ОЦІНКА ОСНОВНИХ ХАРАКТЕРИСТИК НОВОЇ КОМБІНОВАНОЇ ІМПЛАНТАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ ДЛЯ ЕНДОПРОТЕЗУВАННЯ

Актуальність проблеми обумовлена вибором найбільш адаптованого матеріалу для заміщення кісткових дефектів щелеп та усунення деформацій щелепно-лицьової області у хворих з дефектами щелепних кісток. З метою заміщення втраченої ділянки нижньої щелепи та ендопротезування скронево-нижньощелепного суглоба використовуються як ауто- та аллопластичні, так і імплантаційні матеріали. Однак зазначені субстанції, крім позитивних властивостей, можуть мати серйозні недоліки, аутоматеріал (частина власного ребра або клубової кістки пацієнта) не забезпечує можливість повного відновлення анатомічної форми щелепи. Основним недоліком при аутогенної пластиці є необхідність проведення додаткових операцій, що часто перевершують за тяжкістю основне втручання на нижній щелепі. Метод алотрансплантації (використання трансплантату донора) не вирішує зазначену проблему через відсутність доступного банку трупних тканин. Створення кісткових банків алотрансплантатів останніми роками обмежене у зв'язку з поширенням ВІЛ-інфекції, гепатитів В, С. В даний час застосовуються імплантати з різних матеріалів для ендопротезування (металів, кераміки, композитів). Одним з найбільш перспективних матеріалів для хірургічного заміщення дефектів щелепних кісток, а також успішності подальшого ортопедичного лікування та реабілітації є композиційний вуглецевий матеріал «Вуглекон – М» (project «Carbulat»), що відрізняється біологічною сумісністю, близький за механічними властивостями до кісткової тканини. 2, 3].

Подальше вдосконалення та використання біологічно інертних матеріалів для створення конструкцій імплантатів при дефектах щелепних кісток, що супроводжуються руйнуванням скронево-нижньощелепного суглоба, визначилоактуальність проблеми. Метою проведеного дослідження стала розробка та вивчення основних властивостей нових імплантаційних систем, виконаних на основі біологічно інертних матеріалів із застосуванням сучасних технологій.

Вченими Пермської державної медичної академії імені академіка О.О. Вагнера та Наукового центру порошкового матеріалознавства Пермського національного дослідницького університету розроблено імплантаційну систему для заміщення дефекту нижньої щелепи та ендопротезування скронево-нижньощелепного суглоба.

Конструкція (рис. 1,а) складається з щелепної частини (1), виконаної з композиційного вуглецевого матеріалу, наприклад «Вуглекон – М», і суглобової частини (2), виготовленої зі сплаву титану, наприклад, ВТ 5Л, що складається з головки ( 3) з шийкою (4), що заміщають шийку та суглобову головку виросткового нижньої щелепи, і циліндричного сполучного стрижня (5). Суглобову частину титану (2) виготовляли з компактного титану методом фрезерування.

Дослідження міцності з'єднання титанових штифтів з композиційним вуглецевим матеріалом «Вуглекон-М»

Матеріали та методи дослідження

Для дослідження міцності зчеплення титанової частини з композиційним вуглецевим матеріалом виточували штифти діаметром 5,5 мм з титанового прутка марки ВТ5, у вуглецевому матеріалі формували отвір діаметром 6 мм і глибиною 10 мм, який заповнювали титановим шлікером складів TiH – 15 % + 30–50 % етилового спирту) та Б (ПТ-6 – 70 % + TiH – 30 % + 30–50 % етилового спирту). На штифт також наносили шлікер, після чого вводили його в отвір. Підготовлені зразки (рис. 2) висушували і піддавали термообробці у вакуумній печі СНВЕ-1.3.1/16, у середовищі вакууму (залишковий тиск у камері печі 10-2 Па),швидкість нагрівання становила 10 град./хв, температура спікання – 1200, 1250, 1300 °С, ізотермічна витримка – 1 год, охолодження відбувалося разом із піччю.

а) б)

Мал. 1. Імплантаційна система для заміщення дефекту нижньої щелепи та ендопротезування скронево-нижньощелепного суглоба: а − схема конструкції – щелепна частина (1), суглобова частина (2), головка (3), шийка (4), циліндричний сполучний стрижень (5); б − вид готової конструкції

Мал. 2. Вид зразка для визначення міцності зчеплення титанового штифта з композиційним вуглецевим матеріалом

Результати дослідження та їх обговорення

В результаті проведених експериментальних досліджень 36 зразків встановлено, що міцність з'єднання вище при температурі спікання 1200 С. Отримані показники обумовлені меншим крихкістю вуглецевого матеріалу при зниженій температурі. При підвищенні температури спікання відбувається утворення більшої кількості титану карбіду на межі титанового і вуглецевого компонентів. Карбід титану, будучи тендітною та твердою фазою, в умовах досить високої пористості перехідного шару значно знижує міцність з'єднання. На всіх випробуваних зразках відбувається відрив припеченого до штифта шару титану від вуглецевого матеріалу з деякими слідами частинок останнього на титані. Таким чином, руйнування носить адгезійний характер, тобто найнеміцнішою складовою сполуки є перехідний шар, що містить переважно карбід титану. Дослідження мікроструктури зразків показало, що титанове покриття складається з частинок розміром від 10 до 100 мкм. Частинки з'єднані між собою шийками, що утворилися при спіканні за рахунок поверхневої та об'ємної дифузії, що зумовлюють перенесення маси в контактну область.перешийка. Відзначається досить щільне примикання частинок титанового шару до вуглецевого матеріалу, відсутність слідів розшарування між покриттям та підкладкою і, як наслідок, задовільний ступінь адгезії (рис. 3).

1. Досліджено залежність міцності зчеплення титанового штифта з композиційним вуглецевим матеріалом при з'єднанні шлікером від температури спікання. Максимальна міцність сполуки титанового та вуглецевого компонентів спостерігається при температурі спікання 1200 С та становить 2,32 МПа.

2. Вивчено мікроструктуру покриття та перехідного шару, показано, що в результаті спікання титанових шлікерів утворюється шар, що складається з α + β-титану. Спостерігається щільне примикання частинок титану до композиційного вуглецевого матеріалу.

Мал. 3. Мікроструктура вуглецевого та титанового компонентів, спечених за допомогою шлікера (спікання 1200 °С, ×1000)

Отже, результати досліджень показали необхідність проведення подальших випробувань розробленої імплантаційної системи, вкладених у вивчення її медико-біологічних властивостей.

Дослідження виконано за фінансової підтримки Міністерства освіти Пермського краю – науковий проект: «Розробка біологічно інертних наноматеріалів та високих технологій у стоматології в рамках програми комплексного лікування пацієнтів із дефектами зубних рядів та щелеп».

Рецензенти:

Мозгова Л.А., д.м.н., професор, завідувач кафедри терапевтичної стоматології, ДБОУ ВПО «Пермська державна медична академія імені академіка О.О. Вагнера» Мінздоровсоцрозвитку України, м. Перм;

Ханов А.М., д.т.н., професор, декан механіко-технологічного факультету, ФДБОУ ВПО «Пермський національний дослідницький політехнічний університетМіністерства освіти і науки України», м. Перм.