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
Курсовая работа
Анализ структуры и свойств композиционных материалов на основе циркониевой керамики и кальций-фосфатных соединений
Введение
Повреждения и заболевания опорно-двигательного аппарата занимают одно из первых мест среди причин смертности, временной нетрудоспособности развития инвалидности, а их удельный вес неуклонно растет и принимает характер эпидемии. Все это дает толчок развитию такому направлению в медицине, как эндопротезирование.
Эндопротезы - вживляемые в организм механические приспособления, которые заменяют отсутствующие органы и части тела. Создание эндопротезов - одно из величайших достижений человеческого разума, сравнимое с освоением мирового океана и космоса. Немногие новшества современной медицины могут сравниться с эндопротезированием по улучшению качества жизни людей. Эндопротезирование суставов - современный наиболее эффективный метод восстановления подвижности суставов путем их полной или частичной замены искусственными компонентами
Современные успехи эндопротезирования являются результатом не только возросшего мастерства хирургов, но и большего понимания того, как ткани организма взаимодействуют с имплантатами. Эндопротезы суставов стали изготавливать из материалов, которые сами, а также продукты их коррозии и изнашивания не вызывают в живых тканях острую реакцию отторжения. Биологическое воздействие организма на имплантированные материалы, обусловливающее их старение, а значит - снижение прочности и ухудшение триботехнических характеристик подвижных сопряжений, происходит в пределах, не приводящих к неплановому отказу эндопротезов.
Ткани живого организма в контакте с инородными материалами формируют поверхность раздела, на которой они могут агрессивно воздействовать на имплантат. Жидкости организма содержат активные биологические вещества, например, ферменты - биологические катализаторы на основе белков, присутствующие во всех живых клетках. Они могут вырабатывать радикалы, разрушающие полимерные имплантаты. Сложные электролиты, входящие в состав биологических жидкостей, инициируют электрохимическую коррозию металлов и могут вызвать растворение керамических материалов. Поэтому немногие материалы остаются нетронутыми после имплантации. В чрезвычайных случаях организм инициирует комплексные реакции, атакующие имплантат в результате чего возникает воспаление. Поэтому в современном эндопротезировании большое распространение получили композиционные материалы на основе циркониевой керамики и кальций-фосфатных соединений.
Эти материалы высокобиосовместимы, не вызывают отрицательных аллергических, иммунологических реакций, не обладают канцерогенным и мутагенным эффектами и хорошо интегрируются с костной тканью.
Не менее важными также являются вопросы, касающиеся обеспечения жесткости фиксации костных фрагментов. Поэтому огромное значение имеет пористость материала. Костная ткань человека, также как и животных способна к регенерации и через некоторое время после операции прорастает в поры имплантата, повышая жесткость фиксации в несколько раз. С появлением пористости изменяется не только прочность и способность к деформированию, но и характер зависимости между напряжением и деформацией. На деформационных диаграммах, в этом случае, присутствует участок с нелинейным характером зависимости s=f(e). В материалах такого рода наблюдается довольно медленное распространение трещины, которую можно остановить путём разгрузки испытательной машины.
1.Эндопротезирование костной ткани
1.1Материал, используемый в эндопротезах
В эндопротезировании используется множество материалов в зависимости от их биологических и прочностных свойств.
Металлы и их сплавы используют в эндопротезах в виде литых и кованых изделий. Их биомеханические характеристики и химические свойства являются важным фактором, определяющим конструкцию эндопротезов суставов.
Была сделана попытка применить в эндопротезах сплавы на основе меди, никеля, железа и кобальта, используемые для изготовления морского такелажа [1]. Их биоинертность, в отличие от благородных металлов, зависела от свойств пассивирующих пленок, которые возникали на поверхности изделий в солевой среде. Эксперименты на лабораторных животных показали, что промышленные латуни, бронзы, хромо-никелевые и углеродистые стали не применимы для имплантации из-за плохой биосовместимости и потери прочности вследствие коррозии.
Литые изделия из сплава CoCrMo под названием Стеллит (Stellite) и кованые - из нержавеющей стали, т.е. из сплава FeCrNi, были применены в качестве имплантатов в 40-е годы ХХ в. В работе [2] автор отмечает, что их биоинертность также определялась свойствами пассивирующей пленки на поверхности изделий. В 50-е годы появились имплантаты на основе титана, циркония и их сплавов.
Литьевые сплавы на основе кобальта происходят из группы материалов, называемых Стеллитами. Самый технологичный метод их переработки в изделия - литье по выплавляемым моделям на воздухе. После того, как кобальт, как компонент сплавов, подвергают исходной промышленной очистке, в нем остается около 1% никеля. Последний оказывает определенное влияние на свойства литьевых сплавов, т.к. кобальт является их основным компонентом, образуя матрицу, в которой располагаются фазы на основе ?/p>