Услуги

Разработки

Москва, Ленинский пр-т. 6. стр.7

(территория НИТУ "МИСиС")

Полимерные вкладыши для эндопротезирования

   Основной проблемой всех эндопротезов даже при современном уровне развития технологий остается низкая изностойкость, которая определяет срок службы всего эндопротеза. В настоящее время срок службы эндопротезов не превышает 10-15 лет. В России вообще отсутствует полный цикл производства эндопротезов c полимерными вкладышами. Так, например, полимерные вкладыши ацетабулярного компонента эндопротезов тазобедренных суставов вытачивают из полуфабрикатов, которые импортируются. По экспертным оценкам, в России реально выполняется около 70 тыс. операций по эндопротезированию в год при потребности в 300 тыс.

  Для увеличения срока службы эндопротезов нами впервые были разработаны полимерные вкладыши ацетабулярного компонента эндопротезов тазобедренного сустава на основе биосовместимого нанокомпозиционного материала. сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), армированного многостенными углеродными нанотрубками (МУНТ), которые увеличивают износостойкость материала и модифицируют надмолекулярную структуру СВМПЭ. Отличительной чертой полученных полимерных вкладышей ацетабулярного компонента является наличие ориентированной нанофибриллярной структуры в СВМПЭ,  которая кардинальным образом меняет комплекс механических и трибологических свойств.

 

Рис. 1 - Схема получения биосовместимых полимерных нанокомпозиционных материалов для изготовления полимерных вкладышей ацетабулярного компонента эндопротеза тазобедренного сустава

     В качестве матрицы биосовместимых полимерных нанокомпозиционных материалов для изготовления полимерных вкладышей ацетабулярного компонента эндопротеза тазобедренного сустава  был выбран СВМПЭ. Выбор СВМПЭ был основан на хорошей биосовместимости этого полимера и его высоких механических и трибологических свойствах. В качестве наполнителя были использованы МУНТ. Углеродные нанотрубки уже давно зарекомендовали себя в качестве эффективных наполнителей для различных полимерных, металлических и керамических композиционных материалов. Размеры нанотрубок очень близки к размерам макромолекул полимеров, что открывает большие возможности для регулирования надмолекулярной структуры полимеров и благоприятно влияет на формирование межфазных взаимодействий. Высокое аспектное соотношение нанотрубок делает их перспективными для регулирования ориентации кристаллической структуры у аморно-кристаллических полимеров, за счёт направленной кристаллизации полимера на поверхности наполнителя.    Получение биосовместимых полимерных нанокомпозиционных материлов для изготовления полимерных вкладышей ацетабулярного компонента осуществляется в несколько этапов, рисунок 1. На первом этапе методом изостатического термопрессования необходимо получить монолитные нанокомопзиционные материалыс изотропной структурой. На втором происходит получение ориентированных прекурсоров бисовместимых нанокомпозиционных материалов методом одноосной низкоориентационной вытяжки. На третьем этапе ориентированные прекурсоры формуются в биосовместимые нанокомпозиционные материалы методом термопрессования. Механические свойства и износостойкость биосовместимых полимерных нанокомпозиционных материлов в сравнении с традиционным СВМПЭ приведены в таблице 1.

Таблица 1. 

   Биологические исследования свойств разработанных нанокомпозиционных материалов производились in vitro и in vivo. In vitro была исследована гемолитическая активность и изучено изменение жизнеспособности лейкоцитов крови, вследствие контакта с испытуемыми образцами. Оценка развития острой реакции отторжения и воспаления реципиента на внедрение экспериментальных образцов была проведена в исследованиях «in vivo» на экспериментальной модели имплантации в подкожную клетчатку мелких лабораторных животных.

Рис. 3 - Пресс-форма для изготовления полимерных вкладышей ацетабулярного компонента тазобедренных суставов

Рис. 2 - Полимерный вкладыш ацетабулярного компонента с нанофибриллярной структурой

 Нами была разработана методика изготовления полимерных вкладышей ацетабулярного компонента эндопротеза тазобедренного сустава из  биосовместимых полимерных нанокомпозиционных материалов, рисунок 2. Для этого была разработана и изготовлена пресс-форма, позволяющая формовать полимерные вкладыши методом термопрессования из биосовместимого нанокомпозиционного материала,  рисунок 3. 

Разработанные полимерные вкладыши ацетабулярного защищены патентом № 2631889 "Вкладыш ацетабулярного компонента эндопротеза тазобедренного сустава, выполненный из полимерного нанокомпозиционного материала".

Технические характеристики полимерных вкладышей ацетабулярного компонента

Рис. 4 - Испытания полимерных вкладышей в соответствии с ГОСТ 31621-2012

-поверхность лунки ацетабулярного компонента соответствует 11 классу шероховатости;

-диаметр лунки ацетабулярного компонента 28 мм:

-толщина стенки ацетабулярного компонента 8,3 мм:

- момент трения не более 1,5 Н∙м;

-отсутствуют видимые следы износа поверхности трения ацетабулярного компонента;

-срок службы ацетабулярного компонента более 10 лет;