Композиционный материал для замещения костной ткани

Композиционный материал для замещения костной ткани

Реферат

Изобретение относится к медицине, а точнее - к области композиционных материалов для изготовления эндопротезов.

Известен композиционный материал для замещения костной ткани, содержащий пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межплоскостным расстоянием 3,58…3,62 ангстрема с содержанием волокон 20…80% от ее общего объема и материал-наполнитель, имеющий кристаллический углерод с межплоскостным расстоянием 3,42…3,44 ангстрема - патент RU №2260402 С1, опубл. 20.09.2005.

По своим признакам и достигаемому результату этот композиционный материал наиболее близок к заявляемому и принят за прототип.

Известный композиционный материал используется для изготовления эндопротезов человека и животных и характеризуется модулем упругости 14…28 ГПа.

Недостаток известного композиционного материала заключается в чрезмерно высоком модуле упругости, значительно превышающим реальный модуль упругости костной ткани человека.

Эндопротез, изготовленный из известного материала, более жесткий по сравнению с костной тканью человека и при его взаимодействии с последней происходит непрерывное перемещение сопряженных поверхностей, что ведет к постепенному расшатыванию эндопротеза и ухудшению прорастания костной ткани в его поры.

Кроме того, сопряжение жестких поверхностей эндопротеза со здоровой костью человека вызывает убывание здоровой кости и тормозит создание новой гомогенной костной массы.

Технический результат изобретения заключается в создании композиционного материала для замещения костной ткани с модулем упругости, оптимально соответствующим модулю упругости костной ткани человека.

Названный технический результат достигается благодаря тому, что в композиционном материале для замещения костной ткани, содержащем пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межплоскостным расстоянием 3,58…3,62 ангстрема с содержанием волокон 20…80% от ее общего объема, и материал-наполнитель, имеющий кристаллический углерод с межплоскостным расстоянием 3,42…3,44 ангстрема, согласно изобретению материал-наполнитель содержит полученный путем карбонизации фенол-формальдегидного связующего аморфный углерод в виде кокса в количестве 10…20% и полученный путем разложения углеводородного газа кристаллический углерод в количестве 70…50% соответственно от общего объема пор матрицы.

Изготовление композиционного материала для замещения костной ткани ведут следующим образом. Сначала из волокон кристаллического углерода с межплоскостным расстоянием 3,58…3,62 ангстрема изготавливают пористую матрицу с содержанием волокнистого материала 20…80% от ее объема, которую затем пропитывают расчетным количеством прекурсора аморфного углерода - фенолформальдегидного связующего, например бакелита, и подвергают полимеризации.

Полученную углепластиковую заготовку подвергают карбонизации при температуре 1200 К в течение 3 часов, получая при этом аморфный углерод в виде кокса в количестве 10…20% от общего объема пор матрицы (чем достигается приближение модуля упругости композиционного материала к модулю упругости костной ткани человека).

После этого производят заполнение пор кристаллическим углеродом с межплоскостным расстоянием 3,42…3,44 ангстрема в количестве 70…50% соответственно от общего объема пор матрицы путем разложения углеводородного газа, например метана, при температурах 1173…1273 К (чем обеспечивается соответствие модуля упругости получаемого композиционного материала костной ткани человека).

Изобретение подтверждено результатами испытаний, представленными в таблице.

Для чего были изготовлены образцы композиционного материала для замещения костной ткани с разным содержанием аморфного и кристаллического углерода и проведены испытания с определением модуля упругости материала каждого образца.

По результатам испытаний видно, что образцы, содержащие аморфный и кристаллический углерод в заявленных пределах (опыты №3, 4, 5), имеют модули упругости как у костной ткани человека, а образцы, содержащие аморфный и кристаллический углерод вне заявленных пределов (опыты №1, 2 и 6, 7, 8, 9), имеют модули упругости, не совпадающие с костной тканью человека.

Композиционный материал для замещения костной ткани по сравнению с прототипом характеризуется модулем упругости, равным модулю упругости костной ткани человека, лежащим в пределах 13,8…19,4 ГПа.

№ опыта	Содержание аморфного углерода, %	Содержание кристаллич. углерода, %	Модуль упругости, ГПа	Результат
1	0	90	28,0	-
2	5	85	23,0	-
3	10	70	19,0	+
4	15	60	16,5	+
5	20	50	14,1	+
6	25	70	13,3	-
7	30	50	8,1	-
8	0	70	22,8	-
9	0	80	26,4	-

Композиционный материал для замещения костной ткани, содержащий пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межплоскостным расстоянием 3,58…3,62 ангстрема с содержанием волокон 20…80% от ее общего объема и материал-наполнитель, имеющий кристаллический углерод с межплоскостным расстоянием 3,42…3,44 ангстрема, отличающийся тем, что материал-наполнитель содержит полученный путем карбонизации бакелита аморфный углерод в виде кокса в количестве 10…20% и полученный путем разложения метана кристаллический углерод в количестве 70…50% соответственно от общего объема пор матрицы.