Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 15
1. Устранение дефектов ветви нижней челюсти с использованием эндопротезов 15
1.2. Биостабильные синтетические материалы и металлы 16
1.3. Биокомпозитные синтетические материалы и пластмассы 17
1.4. Углеродные полимерные материалы (углеродопласты) возможность их применения в практике детской челюстно-лицевой хирургии 18
2. Современные технологии, материалы и исследования в вопросах эндопротезирования суставов 20
2.1. Сверхвысокомолекуярный полиэтилен 22
2.1.1. Свойства сверхмолекулярного полиэтилена 23
2.1.1. 1. Молекулярная структура 23
2.1.1.2. Физико-механические свойства 24
2.1.1.3. Химические свойства 28
2.1.1.4. Старение и стабилизация 29*
2.1.2. Методики получения изделий из полиэтилена 30
2.1.2.1. Єпекание. Получение монолитных заготовок (изделий) спеканием...30
2.1.2.2. Получение пористых изделий 31
2.1.2.3. Горячее прессование и плунжерная экструзия 32
2.1.3. Модификация сверхмолекулярного полиэтилена 33
2.1.4. Применение сверхмолекулярного полиэтилена 35
2.2. Полиметилметакрилат (ПММА). Свойства полиметилметакрилата..37
2.3. Сверхкритический диоксид углерода 38
2.3.1. Особенности сверхкритического углекислого газа 41
2.3.2. Импрегнация полимеров в среде сверхкритического диоксида углерода 42
2.3.3. Пластификация полимеров сверхкритическим диоксидом углерода ..43
2.4 Заключение 46
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 48
2.1. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЗ)і 48
2.2. Метилметакрилат (ММА ) 49
2.3. Полиметилметакрилат 49
2.4. Сополимер полиметилметакрилата 50
2.5. Исследуемые образцы 5Г
2.5.1 .Синтетические образцы 51
2.5.2.Биологические образцы 53
2.5.3.Металлические образцы 53
2.6.Технология изготовления образцов 54
2.6.1 .Технология изготовления синтетических образцов методом прямого компрессионного прессования на гидравлическом прессе 54
2.6.2. Технология получения синтетических образцов полимер — мономерным методом 55
2.6.3.Технология изготовления биологических образцов 56
2.7.Методика фрикционных испытаний 57
2.7.1 .Машина трения торцевого типа И - 47К54 57
2.7.2. Вибротрибометр "Optimol SRV" (Германия -Швейцария) 59
2.8. Физико-механические испытания 63
2.8.1. Определение прочности на изгиб 63
2.8.2. Определение плотности образцов 65
2.8.3. Определение твёрдости образцов на твердомере ТП-1 65
2.9. Взвешивание образцов 66
2.10. Эксперементально-морфологическое исследование биосовместимости композиционных материалов на основе акрилового полимера 68
ГЛАВА 3. Результаты собственных исследований 71
3.1. Исследование постэкстракционного состояния сверхвысокомолекулярного полиэтилена (GUR 4120) после обработки в скС02. Формирование нанопористой структуры 71
3.2. Результаты испытаний образцов из полиметилметакрилата +5% сверхвысокомолекулярного полиэтилена 76
3.2.1. Физико - механические свойства 76
3.2.2. Фрикционные характеристики .' 78
3.2.3. Физико — механические характеристики 81
3.3. Трение сверхвысокомолекулярного полиэтилена с различной молекулярной массой и разработанных композиций в паре «сталь — сверхвысокомолекулярный полиэтилен» 81
3.3.1. Влияние молекулярной массы сверхвысокомолекулярного полиэтилена на коэффициент трения 82
3.3.2. Влияние смесей нанометалла с высоко- и низкомолекулярным сверхвысокомолекулярным полиэтиленом на коэффициент трения 84
3.3.3. Влияние технологии изготовления образцов 86
3.4. Трение пар «хрящ - хрящ» и «металл - хрящ» 87
3.5.Определение коэффициента трения в паре «полиметилметакрилат - хрящ, смоченный водой» 89
3.6. Коэффициент трения в паре «сверхвысокомолекулярный полиэтилен - хрящ, смоченный водой» 92
3.7. Определение коэффициента трения в паре «модифицированный сверхвысокомолекулярный полиэтилен -кость» 95
3.8. Определение коэффициента трения в паре «полиметилметакрилат — влажная кость» 97
3.9. Данные по определению коэффициента трения в паре «полиметилметакрилат - сухая кость» 100
ГЛАВА 4 Результаты сравнительного экспериментально-морфологического исследования биосовместимости композиционных материалов на основе акрилового полимера 103
ГЛАВА 5 Клиническое применение эндопротезов 109
Заключение 112
Выводы 117
Практические рекомендации 119
- Углеродные полимерные материалы (углеродопласты) возможность их применения в практике детской челюстно-лицевой хирургии
- Пластификация полимеров сверхкритическим диоксидом углерода
- Эксперементально-морфологическое исследование биосовместимости композиционных материалов на основе акрилового полимера
- Исследование постэкстракционного состояния сверхвысокомолекулярного полиэтилена (GUR 4120) после обработки в скС02. Формирование нанопористой структуры
Введение к работе
Анкилоз ВНЧС (височно-нижнечелюстной сустав) является одной из наиболее часто встречающихся первично - костных патологий височно-нижнечелюстных суставов у детей.
Такие поражения суставов в 73% случаев проявляются у детей на первом году жизни (Н.Н. Каспарова, 1979г.).
Причиной возникновения анкилоза часто являются : родовая травма сустава, гематогенный остеомиелит суставного отростка, гнойные воспалительные заболевания среднего уха.
Существуют различные хирургические методики для лечения таких пациентов. К ним относятся: а) остеотомия ветви нижней челюсти с удалением анкилотических разрастаний и деформированной суставной головки с последующим скелетным вытяжением; б) остеотомия с введением между остеотомированными фрагментами интерпозиционной прокладки; в) остеотомия ветви с последующим устранением дефекта различными видами пластического материала (ауто-, аллотрансплантат, эндопротез), которым придается форма недостающей части челюсти. В настоящее время большинство исследователей склоняются в сторону одномоментного устранения возникшего дефекта с целью снижения выраженности вторичных деформаций костей лицевого скелета.
В качестве пластического материала, замещающего костный дефект после остеотомии и создающего дистальную опору, применяются различные костные ауто- и аллотрансплантаты, керамические, композитные и металлические эндопротезы (Тарасов Ю.С., 1989; Кемсадзе О.А., 1991г.; Макаренко М.Ф., 1992г.; Григорян А.С., Гвилава Л.Б., 1994г.; Gross N., 1998г., Schitman P., 1993г., Семкин В.В., Безруков В.М., Рабухина Н.А., Сукачев В.Ф., 1996г., Набиев Ф.Х., 1997г., Махбуб, Ульянов С.А., Топольницкий О.З., 2002г.) .
Однако все материалы, используемые для создания дистальной опоры нижней челюсти, имеют ряд отрицательных свойств и недостатков. Аллогенные трансплантаты очень быстро подвергаются резорбции, аутопластика в младшем детском возрасте не показана из-за дефицита пластического материала. Синтетические материалы, обладающие биоинертностью, совместимостью, остеоинтегративностью, а также физико-механическими свойствами, соответствующими костной ткани, являются наиболее приемлемыми материалами для эндопротезирования мыщелкового отростка, особенно у детей младшего возраста.
В настоящее время для эндопротезирования мыщелкового отростка нижней челюсти у детей применяют: эндопротезы из материала «Карбопол» - акриловой композиции в сочетании с гидроксиапатитом, армированным углеводородными нитями (Топольницкий О.З., Воложин А.И., Краснов А.П.2005г., Арапов Н.С.2006г.), эндопротезы из углеродосодержащих материалов (Набиев Ф.Х. 1997г., Хоссаин Махбуб 2004г.).
Большинство исследований и работ при использовании полиакриловой композиции было посвящено проблемам биосовместимости и ударопрочности, что не улучшало характер трения головки нижней челюсти. Введение ГАП (гидроксиапатит) в полиакриловую композицию ухудшает трение головки эндопротеза, что нередко приводит к рецидивам заболевания.
В то же время, широко известно использование сверхвысокомолекулярного полиэтилена с целью создания искусственного вкладыша тазобедренного сустава. Однако в детской челюстно-лицевой хирургии эндопротезы с полиэтиленом не применяются.
Для решения проблемы улучшения антифрикционных свойств искусственной головки сустава нижней челюсти предлагается использовать смесь ПММА и СВМПЭ (сополимера метилметакрилата и сверхвысокомолекулярного полиэтилена), полимеров, обычно считающихся несовместимыми.
В специальной литературе по исследованию смесей несовместимых полимеров нет упоминаний о подобных композициях этих двух несовместимых полимеров, поскольку введение СВМПЭ в 2-5 раз ухудшает физико-механические показатели ПММА из-за резко выраженной несовместимости.
Такой путь создания головки эндопротеза мыщелкового отростка нижней челюсти путем введения СВМПЭ косвенно способствует и понижению содержания в полимерной матрице остаточных следов примесей: мономера – метилметакрилата, пластификатора и др.
Особенностью СВМПЭ, как антифрикционного полимера, является его относительно невысокая чувствительность к материалам контртела, что обеспечивает более низкое трение в паре с полимерами, а также при смазке водой, либо жидкими средами организма.
В связи с этим основной научной проблемой, которая должна быть решена, является создание антифрикционного биостабильного материала для головки эндопротеза нижней челюсти с использованием двух биосовместимых, биостабильных полимеров: ПММА и СВМПЭ, обладающего высокими антифрикционными свойствами, что послужило основанием для формирования цели и задач исследования.
Цель исследования.
Совершенствование хирургического лечения детей с анкилозом височно-нижнечелюстного сустава путем разработки и научного доклинического обоснования применения эндопротеза мыщелкового отростка из антифрикционного композиционного материала на основе смеси метилметакрилата и сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
Задачи исследования.
-
Разработать лабораторную технологию получения биостабильного, антифрикционного материала на основе смеси двух несовместимых между собой полимеров: сополимера ПММА и СВМПЭ.
-
Определить физико-механические и трибологические свойства разработанного материала с целью установления возможности изготовления из него эндопротеза головки нижней челюсти.
-
Разработать конструктивные и технологические лабораторные способы изготовления эндопротеза мыщелкового отростка из разработанного биостабильного, антифрикционного материала.
-
В лабораторных условиях изучить токсичность данного материала, согласно ГОСТ РИСО 10993: исследование общетоксического действия, раздражающего и сенсибилизирующего действия.
-
Дать научно обоснованные рекомендации по клиническому применению эндопротеза с головкой из разработонного биостабилного антифрикционного материала для хирургического лечения детей с анкилозом ВНЧС.
Научная новизна исследования.
-
Проведено исследование методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии, доказывающее, что терморасширенный СВМПЭ содержит в нанопорах диоксид углерода.
-
Впервые проведено исследование трибологических свойств модифицированного полимера, где показана роль нанокапсулированного диоксида углерода как своеобразной «трибохимической смазки».
-
Впервые создана и апробирована методика проведения экспериментов по биомедицинской трибологии «in vitro», при трении полимерных материалов по «артрозной» кости и хрящу.
-
Впервые были проведены обширные эксперименты по исследованию трения биологических и полимерных образцов в парах «хрящ-хрящ, металл-хрящ, полимерные смеси (ПММА-СВМПЭ) по хрящу и кости». Показано, что лучшие из разработанных материалов имеют коэффициент трения при работе по хрящу на уровне коэффициента трения пары «хрящ-хрящ» и значительно более низкий, чем у пары «металл-хрящ».
-
Впервые показано, что использование терморасширенного СВМПЭ позволяет значительно улучшить трибологические свойства разработанных материалов при сохранении хороших физико – механических показателей, что служит основой создания биостабильных, антифрикционных материалов.
Практическая значимость
Данный вид эндопротеза мыщелкового отростка позволит улучшить трибологические свойства и снизить число осложнений после эндопротезирования ВНЧС, что значительно повысит экономический эффект при лечении детей с анкилозирующими заболеваниями височно – нижнечелюстного сустава.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Метод рентгеноэлектроскопии подтвердил, что терморасширенный СВМПЭ, обработанный в сверхкритической среде СО2, в нанопорах содержит диоксидуглерода, который в инкапсулированных условиях выполняет роль "биологической смазки".
-
Эндопротез мыщелкого отростка, состоящий из головки, в составе которого находится СВМПЭ обладает значительно улучшенными трибологическими свойствами и хорошими биомеханическими характеристиками.
-
Свойства полимерных материалов при трении по костным структурам: акриловая модифицированная нанокомпозиция -хрящ, близка к коэффеценту трения природного сустава, т.е. хрящ-хрящ.
Личный вклад автора.
Автор лично участвовал в разроботке и изучении трибологических свойств эндопротеза, и в хирургических операциях при лечении детей с вторичным диформирующим остеоартрозом и анкилозом височно – нижнечелюстного сустава.
Внедрение результатов исследования.
Полученный в результате исследования эндопротеза, внедрён в практическую деятельность кафедры детской хирургической стоматологии и челюстно –лицевой хирургии и кафедры госпитальной хирургической стоматологии и челюстно – лицевой хирургии МГМСУ и отделение челюстно –лицевой хирургии ГКБ №2 г. Москвы для лечения пациентов с анкилозом ВНЧС.
Материалы диссертационного исследования используются при проведении занятий со студентами, интернами, врачами ФПДО, слушателями ФПК преподавателей МГМСУ.
Апробация работы
Основные положения диссертации доложены и обсуждены на :
-
-
ХХ Симпозиуме «Современная химическая физика» (г.Туапсе, 15-22 сентября 2008г.);
-
Научно – практическая конференция с участием иностранных специалистов « Трибология – Машиностроению», посвещенная 70 – летию Института Машиноведения» (г.Москва,октябрь 2008г.)
Публикации
Материалы диссертации отражены в 6 публикациях, в том числе 2 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Объем и структура диссертации.
Диссертационная работа изложена 135 страницах машинописного текста, иллюстрирована 18 таблицами, 35 рисунками. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 186 источников (из них 87 отечественных и 99 зарубежных) и 1 приложение.
Углеродные полимерные материалы (углеродопласты) возможность их применения в практике детской челюстно-лицевой хирургии
В качестве имплантационного- материала могут быть использованы синтетические материалы и металлы, из. которых формируют колпачки, прокладки, суставной отросток: протопласт, силикон, силастик, серебряные, золотые и палладиевые сплавы, керамика (40,47,53, 58, 61, 67, 75, 77, 98, 107). Но все этаиматериалы применяются в основном у взрослых пациентов. На сегодняшний денк широко используемыми имплантационными материалами являются металлоконструкции, особенно на основе титана (эндопротезы ветви, суставной впадины). Титановые эндопротезы наиболее эффективны» у взрослых пациентов, поскольку они не вызывают реакции несовместимости в тканях реципиентного ложа, не токсичны, имеют длительный срок службы. В детской практике применение титановых эндопротезов ограничено. Wolford и соавт. (1994) использовали комплект Techmedica для восстановления ВНЧС. Было использовано 100 протезов. Речь идет о полном протезе, изготовленном на основе ЗД модели, индивидуально для каждого пациента. Протез представлен сплавами металлов и, состоит из- протеза суставной, головки и ямки. Причем артикулярные поверхности покрыты слоем полиэтилена высокой плотности . Использование керамических эндопротезов. Использование керамических изделий в медицинских целях, по сравнению с другими имплантатами, имеет сравнительно небольшую историю, с начала 60-х годов-прошлого столетия [163, 185]. Наибольшее распространение в клинике получила алюмооксидная керамика, которая отличается высокой коррозийной стойкостью, износостойкостью, биоинертностью, биосовместимостью, биоустойчивостью [9, 22,]. Эндопротезы представляют собой индивидуально изготавливаемые изделия из алюмооксидной керамики (А12Оз), восполняющие деформацию или изъян кости лицевого черепа. Перспективным представляется использование не только монолитной, но и пористой формы керамики отдельно или в комбинации с другими остеопластическими материалами., В то же время, по данным литературы, практически отсутствует опыт применения керамических эндопротезов в детской практике
Известны; в практике имплантологии? кремнийсодержащие керамики-лейкосапфир; корунда коралл., Обладая? высокими биосовместимыми. качествами;, эти материалы заслужили широкое признание (22, 130і, 132)і Новое направление в проблеме пластического материала явилось создание: искусственных аналогов костной ткани на основе: бйополимерных
Использование пластмасс в качестве интерпозиционного материала при анкилотических заболеваниях привело к появлению имплантатов Sanders (171) и Parmer(160). Sanders использовал пластинки, из; сиэластика, устанавливаемые после формирующей; остеотомии. Parmer видоизмененный; тестикулярный имплантат крепит к культе мыщелка нейлоновой нитью. Palfer-Sollier, (161) после резекции; суставного отростка; замещал суставной отросток,акриловой плиткой; моделируемую индивидуально; На территории нашей-страны с 1980г. был разработан; и широкої применялся: костно-пласстмассовый эндопртез ветви и мыщелкового отростка: Этот материал представлял; из себя комбинацию одной разновидности акриловых пластмасс и фрагментов замороженной или формалинизированнной кортикальной аллокости кости в соотношении 4:1 (86);
Учитывая остеопластические свойства материалов на основе гидроксиапатита, в конце 90-х годов на кафедре ДХС и ЧЛХ был модернизирован эндопротез;суставного отростка ветви нижней челюсти.
Кортикальные фрагменты аллокости были заменены на порошкообразный или гранулированный гидроксиапатит- эндопротезы «полигап» (27,84)» В результате значительно улучшились остеоинтегративные свойства эндопротезов Поли-ГАП. На ряду с хорошими остеоинтегративными свойствами, эндоротезы Поли-ГАП обладают высокой хрупкостью. Эндопротезы Поли-ГАП малотоксичны, легко поддаются механической. коррекции, доступны в изготовлении; хранении и стерилизации. Эндопротезы изготавливались индивидуально, с учетом возраста пациентов, а также с использованием, трехмерного стереолитографического исследования.
Учитывая, сложность изготовления индивидуальных эндопротезов, был разработан и внедрен в производство стандартный набор образцов эндопротезов мыщелкового отростка. Единственным недостатком этого вида пластического материала является его хрупкость, что и послужило причиной дальнейшего улучшения- биомеханических характеристик эндопротезов. С целью улучшения биомеханических характеристик эндопротеза в его структуру были введены углеродные- волокна (в качестве армирующего каркаса). Был разработан и внедрен эндопротез КАРБОПОЛ (свидетельства гос. регистрации №2281300), представляющий собой сополимер ПММА, наполненный дисперсным ГАП, армированный непрерывными нитями углеродного волокна (87).
Пластификация полимеров сверхкритическим диоксидом углерода
Основным фактором использования скС02 является синтез и модификация полимеров. Сорбция скС02 в полимерную матрицу стеклообразных полимеров приводит к набуханию, снижению температуры стеклования — происходит пластификация материала.. Это явление подробно исследовано и подтверждено экспериментально и теоретически [69].
Пластификация полимеров скС02 характеризуется увеличением сегментальной подвижности, подвижности полимерных цепей и увеличением расстояния между цепями. Пластифицирующий эффект С02 заключается в способности молекул диоксида углерода взаимодействовать с основными участками полимерных молекул, например, взаимодействие между С02 и карбонильными группами в ПММА. Также экспериментально показано, что взаимодействие между молекулами С02 и- функциональными группами полимера способствует ослаблению взаимодействия между цепями, увеличивая подвижность сегментов полимера. Увеличение подвижности эфирных групп в полиметилметакрилате наблюдали при температуре 40 С, после обработки пленки ПММА скСОг прибавлении 10 МПа. В отсутствии СОг подвижность эфирных групп в молекуле ПММА наблюдается при нагревании образца.выше температуры стеклования (Т=105 С). Этот пример показывает, что воздействие скС2 подобно эффекту нагревания полимера. Механизм пластификации ПММА}, обработанного скС02 и взаимодействие между молекулами СОг и полимера подтвержден спектроскопическими исследованиями Я.1 Ханда (Y. Handa). Пластификация аморфных полимеров высоким давлением газов в сверхкритическом состоянии; играет огромную роль в формировании вспененных полимеров. Детально изучен процесс вспенивания системы аморфный полимер — С02 и предложен механизм пенообразования, являющийся гетерогенным по природе [72].
При детальном изучении механизма вспенивания аморфных полимеров было обнаружено, что плотные наружные слои вспененного образца имеют необычную узелковую структуру, размер узелков которой находится в пределах от 50 до 200 нм. Физический смысл образованияс узелковой структуры не был очевиден, однако, формирование сферической І поверхности требует затраты энергии, достаточной для распутывания цепей" аморфной полимерной матрицы. Такая энергия может быть получена при высокой температуре на этапе нагревания и при высоком насыщении , полимерной матрицы. Подробно был описан процесс образования узелковой структуры в аморфных полимерных пленках. Установленная узелковая структура, имела размеры - порядка 30 А; узелки могли формировать шароподобные области различного размера, что минимизирует общую поверхностную энергию. Другой способ создания микропористых материалов основан на растворении полимерной матрицы в скСОо, в результате чего происходит самоассоциирование — гелеобразование, а при удалении С02 путем декомпрессии — к образованию пен со средним диаметром пор меньше, чем 1 мкм. Одной из важнейших целей использования С02 для получения полимерных пен является создание биорезорбируемых полимерных материалов: Сверхкритический диоксид углерода, растворяясь в аморфных полимерах, влияет на массоперенос растворяемых веществ-в полимерную матрицу. Было показано, что процесс диффузии вещества в полимерную-матрицу ускоряется в полимерах, набухающих- в скС02. ЕЬ частично кристаллическом полипропилене в присутствии скС02 наблюдалось увеличение диффузии, различных веществ: например, диффузия этилбензола в полистирол в среде скЄ02 увеличилась в шесть раз. Показано, что повышение скорости диффузии растворенного вещества не может быть связано только с уменьшением температуры стеклования полистирола, так как огромную роль играют фазовые переходы,.и, возможно, оно происходит за счет взаимодействия между молекулами С02 и растворенным веществом. Было высказано предположение, что в подобных процессах скС02 играет роль «молекулярной смазки». Такая терминология, возникла в результате сравненияскоростей диффузии между ІГММА, набухшего в скС02 шПММА, нагретого выше его температуры, стеклования. В обоих случаях отклонение температуры пластифицированного полимера от температуры стеклования; было одинаковым, тогда как скорость диффузии ПММА, набухшего в ск-С02, выше, чем в прогретом образце. При сопоставлении диффузии воды в ПММА, набухшем в скССЬ, с лиофильно набухшим образцом ПММА, был сделан вывод, что теория свободного объема не может объяснить различия между двумя системами. Присутствие С02 в набухшей матрице полимера влияет на процесс растворения и массоперенос растворяемого вещества, таким образом повышая его диффузию. Это предположение основано на том, что С02 имеет очень маленькую по размерам молекулу (V=19 — Ван-дер-Ваальсовый объем), по сравнению с большой молекулой растворяемого вещества. Механизм массопереноса растворяемого вещества в полимерную матрицу под воздействием сверхкритической среды был изучен и описан подробно. В настоящее время проводится множество работ по улучшению качества искусственного сустава. В последние годы защищено несколько патентов по использованию иных материалов, в первую очередь титана, его сплавов, углерод-углеродного материала в сочетании с различными конструкционными решениями. Практически все новые предложения связаны с созданием отдельной конструкционной детали, которая затем крепится на натуральной нижней челюсти. Ни одно из предложенных решений не лишено недостатков в практическом применении по ряду причин, важнейшими из которых являются: - при работе с искусственными эндопротезами представляется не реальным возможность жесткого крепления эндопротеза головки сустава на полимерной детали челюсти из-за резкого ослабления места стыковки, возможности образования сколов, трещин и т.д.
Эксперементально-морфологическое исследование биосовместимости композиционных материалов на основе акрилового полимера
Создание имплантатов с высокими механическими свойствами является основной задачей при разработке биостабильных материалов. Она осложняется тем, что исходный ПММА имеет относительно невысокую-удельную вязкость, как правило при наполнении дисперсными наполнителями, каким- можно считать СВМПЭ, свойства резко ухудшаются. Особенно значительное ухудшение наблюдается в случае введения неполярных наполнителей, что приводит к низкой адгезионной способности и снижению» прочностной связи» полимер — наполнитель, именно таким наполнителем для сополимера ПММА является порошкообразный1 СВМПЭ.
Наиболее критичным" показателем, среди,» физико — механических свойств, является ударная вязкость, показание которой резко снижаются-даже при небольшом наполнении. Результаты исследований физико -механических свойств приведены в таблице 3.1.
Как видно из таблицы, введение СВМПЭ приводит к снижению ударной вязкости на 30%. Для проверки влияния полярных наполнителей, на формирование физико — механических показателей, был получен порошок СВМПЭ с окисленной поверхностью, что было достигнуто его облучением кобольтовым источником (обработка Со 60 на .установке РХМ гама-20, мощность дозы 0,2 Мрад/час. Общая доза 10 Мрад). Можно видеть, что это способствует заметному повышению ударной вязкости (20%). Поскольку введение радиационно облученного наполнителя в медицинский эндопротез нецелесообразно, из-за повышенных требований к радикалообразующим компонентам, данный опыт не смогли использовать для создания требуемого материала.
Для этой же цели провели исследование возможности применения СВМПЭ модифицированного скСОг- Видно, что введение модифицированного СВМПЭ приводит к повышению ударной вязкости (с 5,1 до 5,6) и заметному повышению показателя предела прочности при изгибе (12%). Обращает на себя внимание то, что угол изгиба меняется, что является показателем повышенной пластичности.
Причина этого связана с показанными ранее структурными изменениями. Повышение нанопористости и увеличение насыпного объема в, 2 раза, свидетельствует о повышении дисперсности и пористости получаемого продукта. Вероятно формирование структуры получаемого продукта происходит не только на поверхности, но и в порах СВМПЭ, что способствует получению более гомогенной структуры наполненного полимера и улучшенных механических свойств. Таким образом, эта модификация СВМПЭ сверхкритическим С02 приводит к улучшению наиболее критичного показателя — ударной вязкости и прочности на изгиб, что дало основание перейти к исследованию их фрикционных свойств композиций с использованием модифицированного СВМПЭ (табл. 3.2.). Условия испытаний: Р=1 кг/см; V=100 — 120 об/мин; образцы диаметром 16 мм. Испытания проводились на машине трения торцевого типа И —47К54, коэф. взаимного перекрытия=1. Наиболее показательным параметром является температура на поверхности трения, также важным показателем является характеристика изменения поверхности. Особенностью трения ПММА, не антифрикционного полимера, в этих условиях является резкое повышение температуры при нагрузочно — скоростном воздействии. Мы стремились провести; исследование трения в І таких: условиях, чтобы температура; вблизи зоны трения- не; превышала; 30С. Ш этих условиях все образцы, за І исключением; , исходных,, практически не имели; износа; либо имело.» не большою износ. Коэффициент трения исходного полимера ПММА:, чрезвычайно высокий; прш этом происходит характерныш звуковой; эффект (скрип), также, характерно образование на образце черного налета; что связано с протеканием окислительного процесса: Наблюдается резкое. возрастание коэффициента.трения;(до-0;8ед.) —«заедание». Введение; 5% СВМПЭ во всех; трех остальных опытах, приводит к значительному улучшению; антифрикционных показателей, снижению коэффициента трения» и изменению характерного процесса образования! «черного» налеташа поверхности;. Введение СВМИЭ? исходного- не смотрят на снижение коэффициента трения; не изменяет, механизма формирования поверхности трения («третьего1 тела»). В; обоих случаях резко снижается звук, но сохраняется небольшой . скрип т на полимерном образце формируется пленка черного цвета; Обработка, в сверхкритическош среде и получение терморасширенного? СВМИЭ"5 резко изменяет характер трения, и механизм; трибохимических процессов?;нагповерхности; Происходит стабилизация!поверхности трения; звуковыделение: отсутствует, не происходит формирование; черного налета; Снижается и; температура, трения; она становится ! приближенной? к температуре окружающейгсреды ( 21Є); Вероятно все это связано с введением или с тем, что введение терморасширенного СВМПЭ, оно подобно другим терморасширенным соединением (графит) занимает гораздо больший: объем и в значительно большей степени присутствует на поверхности трущего образца, это приводит к усилению его влияния, как прекрасного антифрикционного полимера, к снижению температуры трения; и происходит наволакивание СВМПЭ на поверхность.. Таким образом введение нанопористого СВМПЭ обработанного в ск С02 в качестве наполнителя в композиционный сополимер ПММА, способствует сохранению высоких физико — механических свойств связующего сополимера ПММА — ударной вязкости и прочность на изгиб. В то же время введене этого наполнителя резко улучшает смазывающие свойства, изменяет характер механизма трения и приводит к понижению температуры.
Исследование постэкстракционного состояния сверхвысокомолекулярного полиэтилена (GUR 4120) после обработки в скС02. Формирование нанопористой структуры
Как показало проведенное экспериментально-морфологическое ис-следование, все три изученных материала являются биосовместимыми, вокруг которых уже к 30 суткам после имплантации в мышечную ткань формируется тонкая- соединительнотканная капсула без признаков воспалительной реакции.
К 30 суткам после имплантации исследуемых материала в мышечную ткань вокруг последних формируется тонкая соединительнотканная капсула, представленная преимущественно относительно зрелыми коллагеновыми волокнами и немногочисленными малоактивными фиброцитами (рис. 4.1). Коллагеновые волокна преимущественно окрашиваются по Ван Гизону в розовый и красный цвет, что свидетельствует об1 их зрелости. В межклеточном матриксе при окрашивании срезов толуидиновым синим кислые гликозаминогликаньїі не выявляются, что объясняется их связыванием в процессе фибриллогенеза.коллагеновых волокон. Фибробластические элементы в основном отличаются умеренно и слабо выраженной пиронинофилией цитоплазмы и ядрышек, удлиненными ядрами веретеновидной формы, длинными отростками- цитоплазмы, что свидетельствует о превращении этих клеток в малоактивные фиброциты. Последние всегда ориентируются вдоль оси коллагеновых волокон. Кроме фибробластов обнаруживаются малочисленные макрофаги, тогда как нейтрофильные лейкоциты почти не выявляются. Также ни в одном из наблюдений не было обнаружено формирования гигантских многоядерных клеток инородных тел. В прилежащих к соединительнотканной капсуле мягких тканях (мышечные волокна) выраженных воспалительных изменений не наблюдалось. Можно лишь отметить некоторое увеличенное содержание сосудистых элементов, их некоторое полнокровие,
Следует отметить, что в сравниваемых группах животных можно выявить незначительные морфологические различия. В большинстве случаев во 2-ой группе животных наблюдается формирование более тонкой и зрелой соединительнотканной капсулы, по сравнению с 1-ойі группой животных (рис. 4.2). Прш этом в этой- капсуле отмечается также снижение числа клеточных элементов. - не только гистиоцитов, но и фиброцитов. В прилежащих к соединительнотканной капсуле тканях микроциркуляторные изменения почти идентичны. В тоже время у части животных 3-ей группы формируется наиболее объемная соединительнотканная капсула, которая более насыщенна клеточными элементами (рис. 4.3), по сравнению с 1-ой и, особенно, 2-ой группами животных. Здесь не только определяется большее число фибробластов, но также чаще выявляются макрофаги. Вместе с тем, как уже упоминалось ранее, формирования многоядерных гигантских клеток инородных тел не происходит. Также, как и в других группах животных, нейтрофильные лейкоциты почти не выявляются.
К 60 суткам- после операции созревание формирующегося вокруг имплантата соединительнотканного рубца прогрессирует, при этом толщина его и содержание клеточных элементов; по сравнению с предыдущим сроком исследования, несколько уменьшается (рис. 4.4). Зрелые коллагеновые волокна окрашиваются по Ван Гизону в красный цвет, в некоторых наиболее зрелых участках капсулы волокна приобретают извитой характер. Метахромазия межклеточного матрикса, при окрашивании срезов толуидиновым синим, не выявляется. Между коллагеновыми волокнами определяются отдельные малоактивные фиброциты. Содержание макрофагальных элементов, по сравнению с предыдущим сроком исследования уменьшается. Нейтрофильные лейкоциты, а также многоядерные гигантские клетки инородных тел не выявляются. В прилежащих к соединительнотканной капсуле мягких тканях признаков воспалительной реакции и расстройства микроциркуляторного русла не выявляется.
Также как и в предыдущий срок исследования, наиболее зрелая и тонкая соединительнотканная капсула выявляется в 1-ой и, особенно, во 2-ой (рис. 4.5) группах животных. В 3-ей группе у части животных капсула имеет менее зрелый характер, что проявляется в формировании более утолщенной капсулы, содержащей более рыхло расположенные коллагеновые волокна и большее число клеточных элементов, в том числе и макрофагов (рис. 4.6).
Таким образом, предварительные данные проведенного сравнительного экспериментально-морфологического исследования показали, что все 3 имплантированных в мягкие ткани материала являются биосовместимы ми, вокруг которых к 30-60 суткам формируется тонкая соединительнотканная капсула без признаков хронической воспалительной реакции. Ни в одном из случаев вокруг имплантатов не формировались гигантские многоядерные клетки. Наиболее зрелая и тонкая капсула формировалась в 1-ой и, особенно, 2-ой группах животных. У части животных 3-ей группы созревание соединительнотканной капсулы несколько заторможено, что, по-видимому, можно объяснить более выраженным раздражающим действием имплантата на прилежащие ткани.
Похожие диссертации на Применение эндопротеза мыщелкового отростка нижней челюсти на основании полимерных композитов, гидроксиапатита и сверхмолекулярного полиэтилена. (Экспериментальное исследование)
-
