Композиты в медицине

Рисунок 5. Изображение структуры  наногибридного композита

 
Более перспективным направлением представляется создание композитов на основе только лишь нанонаполнителя различных типов. Эти материалы получили название истинные нанокомпозиты.

 

 

 

 

Рисунок 6. Изображение структуры  истинного нанокомпозита

 

Их наполнитель также  изготовлен на основе нанотехнологии. Концепция наполнителя истинных нанокомпозитов основана на использовании наномеров — частиц наноразмера от 20 до 75 нм (0,02—0,075 мкм). Часть наномеров при помощи нано-технологий агломерирована в нанокластеры — относительно 
крупные частицы величиной до 1 мкм. Пространства между на-нокластерами равномерно заполнены свободными наномера-ми. Крупные монолитные частицы размером более 0,1 мкм при производстве истинных нанокомпозитов не используются . Истинные нанокомпозиты иногда называют нано-кластерными композитными материалами. 
    В результате объединения в одном материале ультрамелких наномеров и нанокластеров большого размера получается материал с высокой наполненностью (78,5%). Такая структура обеспечивает высокую прочность материала. Механическая прочность истинных нанокомпозитов сопоставима с прочностью лучших микрогибридных композитов. С другой стороны, истинные нанокомпозиты имеют высокую эстетичность. Им присущи отличная полируемость и стойкость блеска реставрации, сопоставимые с аналогичными характеристиками микронапол-ненных композитов. Полируемость и стойкость сухого блеска обеспечиваются свободными наномерами. Кроме тою, принципиальное отличие истинных нанокомпозитов от материалов других групп состоит в том, что в процессе полирования, а затем в процессе абразивного износа нанокластеры не «выбиваются» из поверхности материала, а медленно разрушаются и стираются с такой же скоростью, что и полимерная матрица (наномер за наномером). В результате этого процесса материал легко полируется до сухого блеска, и, что особенно ценно, сохраняет этот блеск в течение длительного времени .  
 
В настоящее время большинство ведущих фирм-производителей стоматологических реставрационных материалов предлагает стоматологам композиты, созданные с использованием нанотехнологий.

 

Микропротезирование

Одной из «щадящих» методик  нынешней терапии является микропротезированиес использованием стекловолокна — материала, пришедшего в стоматологию из лабораторий, разрабатывающих материалы для работы в космосе. Обладая уникальной прочностью, стекловолоконные штифты и балки позволяют изготавливать мостовидный протез за одно посещение непосредственно в полости рта. При этом нет необходимости депульпировать опорные зубы. И хотя по прочности такие конструкции уступают металлокерамическим мостам, расчётное время их эксплуатации составляет 5 лет, а фактическое даже больше, значительно варьируя в зависимости от индивидуальных особенностей прикуса.

 

Рисунок 7. микропротезированиес использованием стекловолокна 

 Микропротезирование лучше проводить на центральных и боковых зубах: резцы, клыки так как на самых дальних (жевательных) зубах имеется очень сильная нагрузка, которая может привести к перелому стекловолоконной конструкции. 

 Художественная реставрация  направлена на снижение травматизма  зубов при лечении. А этого  можно достичь, только применяя  современные материалы, которые  вступают в химическую связь  с тканями зуба и образуют  с ними единое целое, монолитную  конструкцию. 

 Щадящие методы художественной реставрации экономят время пациентов, так как несколько зубов можно восстановить в одно посещение, даже если они разрушены до уровня десны. Вся работа выполняется в течение 2-3 часов.

Рисунок 8. Восстановление утерянного зуба без обточки соседних.                                  Рисунок 9. Адгезивный мост с опорой на соседние зубы.

 

 

 

3. Композиционные материалы в травматологии и ортопедии.

 

Современная реконструктивная хирургия опорно-двигательной системы  не мыслится без широкого использования  пластического замещения дефектов костей и суставов. Простота имплантации  искусственных материалов, уменьшение травматичности и длительности вмешательства создали определённую альтернативу костно-пластическим операциям. К современным материалам, используемым для замещения костной ткани, предъявляют большие требования. Они должны быть инертны по отношению к живым тканям, не канцерогенны, иметь достаточный запас механической прочности, быть стойкими к воздействию внутренней среды организма. Немаловажное значение имеет простота стерилизации и отсутствие значительных затрат при их производстве. В 60-е годы в качестве искусственного материала специалисты начали применять углерод. Главное его достоинство - инертность по отношению к живым тканям. Изучены и применены два варианта углеродных материалов нового поколения: углерод - углеродный композиционный материал и высокопористый ячеистый углерод.

 Разработана математическая  модель нагруженности проксимального отдела бедра в обычном анатомическом режиме и при эндопротезировании тазобедренного сустава. Установлены основные закономерности взаимодействия нативной кости и имплантата. Впервые реализована идея протезирования проксимального отдела бедра углерод-углеродным композиционным материалом со структурой и модулем упругости, близкими к натуральной кости (патент № 2063729 на изобретение «Эндопротез бедренной кости» 20 июля 1996 г.). В 1997 году это изобретение было отмечено золотой медалью и дипломом на Международной выставке в Брюсселе.

      Высокопористый ячеистый углерод может быть рекомендован как материал выбора при пластике дефектов губчатой кости по его биологическим и биомеханическим характеристикам. Углерод - углеродный композиционный материал положительно зарекомендовал себя при пластике дефектов плоских костей. Через 3 месяца после имплантации наступает биологическая фиксация за счёт врастания костной ткани в поры материала, обеспечиваю имплантату длительное функционирование. Использование в реконструктивной хирургии углеродных материалов не требует повторных операций для их удаления. Образование зон критического напряжения, ведущее к нестабильности системы кость – имплантат, определяется не только величиной модуля упругости, но и его изменением на протяжении имплантируемой конструкции. Это заставляет пристальнее обратить внимание на композиционные материалы . Влияние напряжённо – деформированного состояния системы кость – имплантат на процессы, происходящие в кортикальном слое бедренной кости, их количественная оценка изучены на модели эндопротеза тазобедренного сустава.

 Углерод - углеродный композиционный материал и высокопористый ячеистый углерод - имплантаты нового поколения, представляющие собой чистый углерод (99,9%), имеющие большое сродство с живыми тканями, позволяющие воспроизвести основные параметры нативной кости, начиная со структурного рисунка и заканчивая модулем упругости.

 Углеродный материал  и кость образуют прямое соединение. Углерод – углеродный композиционный  материал может быть использован  как несущая конструкция опорно-двигательной  системы, а высокопористый ячеистый  углерод целесообразен при пластике  дефектов губчатой кости. Последний  после врастании костной ткани  в поры материала образует  прочный костно – углеродный блок. Зоны повышенной концентрации напряжений при эндопротезировании тазобедренного сустава в клинической практике и математическом моделировании совпадают. Они провоцируют резорбцию костной ткани вокруг ножки протеза. Равномерное распределение нагрузок вокруг ножки протеза возможно в условиях переменной жёсткости имплантата. Композиционная структура углеродного материала позволяет создать конструкцию, в которой модуль упругости меняется на протяжении.

      Высокопористый  ячеистый углерод с воздушностью  от 70 до 98% зарекомендовал себя имплантатом выбора при замещении дефектов проксимального метафиза большеберцовой кости при импрессионных переломах. Его использование упрощает оперативное вмешательство, сокращая его длительность и снижая травматичность. Имплантат интраоперационно легко обрабатывается, не препятствует пространственному расположению фиксаторов, инертен относительно окружающих тканей.

 

Рисунок 10. Высокопористый ячеистый углерод

 Способ получения высокопористого ячеистого углеродного материала, включающий нанесение на заготовку из пенополиуретана синтетической термореактивной смолы с последующей термообработкой указанной заготовки путем ее нагрева до 1000^oС и изотермической выдержки при этой температуре, отличающийся тем, что в смолу сначала вводят углеродный порошок с размером частиц ≅ 150 мкм в количестве 16 26 мас. термообработку ведут в атмосфере природного газа, причем нагрев от 100 до 600^oС осуществляют со скоростью 70 90^oС/ч и от 600 до 1000^oС со скоростью не менее 300^oС/ч, а изотермическую выдержку проводят в течение 5 50 ч.

 

  Дефекты губчатой кости любой локализации объёмом до 3 куб см. достаточно заместить только углеродным материалом. Более значительные полости выполняются комбинированно – высокопористым ячеистым углеродом и аутокостью. В отдалённые сроки имплантат рентгенологически не дифференцируется. При замещении дефектов костей и суставов углеродными материаламинового поколения трудностей имплантации изделия не возникает, поскольку обработка и подгонка пластического материала легко осуществляется .Осложнения носят общехирургический  характер. Механическое разрушение углеродного материала носило чисто технологическое происхождение и устраняется с совершенствованием производства.

 Экономическая эффективность  применения высокопористого ячеистого  углерода в сравнении с другими  материалами, используемыми в  клинической практике, связана не  только с характером материала,  но и с более дешёвым производством.  То же можно сказать относительно  углерод – углеродного композиционного  материала. Себестоимость углеродных  материалов нового поколения  в 10 – 20 раз ниже им подобных.

Любое приспособление, заменяющее частично или полностью утраченный орган, называется протезом. Протез помогает человеку с ампутированной нижней или  верхней конечностью сохранять  равновесие, передвигаться, осуществлять уход за собой. Соответствие протеза  своему назначению в биомеханическом  отношении определяется максимальным восстановлением функции и внешнего вида утраченной части конечности. Протез должен быть хорошо пригнанным, легким, прочным и безопасным при  эксплуатации, и не вызывать неприятных ощущений и каких-либо расстройств (потертости, изъязвления, воспалительные уплотнения, абсцессы и др.). Протезы  верхних и нижних конечностей  назначают через 2-3 мес. после ампутации. 

 

 

 

 

3.1 Протезы нижних конечностей.

 

Вот представлен пример протезирования нижней конечности человека. Конструкция выполнена из углеродного волокна, за счет чего достигается прочность и легкость протеза. Нижняя часть, имитирующая стопу, имеет регулировку угла наклона — как утверждает дизайнер, это существенно расширяет возможности движения и делает применение протеза более индивидуальным и естественным.

 

Рисунок 11. Протез из углеродного волокна

 

 

 

Протезы нижних конечностей (ПНК) изготавливаются по различным  технологиям и могут быть: каркасные, шинно-кожаные, деревянные, металлические, модульные. В зависимости от уровня ампутации ПНК разделяют на протезы голени, бедра, после вычленения бедра, а также предприятие изготавливает протезы при различных видах недоразвития нижних конечностей.

ПНК  модульные или немодульные собираются из приёмной индивидуальной гильзы, изготовленной по культе инвалида или по индивидуальному слепку с культи инвалида. Гильза может формироваться: из слоистого пластика на основе акриловых смол, из кожи, дерева, металла и натурального гомополимера. При необходимости возможно изготовление диагностической гильзы из абсолютно прозрачного материала, что позволит видеть прилегание культи, цветовые изменения кожи, наличие воздушных полостей. Вкладная гильза из вспененных материалов; крепление с использованием кожаных полуфабрикатов, гильзы бедра, вакуумное, силиконо-гелевого замкового чехла. Юстировка происходит с помощью регулировочно-соединительного устройства. Также в протез входят коленный модуль (в протезах бедра), несущий модуль, модуль стопы с адаптером и дополнительные функциональные устройства (в случае необходимости), имеет мягкую или полужёсткую полиуретановую косметическую облицовку и косметическое покрытие облицовки чулки перлоновые или силоновые ортопедические.

Диапазон изделий включает в себя как простые удобные  протезные конструкции, так и  сложнейшие динамические, многофункциональные  системы для людей, ведущих активный образ жизни и занимающихся спортом.

Характеристики  протезно-ортопедических изделий:

 

ПРОТЕЗ ГОЛЕНИ МОДУЛЬНЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ (АКРИЛОН).

Протез голени модульный. Формообразующая  часть косметической облицовки - листовой поролон. Косметическое покрытие облицовки - чулки ортопедические силоновые. Приёмная гильза индивидуальная из литьевого слоистого пластика на основе акриловых смол. Вкладная гильза из педилина. Крепление протеза за счет формы приемной гильзы. Регулировочно-соединительные устройства стальные предназначенные для пациентов массой до 100 кг. Стопа шарнирная с пяточным амортизатором регулируемой жесткости.