4к7c Протоколы и интерфейсы информационных систем / NEW / МК-441

Результаты современных научных исследований и разработок 21

удк 574

БИОИНЖЕНЕРНЫЕ АСПЕКТЫ НАНОМАТЕРИАЛОВ В СВЕТЕ ПРОБЛЕМ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СОВМЕСТИМОСТИ

Cитдикова Ирина Дмитриевна,

д.м.н., профессор

Фадеева Светлана Александровна,

аспирант

Гордеева Анна Владимировна

аспирант

Камалетдинова Анастасия Ахатовна

Магистр Казанский (Приволжский) Федеральный Университет, Казань, Россия

Аннотация:Проведен анализ наиболее часто используемых в трансплантологии материалов и новых внедренных методов и методик для восстановления костной ткани за последние 10 лет. Изучены свойства различных материалов для изготовления биосовместимых имплантов. Обсуждается возможности создания новых методов и методик для восстановления костной ткани и создание имплантов на основании новых современных биоматериалов с более улучшенными показателями биорезорбции и остеоиндукция.

Ключевые слова: биосовместимость, биоматериалы, импланты, остеогенеза, остеокондукция , остеоиндукция, гидроксиапатита кальция.

BIOENGINERING ASPECTS OF NANOMATERIALS IN THE LIGHT OF PROBLEMS OF BIOLOGICAL

COMPATIBILITY

Sitdikova Irina Dmitrievna,

Fadeeva Svetlana Аlexandrovna,

Gordeeva Anna Vladimirovna,

Kamaletdinova Anastasiya Akhatovna

Abstract: The analysis of the most frequently used materials in Transplantology and new methods and techniques for bone tissue restoration for the last 10 years is carried out. The properties of different materials for the manufacture of biocompatible implants have been studied. Possibilities of creation of new methods and techniques for bone tissue restoration and creation of implants on the basis of new modern biomaterials with more improved indicators of bioresorption and osteoinduction are discussed.

Key words: biocompatibility, biomaterials, implants, osteogenesis, osteoconduction , osteoinduction, calcium hydroxyapatite.

V International scientific conference | www.naukaip.ru

22 Результаты современных научных исследований и разработок

Статистический анализ данных по трансплантологии за последние 10 лет показал, что наиболее часто трансплантируемым материалом в медицине является костная ткань[1].

Все имплантационные материалы применяемые в современной медицине должны обладать определенными свойствами. В последние годы среди наиболее важных свойств имплантационных материалов все чаще акцент делается на биосовместимость. Ежегодно имплантационные технологии пополняются большим количеством новых разработок.Все чаще можно встретить материалы под термином «биоматериалы». Этот термин иногда используется по отношению материалов синтетического происхождения [1, 2].

Для новообразования костной ткани необходимо три основных механизма – остеокондукция, остеоиндукция и остеогенез. На сегодняшний день не существует материал, применение которого на 100% гарантирует успешный исход реконструкции костной ткани[1, 2].

Многие исследователи считают, что качественный биоимплант долженбыть создан на основе материала биологического происхождения и обладать свойством остеокондукции (стимулировать остеогенез за счет активации собственных факторов роста в зоне перелома или костного дефекта). Некоторым исследователям удалось добиться стимуляции остеогенеза путем введения в зону перелома низкомолекулярных белков (входящих в состав деминерализованного костного матрикса). При остеокондукции имплантационный материал является каркасом (пассивной матрицей) для направления отложения или нарастания полноценной костной ткани на своей поверхности. При этом необходимо наличие в имплантируемом материале (трансплантате) остеогенных клеток, которые должны быть жизнеспособными, способными к дифференцировке и к синтезу основных составляющих внеклеточного костного матрикса[1, 2, 3].

Впоследнее время для успешного внедрения костных имплантов используются биоматериалы с функцией резорбции. Внедренный в организм трансплантат должен постепенно растворяться в энзимной среде человеческого организма постепенное замещая имплант собственной костной тканью, являясь при этом источником необходимых микроэлементов для реконструкции костной ткани. При этом за счет биоматериала увеличиваетсяскорость и уменьшается время регенерации костной ткани. При использовании биоматериалов с функциейрезорбции очень важно учитывать тот факт, что скорость нарастания костной ткани должна соответствовать скорости резорбции импланта. Так как интегрированный в костную ткань имплант должен сохранять свою опорную функцию до полного замещения новой регенерированной костной тканью [1, 2, 3].

Впоследние годыв медицинской практикетравматологии часто использовали минерал гидроксиапатит кальция Ca10(PO4)6(OH)2. Гидроксиапатит кальция является основной минеральной составляющей костей, примерно 50 % от общей массы кости и 96 % в эмали зубов. До сих пор в медицинской практике использовался синтетический ГАП [4,5].

С появлением нанотехнологий в медицинской практике появился новый материал для имплантов на снове гидроксиапатита кальция –наноразмерныйкарбонатсодержащий гидроксиапатит Ca10-

xNax(PO4)6-x(СO3)x(OH)2 (КГАП). Наноразмерный карбонатсодержащий гидроксиапатит КГАП имеет целый ряд преимуществ в отличии от своего предшественника гидроксиапатита кальция (ГАП). Одним из наиболее значимым преимуществом КГАП по отношению к ГАП является его способность более точно воспроизводить состав костной ткани. Исследования показали, что у нового биоматериала наноразмерного карбонатсодержащего гидроксиапатита (КГАП) биорезорбция и остеоиндукция значительно выше, чем у предшественника - гидроксиапатита кальция (ГАП)[6, 7].

На сегодняшний день нет достоверно доказанных результатов исследований, что имплант из наноразмерного карбонатсодержащего гидроксиапатита в живом организмевызывает рост онкологических клеток или дает токсические изменения клетках или в органах.

Список литературы

1.Lewandrowski K., GresserJ.D., Wise D.L.,TrantoloD. J., Biomaterials. 21 (2000) 757.

2.Stevens M.M., Biomaterials for bone tissue engineering. // Materials Today, 2008. 11(5): p. 1825.

V международная научно-практическая конференция| МЦНС «НАУКА И ПРОСВЕЩЕНИЕ»

Результаты современных научных исследований и разработок 23

3.Эппле M., Биоматериалы и биоминерализация. // Перевод с немецкого под ред. В.Ф. Пичугина, Ю.П. Шаркеева, И.А. Хлусова, 2007. Томск: издательство "Ветер": р. 137

3.Hahn J., Vassos D.M. Long-term efficacy of hydroxyapatite-coated cylindricalimplants // Journal of Dental Implants. 1997. V. 6. № 2. P. 111–115

4.Albarayak O., El-Arwani O., Altintas S. Hydroxyapatite coating on titanium substrate by electrophoretic deposition method: effects of titanium dioxide inner layers on adhesion strength and hydroxyapatite decomposition // Surface and CoatingsTechnology. 2008. V. 202. №. 11. P. 2482–2487.

5.Пузь А.В. Многофункциональные покрытия для сплавов медицинского назначения. ПузьА.В.Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук.Владивосток 2014 г. 164 ст.

6.E. S. Kovaleva et al., Carbonated hydroxyapatite nanopowders for preparation of bioresorbable materials. Mat.-wiss. u. Werkstofftech, 2008, v.39, No. 11, p.822-829.

V International scientific conference | www.naukaip.ru

26 Результаты современных научных исследований и разработок

шайников, произрастающих на той или иной породе (Приложение табл. 3, табл. 4). Например, у пихты сибирской проектное покрытие кустистых форм жизней по отношению ко всем остальным породам деревьев больше, а у осины дрожащей, наименьшее процентное соотношение. Так же можно заметить, что наибольшее общее среднее ПП составляет 28,56 % у березы повислой. Наименьший же показатель является у сосны обыкновенной, ПП = 14,56% (табл. 2).

Метод линейных пересечений используют как при биологической индикации, так и исследованиях по системе мониторинга, включая фоновый мониторинг.Биологический мониторинг включает в себя наблюдение, оценку и прогноз изменения состояния экосистем и их элементов, вызываемого антропогенным воздействием. Идеальная система мониторинга дает возможность количественно оценить состояние среды и ее изменения [2, с. 25].

Список литературы

1.Боголюбов А. С. Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации: метод. пособие / А. С. Боголюбов, М. В. Кравченко. – М.: Экосистема, 2001. – 15 с.

2.Пчелкин А. В., Боголюбов А. С. Методы лихеноиндикации загрязнений окружающей среды. Методическое пособие. М.: Экосистема, 1997. – 25 с.

Приложение

Таблица 3 Статистические показатели ПП морфологических групп для Abies sibirica, Picea obovata, Pinus

sylvestris

Таблица 4 Статистические показатели ПП морфологических групп для Betula pendula, Populus tremula, Tilia

cordata

© А. Ф. Алибаев, 2018.

V международная научно-практическая конференция| МЦНС «НАУКА И ПРОСВЕЩЕНИЕ»

Результаты современных научных исследований и разработок 27

геологоминералогические науки

V International scientific conference | www.naukaip.ru

28 Результаты современных научных исследований и разработок

УДК 330

ОПТИМИЗАЦИЯ ДОБЫЧИ УРАНОВЫХ РУД С ПРИМЕНЕНИЕМ ВОЗДЕЙСТВИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН

Айтбаев Алмат Серикович,

магистрант

Рахманбердиев Азамат Газизович

магистрант «Казахский Национальный Исследовательский Технический Университет им.К.И.Сатпаева»

Аннотация: В данной статье рассматриваются вопросы по повышению межремонтного цикла с применением ультразвуковых волн, что в свою очередь повышает эффективность процесса ПСВ.

Ключевые слова: Подземное выщелачивание, ремонтно-восстановительные работы, межремонтный цикл, добыча урана.

Aitbaev Almat Serikovich,

Rakhmanberdiyev Azamat Gazizovich,

Abstract: Тhis article discusses the issues of improving the overhaul cycle with the use of ultrasonic waves, which in turn increases the efficiency of the PSV process.

Key words: Underground leaching, repair and restoration works, overhaul cycle, uranium mining.

Казахстан занимает второе место в мире по разведанным запасам – 15% от мировых запасов, из них 78 % запасов урана Казахстана сосредоточено в месторождениях песчаникового типа, в водонасыщенных проницаемых породах. Это составляет 67 % разведанных мировых запасов урана, пригодных для отработки методом подземного скважинного выщелачивания (ПСВ).

В Казахстане добычей урана занимается Национальная атомная компания «Казатомпром», доля которого в мировом объеме добычи урана составляет более 24 %. В настоящее время более 26 % урана в мире добывается методом ПСВ, сущность которого заключается в избирательном переводе полезного компонента в жидкую фазу путем управляемого движения растворителя по руде в естественных условиях залегания [1, с 4].

Эксплуатация технологических скважин является основным звеном в техническом оснащении предприятий подземного выщелачивания. Выход из строя даже одной технологические скважины или несоответствие её техническим характеристикам, отрицательно влияет на технологию процесса ПВ. Технологические скважины выходят из строя при эксплуатации по следующим основным причинам:

Выбор несоответствующего вида тампонажного материала и неправильная технология проведения изоляционных работ в скважине при её сооружении приводит к возникновению гидравлической связи за эксплуатационной колонной, т. е. перетоков выщелачивающих и продуктивных раствором между водоносными горизонтами[2, с 36]..

Повреждение труб эксплуатационной колонны и фильтра в процессе монтажных и ремонтновосстановительных работ.

V международная научно-практическая конференция| МЦНС «НАУКА И ПРОСВЕЩЕНИЕ»

Результаты современных научных исследований и разработок 29

Нарушение герметичности обсадных колон на резьбовых соединениях в результате знакопеременных температурных воздействий растворов.

Несоответствие технических параметров фильтров (проходных отверстий, скважности и др.), геоло- го-гидрогеологическим характеристикам пород рудного горизонта.

Зарастание фильтров и прифильтровой зоны продуктами химической и механической кольматации. Зарастание фильтров и прифильтровой зоны продуктами химической и механической кольмата-

ции приведет снижению дебита, изучение этих вопросов, в аспекте сохранения и восстановления производительности скважин, позволит улучшить технико-экономические показатели процесса ПВ и для оптимизации добычи[3, с 74].

Задачей ультразвуковой установкой является обеспечение стабильной работоспособности скважин, стабильной производительности, сокращение времени отработки скважин, повышение степени чистки фильтровой зоны геотехнологических скважин без остановки работы скважин и без дополнительных трудозатрат.

Технический результат достигается способом очистки от механических частиц фильтра геотехнологических скважин, в который установлена стационарная ультразвуковая установка по всей длине фильтра. Согласно установленная в фильтровой зоне скважины ультразвуковая установка, включается в работу при снижении приёмистости или дебита геотехнологических и водяных скважин, без остановки работы скважин. При достижении регламентной производительности автоматически останавливается процесс чистки. Для работы данной установки не требуются остановка работы скважин, демонтаж действующего оборудования на скважине.

Рис. 1. Схема установки ультразвукового модуля на скважинах

Технический результат ультразвуковой установки с минимальными размерами 60мм может гарантироваться до глубины 500м со сгибом скважины 1,7м и работать в фильтровой зоне скважин по всей длине фильтра. Генератор ультразвуковых сигналов непосредственно находится в скважине. Ультразвуковые волны разрушают механические включения, закрывающие щелевые отверстия фильтров, тем самым очищая фильтр. Ультразвуковая установка поясняется следующими фигурами: Рисунок.1 – Схематически показан процесс очистки фильтра откачных скважин от механических частиц на глубине 500м. Материал ультразвуковой установки и кабель питания обеспечивает его безаварийную эксплуа-

V International scientific conference | www.naukaip.ru

30 Результаты современных научных исследований и разработок

тацию в условиях кислой среды pH=1,2..2 и высокого давления Р=50 МПа. Ультразвуковая установка для чистки фильтра, состоит, согласно изобретению из генератора и излучателя, выполненных из высокопрочного нержавеющего материала, соединенных между собой с помощью шланга высокого давления DN-20, выдерживающего давление 215 bar.(Рисунок 1) сборочный чертеж ультразвукового модуля на рисунке 4 схемы установки ультразвукового модуля на скважинах.

Внедрение данного ультразвукового установки позволит исключить: затраты труда персонала, применение дорогостоящего оборудования, расходные материалы к нему (запчасти, топливо, специально обученный персонал) и их обслуживание, простои скважин во время чистки фильтров, а также избежать многоэтапности чистки фильтров технологических скважин с исключением экологического сопровождения. Значительно сократить время отработки скважин. Тем самым сократить эксплуатационные расходы при эксплуатации скважин. Кроме того, после полного внедрения предложенного ультразвукового оборудование, ранее предназначенное для чистки скважин, можно будет исключить из технологической цепочки и использовать для других целей.

Способ очистки фильтров скважин с помощью ультразвуковой установки от механических частиц, отличающийся тем, что в фильтровой зоне скважины, опускается ультразвуковая установка и крепится страховочным тросом на поверхности. После этого скважина запускается в эксплуатацию. При снижении производительности скважин, без остановки работы скважины, включается в работу ультразвуковая установка[4, с 44]..

При выполнении работы установка вырабатывает ультразвуковые волны, которые в зоне фильтра разрушают механические частицы, закрывающие щели фильтра. В работе детально исследованы результаты выполнения работы опытного погружного ультразвукового модуля для оптимизаций добычи были получены следующие результаты:

Эти результаты наблюдалось в течение 2-х месяцев, производительность технологических скважины не изменилась. На основании полученных результатов можно сделать вывод, что за счет погружного ультразвукового модуля увеличивается межремонтный цикл скважины.

Уникальность устройства ультразвуковой установки, отличающееся тем, что генератор ультразвуковых волн, располагается непосредственно вблизи излучателя, на глубине 500 м. Этот факт дает возможность уменьшить потребляемую мощность генератора до 4 кВт без уменьшения мощности излучения. Ультразвуковая установка с минимальными размерами 60 мм может опускаться до глубины 500 м со сгибом скважины 1,7 м и работать в фильтровой зоне скважин по всей длине фильтра. Генератор ультразвуковых сигналов непосредственно находится в скважине. Ультразвуковые волны разрушают механические включения, закрывающие щели фильтров, тем самым очищая фильтр. Материал ультразвуковой установки и кабель питания обеспечивает его безаварийную эксплуатацию в условиях кислой среды pH=1,2-2 и высокого давления Р=50 МПа. Данная установка может использоваться многократно.

V международная научно-практическая конференция| МЦНС «НАУКА И ПРОСВЕЩЕНИЕ»