Состав углепластика для устранения дефектов кости

Состав углепластика для устранения дефектов кости

Реферат

Изобретение относится к области медицины, а именно к челюстно-лицевой хирургии, и может быть использовано для устранения костных дефектов.

Известен состав углепластика для устранения дефектов костей ″Остек″, который содержит углеродную ткань ТГН-2М, полиамидную пленку 12/10 при следующем соотношении компонентов мас.%:

Углеродная ткань ТГН-2М	65
Полиамидная пленка 12/10	35,

представляющий из себя пресс-пакет, состоящий из чередующихся между собой углеродной ткани ТГН-2М, размером 100×100×034-7 слоев; полиамидной пленки 12/10 в виде пленки размером 100×100×0,2-7 слоев (ТУ 48-4807-22989).

Однако указанный материал ″Остек″ при всех его положительных качествах имеет один серьезный недостаток - он рентгенопрозрачен со всеми вытекающими отсюда последствиями: при устранении различных костных дефектов у человека углеродным материалом ″Остек″ при контрольном исследовании рентгенологических снимков и компьютерных томограмм углеродный материал не визуализируется. В послеоперационном периоде невозможно проследить дальнейшую судьбу углеродных имплантатов, установленных во время операций.

Наиболее близким к предложенному является состав углепластика для устранения дефектов кости, содержащий углеродную ткань марки ТГН-2М, полиамидную пленку 12/10 и порошок металлического бора с размерами частиц 20-50 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углеродная ткань ТГН-2М	45-65
Порошок металлического бора	2-20
Полиамидная пленка 12/10	остальное

[Патент РФ N2241495, A61L 27/08, A61F 2/28, 2003]

Недостатком указанного углепластика с порошком бора является то, что он недостаточно визуализируется на спиральной компьютерной томограмме и не виден вообще при рентгенологическом исследовании, что затрудняет послеоперационный контроль за установленным углеродным материалом в организме человека. Также при исследовании пациентов на спиральном компьютерном томографе увеличивается лучевая нагрузка в несколько раз. Порошок бора в больших количествах токсичен для живых организмов.

Техническим результатом данного изобретения является повышение рентгеноконтрастности материала и биосовместимости, уменьшение токсичности и канцерогенности материала.

Технический результат достигается тем, что в составе углепластика для устранения дефектов кости, содержащем углеродную ткань ТГН-2М, полиамидную пленку 12/10, отличительной особенностью является то, что он дополнительно содержит порошок титана и порошок кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углеродная ткань ТГН-2М	60-64,5
Порошок титана	1,25-3,75
Порошок кремния	1,25-3,75
Полиамидная пленка 12/10	остальное

Желательно, чтобы размер частиц порошка титана и кремния составлял 20-50 мкм.

Предложенный состав углепластика обладает высокими физико-механическими свойствами, высокой рентгеноконтрастностью, не токсичен, не канцерогенен, полностью является биосовместимым материалом для организма человека.

Титан имеет плотность 4,32 г/см³, обладает отличной коррозийной стойкостью, устойчив на воздухе до температуры 550°С, обладает способностью вживляться в биологические ткани.

Кремний имеет плотность 2,328 г/см³, химически пассивный элемент, окисляется на воздухе при температуре свыше 400°С. До этих температур не образует никаких соединений с общей флорой, не растворяется ни в кислотах, ни щелочах, отличается высокой атмосферной стойкостью.

Титан и кремний в виде порошка равномерно рассевали между слоями ткани и полиамида и проводили термомеханическую обработку пресс-пакета по нижеприведенной технологии. Титан и кремний сохраняют первоначальные свойства и находятся в виде механических включений в порах ткани.

Пример 1

Материал получают следующим образом: 60 г углеродной ткани марки ТГН-2М перекладывают 35 г полиамидной пленки 12/10, между которой равномерно распределяют 2,5 г порошка титана и 2,5 г порошка кремния с размерами частиц 20-50 мкм. Таким образом, полученный материал, состоящий из чередующихся между собой слоев углеродной ткани марки ТГН-2М, размером 100×100×034 - 7 слоев; полиамидной пленки 12/10 размером 100х100х0,2 - 7 слоев, порошка титана и порошка кремния 20-50 мкм, равномерно распределенного между тканью и полиамидной пленкой, подвергают горячему прессованию при температуре 210±5°С, давлении 100 кг/см² и выдержке 1 час. Свойства углепластика приведены в таблице.

Пример 2

Материал, состоящий из 64,5 г углеродной ткани марки ТГН-2М, перекладывают 33 г полиамидной пленки 12/10, 1,25 г порошка титана и 1,25 г кремния с размерами частиц 20-50 мкм соответственно, подвергают горячему прессованию по примеру 1. Свойства углепластика приведены в таблице.

Пример 3

Материал, состоящий из 60,5 г углеродной ткани марки ТГН-2М, перекладывают 32 г полиамидной пленки 12/10, 3,75 г порошка титана и 3,75 г порошка кремния подвергают горячему прессованию по примеру 1. Соотношение компонентов материала составляет 60,5:32:3,75:3,75 соответственно. Свойства углепластика приведены в таблице.

Технологическое оборудование позволяет получать заготовки размером 20×200×300 мм, из которых изготавливают имплантаты, механической обработкой по чертежам или слепкам применительно индивидуально к пациенту.

При добавлении более 3,75% порошка титана и 3,75% кремния начинают ухудшаться заданные физико-химические свойства углеродного материала и его не рекомендуется вносить в биосреду человеческого организма, если добавлять менее 1,25% порошка титана и 1,25% кремния, материал окажется нерентгеноконтрастным и хирург не сможет проследить его дальнейшую судьбу, степень его износа.

Физико-механические свойства углепластика ″Остек″, ″Остек″ с бором и ″Остек с титаном и кремнием″.
№ п/п	Свойства	″Остек″	″Остек″ с добавками бора	″Остек″ с титаном и кремнием (соотношение 1:1)
2%	4%	6%	8%	12%	15%	по 1,25%	по 2,75%	по 3,75%
1	Плотность, г/см3	1,16	1,18	1,20	1,23	1,26	1,33	1,36	1,22	1,25	1,29
2	Пористость, %	36,9	33,7	30,1	26,2	21,5	16,8	14,7	34,2	31,1	27,8
3	Модуль упругости, МПа×103	1,83	1,9	1,94	1,97	1,99	2,02	2,05	1,93	1,95	1,98
4	Прочность, МПа	при изгибе	49,6	50,5	51,3	51,5	52,6	54,1	56,4	52,7	53,6	54,1
при сжатии	13,1	14,6	16,3	17,9	19,2	21,2	22,7	16,9	18,3	20,1

Из таблицы видно, что при сравнительном анализе материала ″Остек″ и ″Остек с добавками бора″ и предлагаемого состава ″Остек с добавками титана и кремния″ плотность материала в предлагаемом составе больше, чем в известных углепластиках ″Остек″. Также из таблицы видно, что при увеличении процентного содержания добавок бора и титана с кремнием плотность материала увеличивается, пористость уменьшается, модуль упругости увеличивается, прочность при сжатии и изгибе также увеличивается.

Таким образом предлагаемый состав с добавками титана и кремния (плотность визуализации по шкале Хаунсфилда 600-700 ед.) по сравнению с известным ″Остек с добавками бора″ (плотность визуализации по шкале Хаунсфилда 70-150 ед.) обладают большей рентгеноконтрастностью. ″Остек″ без добавок не обладает рентгеноконтрастностью (плотность визуализации по шкале Хаунсфилда 0 ед.). Содержание бора в материале ″Остек с добавками бора″ достигает 12-15%, что отрицательно сказывается на биосовместимости материала, повышении токсичности и канцерогенности. Причем визуализация данного материала возможна только при использовании спирального компьютерного томографа, при этом лучевая нагрузка увеличивается в несколько раз. Кроме того возрастает стоимость лучевой диагностики. Предлагаемый состав при меньшем содержании кремния обладает хорошей визуализацией при использовании рентгеновских методов исследования, при увеличении биосовместимости, отсутствии токсичности и канцерогенности, отсутствии коррозийных явлений, стойкостью к усталостным разрушениям, низкой величиной износа и упругостью, близкой к упругости кости и близкой к электропроводности тканей человеческого организма.

1. Состав углепластика для устранения дефектов кости, содержащий углеродную ткань марки ТГН-2М и полиамидную пленку 12/10, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит порошок титана и порошок кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углеродная ткань ТГН-2М	60-64,5
порошок титана	1,25-3,75
порошок кремния	1,25-3,75
полиамидная пленка 12/10	остальное

2. Состав углепластика для устранения дефектов кости по п.1, отличающийся тем, что содержит порошок титана с размерами частиц 20-50 мкм.

3. Состав углепластика для устранения дефектов кости по п.1, отличающийся тем, что содержит порошок кремния с размерами частиц 20-50 мкм.