Разработка синтетических материалов и технологий для протезно-ортопедических изделий Махортов, Николай Сергеевич

Введение к работе

Актуальность проблемы

Эффективная реабилитация инвалидов с нарушением опорно-двигательного аппарата успешно может реализовываться с помощью комплексных медико-технических методов и средств.

Основными техническими средствами реабилитации являются протезно-ортопедические изделия (ПОИ) для изготовления которых используются различные материалы как природного, так и синтетического происхождения и в большинстве случаев их сочетания.

Наряду с многими конструктивными достоинствами природных материалов они проявляют в ПОИ свои и негативные качества, а именно: высокие материалоемкость, удельный вес, коэффициент трения, теплопроводность, образивный износ, коррозия, твердость, усложненные технологические процессы переработки и т.д., которые не дают возможностей оптимально совершенствовать средства реабилитации, придавать им требуемую функциональность, косметичность и создавать выгодные современные конструкции. При этом, расходуется большое количество остродефицитных природных

сырьевых ресурсов (древесины ценных пород, натуральная листовая дубленая кожа, металлы, хлопок и др.), с образованием значительных отходов, которые не находят целенаправленной утилизации. Эти недостатки и негативные явления могут компенсировать специально созданные синтетические материалы.

С развитием химии и химических технологий расширяется ассортимент, количество и использование в протезостроении так называемых базовых традиционных полимерных материалов. Этого требуют и основные направления научно-технического прогресса в народном хозяйстве. Очень важным при этом является знание протезистами их физико-механических, физико-химических, технологических, санитарно-гигиенических, биологических свойств, которые до настоящего времени нигде не отражены. Внедрение в протезное дело полимерных материалов осуществляется в основном по интуиции или зачастую по возможностям протезистов без научного обоснования, что приводит к отрицательным результатам протезирования и в конечном итоге такие материалы оказываются непригодными для проте-зостроения по многим показателям.

Для ПОИ необходим широкий ассортимент специальных материалов с комплексом ценных медико-технических свойств.

В связи с тем, что таких материалов химическая промышленность не производит и не разрабатывает, вопрос разработки и внедрения специальных синтетических материалов с заданными свойствами для ПОИ как у нас

в стране, так и за рубежом, является открытым и весьма актуальным.

Успешное решение таких задач возможно только при наличии медико-технических требований к материалам, которых до настоящего времени не существует.

Многие химические материалы, несмотря на свою определенную ценность, при использовании в ПОИ не по назначению, без учета многих факторов эксплуатации протезируемыми приводят к негативным и неэффективным

результатам протезирования и реабилитации. Поэтому, необходимы показания и противопоказания к назначении синтетических материалов и ПОИ из них в зависимости от индивидуальных особенностей инвалидов. Такие рекомендации так ке отсутствуют. Это еще в большей степени подчеркивает актуальность работы.

В перспективе обеспечивать и поддерживать постоянный прогресс в протезном деле на современном уровне, в соответствии с требованиями времени, могут материалы с уникальными свойствами, разработка которых возможна только при наличии концепций направлений развития работ которых в отрасли не существует. Изложение таких концепций на ряду с решением других проблем, является так же весьма актуальным.

Учитывая вышеизложенные проблемы и их актуальность в настоящей работе предприняты меры по их решению.

Цель работы

Решение проблем эффективной реабилитации инвалидов путем применения новых, с улучшенным комплексом эксплуатационных свойств, отвечающих медико-техническим требованиям, синтетических материалов, специфических технологий для протезно-ортопедических изделий, повышающих функциональность и качество биотехнических систем в целом при индивидуальном протезировании и ортезировании.

Задачи работы

1. Разработать, подобрать модифицировать методики и испытательное
оборудование для исследований материалов и оценки эксплуатационных ха

рактеристик ПОИ.

1. Разработать медико-технические требования к материалам для ПОИ

2. На основе разработанных медико-технических требований, создать и изучить новые, с улучшенными свойствами, обеспечивающие эффективность ПОИ материалы.

3. Разработать способы и методы повышения эксплуатационных характеристик материалов для ПОИ.

5. Разработать современные, специфические технологические процессы получения и переработки новых материалов в ПОИ.

6. Создать специальные оборудование, приспособления, оснастку, инструмент, позволяющие качественно получать, перерабатывать новые материалы, повышать производительность, культуру производства, обеспечивать охранные вопросы.

7. Спроектировать производственный участок по переработке химических веществ и материалов в ПОИ, отвечающий современным требованиям производства.

8. Решить вопросы ресурсосберегающих безотходных технологий и целенаправленной утилизации отходов ценного, остродефицитного природного сырья.

Э. Изучить традиционно применяемые в протезостроении материалы, провести всестороннюю оценку свойств, выявить положительные и отрицательные их качества.

10. На основе изученных свойств материалов для ПОИ обосновать их эксплуатационные характеристики.

11. На основе исследованных свойств, обоснованных эксплуатационных характеристик материалов, ПОИ, анамнеза инвалидов, разработать рекомендации по показаниям и противопоказаниям к их назначению в ПОИ в зависимости от индивидуальных особенностей протезируемых.

12. Разработать нормативно-техническув и научную документацию, обеспечивающую широкое внедрение в производство новых материалов и технологий для ПОИ.

13. Внедрить в протезную промышленность эффективные разработки.

14. Изложить основы перспективных направлений развития работ создания материалов с уникальными свойствами для постоянного поддержания прогресса в протезном деле.

15. Разработать практические рекомендации по использованию созданных материалов, технологий, оборудования в практику протезирования и другие отрасли народного хозяйства.

Научная новизна

В исследованиях, приведенных автором, впервые:

1) разработаны, подобраны, модифицированы испытательное оборудование и способы оценки электрических, диффузионных, прочностных, упру-го-жесткостных свойств, учитывающих специфичность.составов, состояния материалов. Применены принципиально новые методики оценки эксплуатационных характеристик ПОИ, что в совокупности в другими исследованиями и

полученными параметрами позволили качественно и достоверно получить необходимую научную информацию для решения поставленной цели;

2. разработаны и обоснованы медико-технические требования к материалам, учитывающие совокупность необходимых свойств, характеристик, технологических параметров, что позволяет определить пригодность материалов для конкретного вида ПОИ. Проведены оценка и подтверждение достоверности требований в практическом протезировании и ортезировании;

3. развиты материаловедческие и биомеханические основы выбора модифицирующих наполнителей для разработок материалов. Созданы, исследованы и изучены новые материалы для всех видов ПОИ. Установлены и определены возможности изменения свойств материалов физическими, химическими и технологическими воздействиями;

4. изучены механизмы взаимодействия кожевенных наполнителей с полиамидным связующим и влияние их на прочность ксженапслненного многослойного материала;

5. исследованы, изучены и проанализированы традиционно используемые материалы для ПОИ в РФ, странах СНГ, Республике Болгария. Установлены положительный и отрицательные их качества, сделаны соответствующие выводы на основе которых определены ограничения применения в протезировании и ортезировании;

6. определены, обоснованы эксплуатационные характеристики материалов и ПОИ. Результаты научных исследований дали предпосылки к разработке показаний и противопоказаний к назначению материалов для ПОИ;

7. установлена зависимость между свойствами материалов, эксплуатационными характеристиками ПОЙ и индивидуальными особенностями протезируемых, что позволило разработать методические рекомендации по показаниям и противопоказаниям к назначению материалов для приемных гильз конкретному инвалиду;

8. на основании научных подходов разработаны специальные оборудование, технологии, позволяющие получать и перерабатывать материалы с запланированными свойствами, экономить сырьевые ресурсы, решать производственные, материаловедческие, биомеханические, охранные вопросы в протезной промышленности на современном уровне;

9. теоретически обобщены и изложены перспективные направления создания, подбора и использования материалов с уникальными свойствами способные поддерживать постоянный прогресс в протезном деле.

Техническая новизна работы подтверждена пятнадцатью авторскими свидетельствами на изобретения, восьмью свидетельствами на рационализаторские предложения, дипломами, свидетельствами и серебряной медалью международных выставок по средствам, облегчающим жизнь инвалидов.

Практическая ценность и реализация работы

і. Разработанные мелйко-техническке требования к материалам пог-золяют соэдагагь и применяй их ллл изготовления ПОИ. наиболее полно отвечающих запросам протезистов, пронышенностк и протезируемых с дос-їяаєкиєм высоких сощ-алька-экокошч&оккл эффектов, сокращением сроков

рёабИЛИхаПКИ ИНЗаЛИДОВ.

. Полученные шйгккл-мёхаккчёйк»1ё. шкгі-!кй-кїййгчесщ:%. саншгр-ко-гигиенические. технологические, биологические, ыедико-технические, биомеханические, токсикологические к эксплуатациоккые свойства материалов дают возможность протезистам правильно ориентироваться В гЬібОре требуемого материала, кк заказа для производства, определять габариты ЇШ.

8. Внедрение полученных результатов осуществлено практически на всех протезно-ортопедических предприятиях, учреждениях России, некоторых предприятиях стран СНГ (Украина, Литва, Белоруссия) и дальнего зарубежья (Республика Болгария).

9. Отдельные положения диссертационной работы вошли в лекции по материаловедению для слушателей курсов повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников протезной промышленности, учебники для средних специальных учебных заведений, словать протезно-ортопедических терминов.

10. Результаты проведенной работы могут быть использованы для це
лей медицины, строительства, машиностроения, химии и т.д.

Положения, выносимые на защиту

1. Разработанные медико-технические требования к материалам позволяют целенаправленно создавать по рациональным технологиям, оценивать и отбирать с необходимыми свойствами, материалы для конкретного вида ПОИ, прогнозировать и обеспечить качество протезирования или ор-тезирования.

2. Разработанные рецептуры составов, способы, методы, технологии позволяют получить ряд новых, с специфическими и регулируемыми свойствами, синтетических композиционных материалов, применить их практически для всех видов ПОИ, отвечающих медико-техническим требованиям, запросам протезистов, возможностям производств протезно-ортопедических предприятий и достичь высоких социально-экономических эффектов в протезной практике.

3. Разработанные специальные рецептуры, технологии обеспечивают эффект одновременно-этапного получения материалов и непосредственно ПОИ, позволяющие, в зависимости от потребности и категории инвалидов, рационально расходовать сырье, регулировать производство.

4. Материалы для ПОИ должны обладать селективными особенностями. Теоретические закономерности и возможности создания рецептуры, технологии универсального материала, который бы удовлетворял требованиям всех видов ПОИ, не прогнозируется.

5. Предложенные и исследованные армирующие материалы, изготовленные разработанным способом вязки "кулирная гладь" с обоснованным соотношением арматуры к связующему, позволяют существенно повысить прочностные свойства, упростить технологии слоистых пластиков и ПОИ на основе жидких клеевых связующих.

6. Обоснованные теоретические принципы управления структурой материалов, технологиями позволяют гелеобразным полимерам имитировать

свойства мягких тканей живого организма и изменять их в требуемых пределах.

7. Установленные режимы температурных воздействий, степень вытяжки, наличие замасливателей, пластификаторов, влаги в исходном материале позволяют прогнозировать, повысить физико-механические свойства ацетилцеллюлозных термопластов и определить оптимальные технологические параметры переработки.

8. Экспериментально определенные количественное, качественное и видовое содержание природных органических наполнителей в разработанных рецептурах, технологии позволяют получить материалы, по своим свойствам и эксплуатационным характеристикам, выгодно отличающихся от аналогичных натуральных и обеспечить биосовместимость ПОИ.

9. Комплексно исследованные свойства, эксплуатационные характеристики материалов и ПОИ, выявленные индивидуальные особенности протезируемых, медико-технические требования к материалам для ПОИ позволяют разработать показания и противопоказания к назначению материалов для каждого вида изделий конкретной категории пациентов, ускорить и качественно повысить реабилитацию инвалидов.

10. Разработанные оборудование, приспособления, производственные участки, технологии, нормативно-техническая и научная документация позволяют комплексно решить основные производственные, технологические, технические, снабженческие, ресурсосберегающие, охранные, матери-аловедческие, биомеханические проблемы на современном уровне и внедрить результаты диссертационной работы в протезную промышленность.

11. Теоретически обобщенные известные и собственные результаты исследований по анализу изменений свойств материалов в ходе реализации воздействия химических, физических, технологических факторов, позволя-" ют рекомендовать перспективные направления в материаловедении, поддерживать постоянный прогресс в уникальном протезном деле.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на совещаниях-семинарах работников протезной промышленности Российской Федерации (Новокузнецк, 1986; Киров. 1987; Ленинград, 1988, 1998; Москва, 1998), заседаниях рабочей группы по полимерным материалам при Координационном Совете протезирования (Москва, 1985; Ленинград, 1986; Харьков, 1988), Советско-Американском семинаре по средствам облегчающим жизнь инвалидов (Москва, 1990), Международных совещаниях по полимерным материалам для ПОИ (Москва, 1986-1990; София, 1986-1990). 1У Международном симпозиуме "Динамические и технологические проблемы механики конструкций и

оплошных срез" (Москва. 1593). IX Всемирном конгрессе Межлукзрорного

ОбШёСТВа ПО ПрОТеЗИрОЕЗНИй И ОрТеБЕрОЗаКИЮ (Амстердам, 1QS5). гаСёЛа-

кііяк ученого Совбт-а Ьликсобеса РФ (Москва, 1S83. 1~сс/, гаседанялх ученого Совета ЦНИШІГЇ (Москва, 1631-1598), лабораторных коллоквиумах ЦКИШїїї (Москва, 1951-1555), ведомственных комиссиях (Москва, ISBi-iSSO). Экспонаты ПОИ ив сазрабоханных мвтеоналог были ггоедстагдены ка

По теме диссертационной работа опубліковано 4 научные статьи s отечественной и варубежной печати, квданы учебник для учашілсл средних специальных учебных вавелекий, словарь протевно-ортопедкчеокйх

ТерШТНОЕ, )»ЄхОДИЧЄСКИЄ рЄКОМЄКДаіГйй. ПОЛучЄКО 15 аЗхирСКИХ Свидетельств

на изобретения, й раггионаливатороких предложений, составлено и гаре-гиотрирйвако 24 научных отчетов по темам KH0KF. НТг. Структура к объем диссертацдангай работа

йиообртацкк состоит кг введения, S глаз, заключения, 17 выводов, 25 практических рекожндасшй, списка литературы иг S45 найменованій, в том числе 11 отечественных її 134 гарубежнкх источников. Работа иглсжена ка 37 страницах компьютерного текста и содержит 1G7 таблиц. 54 опсунка.