Материал, используемый в эндопротезах
К сожалению, в литературе можно найти очень мало информации о физико-химических характеристиках как исходных порошков фосфатной керамики, так и конечных биосовместимых покрытий, тем более, в зависимости от технологических параметров их формирования. Эта информация, как правило, является конфиденциальной, содержащей секреты (know-how) производителей эндопротезов. Знание этих секретов позволяет устранить отказы эндопротезов, вызванные недостаточной биосовместимостью покрытий и прочностью фиксации эндопротезов при имплантации.
КОМПОЗИТЫ
Композиционные материалы или композиты представляют собой многофазные системы, которые состоят их двух или более компонентов (фаз), сохраняющих индивидуальность (структуру и свойства) своего вещества в составе композита. На рис. 2.5 схематически показана структура композиционного материала. Компонент, непрерывный в объеме композита, называют матрицей или связующим.
Рис. 2. Схема композиционного материала: 1 - матрица, 2 - армирующие компоненты, 3 - переходный слой на границе раздела компонентов
Другие, чаще всего, упрочняющие или армирующие компоненты распределены в матрице в определенном порядке. Переходные поверхностные слои расположены на границах раздела матрицы и других компонентов. Свойства вещества переходного слоя (третьей фазы) отличаются от свойств основных фаз. Переходный слой определяет прочность сцепления (адгезию) матрицы и других компонентов и в большой мере - служебные свойства композита и их постоянство во времени. При механическом нагружении композита напряжение достигает max значений на границах раздела компонентов.
Углеродные композиты, применяемые в эндопротезах, содержат углеродные волокна как армирующие элементы углеродных матриц.
Чаще всего заготовку эндопротеза формуют из высокомодульных углеродных волокон или нитей, используя методы ткачества, послойной укладки скрепленных прошивкой углеродных тканей, лент или пучков углеродных волокон.
Таблица 4. Прочность биологических тканей и материалов для изготовления эндопротезов суставов [21]
|
Материал |
Предел текучести, МПа |
Предел прочности, МПа |
Относительное удлинение при разрыве, % |
Модуль упругости, ГПа |
|
Керамика Алюминиевая Циркониевая - полученная методом ГИП - спеченная |
550 1200 900 |
380 200 200 | ||
|
Металлические 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 |
200 200 200 105 |
|
Углерод 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 60 134 | |
|
Биологические ткани Гидроксиапатит Кость Коллаген |
100 80-150 50 |
0,001 1,5 |
114-130 18-20 1,2 | |
|
Полимеры ПММА костный цемент СВМПЭ Силиконовая резина |
23 |
75 40 7-10 |
3,5 500 600 |
2,8 0,5 0,0003 |