Пористые неметаллические материалы
К пористым неметаллическим материалам относится прежде всего керамика. Потенциальное преимущество имплантатов из пористых керамик состоит в их химической инертности, совмещенной с механической стабильностью высоко извилистой поверхности раздела, которая растет, когда кость врастает в поры керамики. Однако, изза низких прочностных свойств керамики, ее использование ограничено. Пористая керамика может выступать как функциональный имплантат только в том случае, если она не будет испытывать постоянных нагрузок. Когда размер пор керамики превышает 100 мкм, кость будет расти через взаимосвязанные поровые каналы вблизи поверхности. В этом случае такой имплантат служит структурным мостиком или каркасом для формирования кости.
Получили применение в медицине и биосовместимые пористые стекла, обладающие высокой прочностью и достаточной силой сцепления с костью. Для создания биостекол и биоситаллов с пористой "канальной"
структурой используется керамическая технология. В частности, получены пористые биоактивные апатитдиоксидовые, апатит-волластанитовые ситаллы, биокомпозиты на основе кальций-фосфосиликатных ситаллов, армированных волокнами или дисперсными частицами.
Объем пор в этих материалах составляет до 30%.
--------------------
Ситаллы — стеклокристаллические материалы, полученные объёмной кристаллизацией стекол, и состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределённых в стекловидной фазе. Разработаны советским физикохимиком И. И. Китайгородским.
В различных областях медицины находят применение разновидности пористых полимеров. Пористый полиметилметакрилат, полиуретановая пена, силиконовая резина, гидрофильные гели, полиамидные сети, пористый полиэтилен высокой плотности, полисульфон и др. используются в основном для заполнения пространств, замещения и реконструкции дефектов и деформаций. Обладая низкими, механическими свойствами, пористые полимеры способны прорастать тканями, однако очень часто вызывают воспалительные реакции и отторгаются из-за биологической несовместимости с тканями организма. Некоторые из полимеров обладают высокой прочностью, стойкостью к окислению, химически, атмосферно, радиационно, гидролитически стойки и признаются материалами медицинского назначения (например полисульфон).
(пдробнее о полимерах поговорим отдельно)
Комбинированные материалы
Комбинированные материалы чаще всего получают на основе металлов или их сплавов (титан, тантал, кобальтхром, ниобий, железо, Ti-6Al-4V, и др.) с нанесением на них пористых покрытий. С целью улучшения врастания костных тканей в пористые сплавы, а также для более раннего формирования костной ткани в пористых металлических имплантатах поверхность этих сплавов покрывают биологически активными керамическими материалами. Часто для такого покрытия используют гидроксиаппатит. При этом используют разные методы: метод плазменного напыления на внутренние стенки пор сплава, либо при помощи электрофореза с последующим вакуумным спеканием. При помощи керамических покрытий предполагается также уменьшить выделение ионов металла с поверхности сплава в ткани организма. Однако в многочисленных публикациях сообщается о противоречивых результатах исследования влияния покрытия на связь имплантатов с костной тканью. Поэтому единое мнение о целесообразности использования покрытий отсутствует.
Для успешного функционирования имплантатов в организме необходимо использовать такие материалы, которые обладают :
1)эластичными свойствами,
2)вызывают минимальную реакцию окружающих тканей, т.е. обладают высокой биохимической и биомеханической совместимостью с тканями организма,
3)являются пористой проницаемой системой,
4) имеют в зависимости |
от вида тканей заданное |
распределение пор по размерам, |
|
5)хорошо смачиваются жидкими средами организма, что позволяет тканевой жидкости, эритроцитам и остеолитическим клеткам проникать в поры,
6)деформируются в соответствии с закономерностями эластичного поведения тканей организма.
Наиболее перспективным пористым материалом медицинского назначения, удовлетворяющим этим требованиям, является никелид титана и сплавы на его основе.
Эффективность использования никелида титана связана с его уникальными свойствами –
1)соответствовать закону запаздывания биологических тканей,
2)проявлять высокие эластичные свойства,
3)изменять форму при изменении температуры и напряжения (память формы).
Пористый никелид титана и сплавы на его основе (TiNiMoFe) можно получать, используя методы порошковой металлургии:
1)диффузионное спекание порошка никелида титана - для мелких изделий,
2)самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) из порошков Ti, Ni, Mo, Fe - для более крупных полуфабрикатов.
Для применения в медицине пористый никелид титана – это материал, в котором поровое пространство имеет важное функциональное значение, так как в процессе эксплуатации оно заполняется тканевыми жидкостями и живыми тканями организма.
Рис.10.5 Образование (а) и рост (б) зародышей костной ткани в пористом никелиде титана, а - хЗОО, б - х500
Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) при начальной температуре 300-500 °C получали пористый никелид титана с неупорядоченной пористой структурой, пористостью
30-80% .
Металлическая матрица с достаточно гладкой поверхностью содержит "бесконечное" трехмерное поровое пространство, которое занимает примерно 30-80% общего объема материала.
Основные структурные характеристики пористого никелида титана:
1)Пористость,
2)средний размер пор
3)распределение пор по размерам –
