых клетками из аминокислот) [15] или длина углеводородных цепей, иммобилизованных на поверхности имплантата. Регулируя ответ ткани, можно предупредить хронические и неблагоприятные реакции заживающей раны, от которых зависит, приживется ли имплантат.
Ответ можно регулировать путем выбора имплантируемых материалов.
Четыре типа реакций на имплантат [16]:
Тип 1. Необходимо, чтобы имплантат не вызывал токсического действия, убивающего клетки тканей или высвобождающего химические соединения, которые могут мигрировать с кровью, лимфой и тканевыми жидкостями и вызывать системные поврежден