CC BY
239
УДК 661.666: 616-001
УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОРТОПЕДИИ И ТРАВМАТОЛОГИИ
И.Л. Синани1, А.Г. Щурик2, Ю.К. Осоргин2, В.М. Бушуев2
1 Кафедра сварочного производства и технологии конструкционных материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета, Россия, 614990, Пермь, Комсомольский проспект, 29, e-mail: Sinani.PGTU@yandex.ru
2 Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов, Россия, 614014, Пермь, ул. Новозвягинская, 57, e-mail: uniikm@yandex.ru
Аннотация. Описаны строение и особенности производства углерод-углеродных композиционных материалов, пригодных для использования при оперативном хирургическом лечении дефектов костной ткани. Установлена взаимосвязь свойств углерод-углеродных композиционных материалов с наполнителем из пакетов ткани Урал-ТМ/4 при изменении скорости движения зоны пиролиза и градиента температуры в процессе осаждения пироуглеродной матрицы. Этим обеспечена возможность достижения уровня механических свойств материала «Углекон-М-Т», сравнимых со свойствами нативной кортикальной кости. Поверхность имплантатов из этого материала была герметизирована нанесением слоя тонкодисперсного углерода, уплотнённого и покрытого слоем пироуглерода в одном технологическом цикле. Накопленный опыт клинического применения имплантатов из этого материала позволяет использовать их для оперативного хирургического лечения травм и замещения дефектов костной ткани.
Ключевые слова: углерод-углеродный имплантат, плотность, прочность,
герметизирующее покрытие, пироуглеродная матрица.
Введение
Композиционные материалы на основе тканепрошивных углеродных каркасов, насыщенные пироуглеродом («Углекон»), начали применяться для оперативного хирургического лечения дефектов костной ткани в начале 1990-х годов. Пироуглерод этого материала является твёрдым осадком пиролиза природного газа, характеризующимся турбостратной структурой. Тканая или переплетённая структура углеродных нитей, связанных пироуглеродом, придаёт материалам «Углекон» большую устойчивость при циклических нагрузках. Они обладают хорошей биологической совместимостью и отсутствием иммунологического конфликта, что делает их весьма перспективными для имплантации и эндопротезирования [8, 13, 15, 16, 21, 22].
Биологическую совместимость углерода объясняют высокой поверхностной энергией, превышающей 0,05 Дж/м2, и большим положительным потенциалом. Это обусловливает образование на поверхности углеродного имплантата тончайшего белкового слоя, блокирующего образование соединительнотканной прослойки [12, 22].
© Синани И.Л., Щурик А.Г., Осоргин Ю.К., Бушуев В.М., 2012
Синани Игорь Лазаревич, д.т.н., профессор кафедры сварочного производства и технологии конструкционных материалов, Пермь
Щурик Александр Георгиевич, к.х.н., главный научный сотрудник, Пермь Осоргин Юрий Константинович, главный специалист, Пермь Бушуев Вячеслав Максимович, к.т.н., главный специалист, Пермь
09806267
В отечественной и зарубежной медицинской практике использования углеродных материалов велись опыты и с углеродным волокном для имплантации искусственных связок и сухожилий [26, 28]. Имплантация заготовок из углепластика позволяла использовать их в реконструктивной хирургии опорно-двигательного аппарата, обеспечивая требуемый уровень механических свойств [14, 18, 24].
Результаты первых опытов использования углерод-углеродных композиционных материалов в реконструктивной хирургии показали их положительные качества [27], а также недостаточный уровень прочности таких имплантатов [23].
Материалы «Углекон» допускают обычные условия хранения без ограничения срока годности и любые способы стерилизации, в частности, сухожаровым способом при температуре 180 °С в течение одного часа [19]. Обладая достаточным уровнем механической прочности и жёсткости, они легко обрабатываются механическим способом, что позволяет закрывать ими дефекты любых размеров и конфигурации. Подготовленную по размеру дефектной области заготовку из материала «Углекон» фиксируют в ходе хирургической операции с помощью лигатур (например, капроновыми нитями) или с помощью титановых пластин и шурупов, а также скобками из титана.
Наиболее важными свойствами углерод-углеродных композиционных материалов в случае использования их в качестве имплантатов костной ткани являются плотность и пористость. Они обеспечивают определённые механические свойства материала, а для искусственного клапана сердца к ним добавляется такая характеристика, как герметичность [8]. Такие же требования предъявляются к профилированным пластинам из углерод-углеродных композиционных материалов для оперативного закрытия дефектов костной ткани при черепно-мозговых травмах больных [7]. Поэтому авторы ставят своей целью исследование именно этих характеристик: плотности, пористости, механических свойств и герметичности углерод-углеродных композиционных материалов в зависимости от технологических параметров их получения.
Материалы и методы
Одним из экономически выгодных способов формирования углеродной матрицы в углеродных каркасах в среде метана является термоградиентный метод радиально движущейся зоны пиролиза [4, 9]. Он заключается в резистивном нагреве пористой среды с помощью молибденового или графитового стержня в потоке природного газа.
Малогабаритные пакеты в форме пластин формировали на основе тканей с разным модулем упругости углеродных нитей. Это низкомодульная Урал-ТМ/4 и высокомодульная УТ-900. Затем пакет прошивали на швейной машине низкомодульной углеродной нитью марки УРАЛ-Н или УРАЛ-НШ с расстоянием между строчками 5-10 мм. Наличие третьей координаты в каркасе обеспечивает повышение межслоевой прочности углерод-углеродных композиционных материалов после насыщения каркасов пироуглеродом.
Разные радиусы кривизны на поверхности одной заготовки из углерод-углеродных композиционных материалов создавали на этапе формирования пакетов из углеродной ткани. Тем самым заготовка оказывается универсальной для закрытия дефектов любых костей свода черепа или костей средней и нижней зоны лица. На пластинах и профильных заготовках после их пироуплотнения измеряли среднюю плотность и открытую пористость материала.
Для экспериментальной отработки термоградиентного метода осаждения пироуглерода были проведены две серии экспериментов. В качестве углеродсодержащего газа использовали сетевой газ по ГОСТ 5542-87, содержащий не менее 95% метана (СН4). При проведении первой серии экспериментов изучали зависимости плотности и открытой пористости пироуплотнённых тканепрошивных каркасов от градиента температуры при постоянной скорости движения зоны пиролиза.
3
Температура в зоне пиролиза составляла 980±15 °С, расход метана - 4-5 м /ч. Во второй серии экспериментов температура и расход метана оставались прежними и исследовалась зависимость плотности от скорости движения зоны пиролиза при трёх значениях градиента температуры: 10, 20 и 30 °С/мм.
Результаты исследования и их обсуждение
После насыщения пироуглеродом каркаса из высокомодульной ткани УТ-900 был получен углерод-углеродный композиционный материал с названием «Луч», а материал из низкомодульной ткани Урал-ТМ/4 имеет название «Углекон-М-Т». После уплотнения каркаса из ткани УТ-900 на основе высокомодульных волокон в образцах углерод-углеродного композиционного материала «Луч» были зафиксированы металлографическим способом трещины (рис. 1, а), в то время как в углерод-углеродном композиционном материале «Углекон-М-Т», изготовленном на основе ткани Урал-ТМ/4 и прошедшем аналогичную обработку, трещины не были обнаружены (рис. 1, б).
Этот факт можно объяснить тем, что углеродные волокна ткани Урал-ТМ/4 имеют хорошую совместимость с матричным пироуглеродом по таким основным критериям, как коэффициент линейного термического расширения (а), хорошая адгезия на границе матрицы и армирующего элемента, термодинамическая устойчивость при работе в условиях нагрева. Из сравнения значений а пироуглеродной матрицы, материалов «Луч» и «Углекон-М-Т» следует, что наиболее близки между собой их значения у низкомодульного материала «Углекон-М-Т» и пироуглерода (в интервале 20-1000 °С соответственно равные (2,8 и 3,3)10-6 К-1). Кроме того, каркасы, сформированные из низкомодульной ткани, отличаются высокой технологичностью и, в первую очередь, деформативностью. Поэтому каркасы сложнопрофильных деталей, изготовленные из этой ткани, обеспечивают высокую эксплуатационную надёжность заменителей костных дефектов. На основании этих исследований в качестве основного варианта для изготовления несущей основы углерод-углеродных композиционных материалов был выбран прошивной пакет из ткани Урал-ТМ/4.
По завершении термоградиентного уплотнения пластин в первой серии экспериментов было установлено, что при скорости движения зоны пиролиза
0,25 мм/ч с ростом градиента температуры плотность увеличивается линейно, а пористость уменьшается.
На рис. 2 приведены результаты второй серии экспериментов. Как видно из рисунка, с увеличением скорости движения зоны пиролиза плотность материала уменьшается, а при одинаковых значениях скорости движения зоны пиролиза плотность тем ниже, чем меньше градиент температуры.
Рис. 1. Микроструктура углерод-углеродных композиционных материалов после насыщения пироуглеродом, х 1000: а - в материале «Луч» имеются трещины;
б - в материале «Углекон-М-Т» трещины отсутствуют
Рис. 2. Зависимость плотности от скорости движения зоны пиролиза при градиентах
температур: 1 - 10; 2 - 20; 3 - 30 °С/мм
Анализ полученных экспериментальных данных позволяет заключить, что для сохранения сравнительно высокой плотности и производительности процесса насыщения каркасов пироуглеродом скорость движения зоны пиролиза по толщине каркаса следует назначить 0,25-0,35 мм/ч, обеспечивая величину градиента температуры в пределах 20-30 °С/мм.
Определённое повышение конечной плотности материала может быть достигнуто при снижении до уровня менее 0,25 мм/ч скорости движения зоны пиролиза (это сопряжено с дополнительными энергозатратами). Ограничение процесса роста плотности наступает в момент перекрытия транспортных пор материала заготовки пироуглеродным осадком.
При исследовании механических и структурных характеристик углерод-углеродных композиционных материалов установлено, что достаточно высокие значения наблюдаются у материалов с кажущейся плотностью не ниже 1,35-1,45 г/см3, которую обеспечивают выбранные выше параметры процесса. В связи с этим исследования проводились на образцах с плотностью не ниже указанной. Механические характеристики углерод-углеродных композиционных материалов определялись стандартными методами и представлены в сравнении с данными по нативной кости [20] в таблице.
Свойства материала нативной кортикальной кости и материала «Углекон-М-Т»
№ п/п Характеристика Кость нативная «У глекон-М-Т »
1 Плотность, г/см3 1,8-2,0 1,35-1,45
2 Пористость открытая, % 10-13 8,5-10
3 Предел прочности* при 20 °С, МПа - при сжатии - при растяжении - при изгибе 70-270 40 20-160 114-152 59-72 87-112
4 Модуль упругости* при 20 °С, ГПа - при сжатии - при растяжении - при сдвиге 15-25 11,4-15,2 15,2-19,2 5,8-8,7
5 Относительное удлинение, % 2 0,6-2,2
Примечание: * Образцы для испытаний вырезаны в направлении оси остеонов костной ткани и вдоль слоёв композита «Углекон-М-Т».
Как видно из таблицы, свойства материала «Углекон-М-Т» и кости сопоставимы. Следует отметить, что материал «Углекон-М-Т» имеет на поверхности структурно наследуемые от ткани неровности. Врастание костной ткани в поры и неровности имплантата из этого материала обеспечивает образование прочного костноуглеродного блока и биофиксацию имплантата.
При реконструктивных операциях на костях системы скелета пористая поверхность углеродного материала благоприятствует созданию биоактивности и образованию на поверхности плёнки белкового происхождения. А материал, предназначенный для изготовления подвижных элементов искусственного клапана сердца и для пластин, имплантируемых в дефектные области черепа, должен обладать герметичностью.
Формирование на поверхности композиционного углеродного материала тонкого шликерного покрытия, насыщение покрытия пироуглеродом в изотермическом режиме и последующее осаждение на поверхности шликерного покрытия герметизирующего пироуглеродного покрытия в едином технологическом цикле является способом уменьшения размеров поверхностных пор [6]. Качественное закрытие пор удалось произвести при использовании композиции из 4%-ного раствора поливинилового спирта и коллоидно-графитового препарата с размером частиц 1-40 мкм, взятых в соотношении 1: (0,51-0,65) с условной вязкостью 1,4-5,1 с, а также применяя 4%-ный раствор поливинилового спирта и графитовый порошок с размером частиц 1-63 мкм, взятых при том же соотношении, но с условной вязкостью 30-40 с и с дальнейшим отверждением на воздухе в течение трёх часов.
Наиболее простая оценка скорости осаждения пироуглерода в объёме шликерного покрытия может быть сделана с помощью соотношения, предложенного Б. Дельмоном [10]. Для образца шликерного покрытия, образованного одинаковыми сферическими частицами, с учётом известного значения коэффициента взаимной диффузии водорода и метана и выражения для кинетического закона роста пироуглерода, приведенного авторами в [17], было найдено эмпирическое выражение для скорости осаждения пироуглерода в единичном объёме пористого шликерного покрытия [3]. Это позволяет найти массу осаждённого пироуглерода и плотность покрытия в данный момент времени.
Расчёт изменения плотности от длительности процесса пироуплотнения по предложенной модели показал хорошее совпадение с экспериментом для различных толщин шликерного подслоя (± 8%). Кроме того, расчётные данные имеют хорошую сходимость с данными других авторов [1, 9].
Процесс формирования компактного пироуглеродного покрытия, имеющего почти теоретическую плотность (2,0-2,15 г/см3), может быть с большой достоверностью спрогнозирован с помощью уравнения, приведенного авторами в [17]. Сравнение расчётных и многочисленных экспериментальных данных показало, что различие между ними практически отсутствует (± 5%).
Для проверки герметичности разработанной композиции авторами были изготовлены герметичные трубки диаметром 30 мм и длиной 400 мм с различными толщинами герметизирующего пироуглеродного покрытия. Уровень герметичности трубок оценивали по резкому падению давления воздуха и керосина, при котором происходила потеря их герметичности.
На основании этих исследований нижний предел толщин герметизирующего пироуглеродного покрытия на углерод-углеродных композиционных материалах был назначен 85-90 мкм, а верхний предел ограничен толщиной 100-120 мкм, что обеспечивает герметичность трубок под избыточным давлением керосина, равным 114 МПа, и давлением воздуха, равным 84 МПа.
Испытания химической стойкости материалов «Углекон» были проведены по ГОСТ 9.908-85 при комнатной температуре в кислых, щелочных и многих других химических средах. В расплавах агрессивных солей материалы испытывали при 700-900 °С. Все испытания показали высокую коррозионную стойкость материалов «Углекон» [5].
Исследованием в эксперименте практически нет возможности изучить биомеханические процессы, происходящие в имплантате и окружающих его живых тканях. Единственным методом анализа в данном случае является биомеханическое моделирование.
В работе [16] описано математическое моделирование напряженно-деформированного состояния системы кость-имплантат, показавшее, что напряжения как в самом имплантате из материала «Углекон-М», так и в прилегающих костных тканях зависят от диаметра имплантата, снижаясь с ростом его диаметра. При использовании в конструкциях дентальных имплантатов диаметром 5 мм материала «Углекон-М» расчётные значения напряжений как в самом имплантате, так и в костных тканях значительно меньше соответствующих пределов прочности. Это позволяет использовать такие имплантаты как одиночные.
Конечно-элементное моделирование механического взаимодействия ножки эндопротеза тазобедренного сустава, выполненной из материала «Углекон-М», с диафизом бедра позволило установить необходимое распределение модуля Юнга вдоль ножки [25]. На основе геометрической модели эндопротеза головки бедренной кости в работе [2] были сделаны расчёты его напряженно-деформированного состояния с учётом анизотропии материала при схеме нагружения, использованной в статических и усталостных испытаниях эндопротезов. Они показали, что для обоснованной уточнённой оценки поведения эндопротезов в бедренной кости необходима экспериментально-теоретическая разработка новых критериев предельного состояния тканевых углерод-углеродных композитов.
Клинические исследования больных после выполненного оперативного вмешательства с применением имплантата из материала «Углекон-М-Т» по поводу различных заболеваний челюстно-лицевой области были проведены в период с 1995 по 2001 год [11, 19] на группе из 26 человек. Были выполнены такие оперативные вмешательства, как накостный остеосинтез, замещение дефектов нижней челюсти, альвеолярного отростка верхней челюсти, контурная пластика скулоорбитальной области с использованием набора имплантатов, изображённых на рис. 3.
Применение имплантатов из материала «Углекон-М-Т» в челюстно-лицевой хирургии показало хорошие результаты оперативного лечения больных при ангулярном (в области угла нижней челюсти) одностороннем переломе [19]. При этом положительные ближайшие результаты лечения были отмечены в 92,8% случаев, а отдалённые (10 человек, от 6 месяцев до двух лет) - в 100%. Положительный итог в этом случае состоит в том, что после пластики в эксперименте краевого костного
Рис. 3. Набор имплантатов из материала «Углекон-М-Т» для нижней зоны лица 1812-5123. Российский журнал биомеханики. 2012. Т. 16, № 2 (56): 74-82 79
Рис. 4. Рентгеновский снимок тазобедренного сустава больного после протезирования его материалом «Углекон-М-Т»
дефекта нижней челюсти углеродным имплантатом «Углекон-М-Т» происходит прорастание костной ткани в его межволоконные пространства с надёжной биофиксацией и последующим образованием прочного соединения с костным ложем. Срок образования такого прочного блока может составлять от трёх до девяти месяцев [19, 20]. Этим обосновываются практические рекомендации к дальнейшему
использованию имплантатов из материала «Углекон-М-Т» для накостного остеосинтеза при переломах, ограниченных и обширных дефектах нижней челюсти в области подбородочного отдела и других костей средней и нижней зон лица.
В последние годы растет количество больных травматологического профиля, имеющих черепно-мозговые травмы. Реализация описанной технологии производства углерод-углеродных композиционных материалов с герметизирующим пироуглеродным покрытием обеспечила возможность изготовления из материала «Углекон-М-Т» заготовок толщиной 3-7 мм требуемого профиля. Их использование позволило провести десятки удачных операций больным, нуждающимся в экстренном хирургическом вмешательстве по поводу закрытия дефектов костной ткани черепа. Отдалённые результаты операций контролировались в сроки от 3 до 24 месяцев в амбулаторных или стационарных условиях [19, 20].
Среди успешных результатов индивидуальной пластики дефектов кости с помощью имплантатов из материала «Углекон-М-Т» следует назвать одну из операций, выполненных в связи с переломом шейки бедра. Созданный с этой целью эндопротез образован бедренным компонентом из материала «Углекон-М-Т», установленным в бедренной кости больного, и металлической вертлужной частью сустава. Такой эндопротез, установленный одному из пациентов (подобный изображённому на рис. 4), обеспечил ему работоспособность области тазобедренного сустава в течение 16 лет и был после этого оперативно замещён на другой (по причине, связанной не с материалом «Углекон-М-Т», а с работой металлической части его сустава).
Выводы
1. Установлена экспериментальная взаимосвязь физико-механических характеристик углерод-углеродых композиционных материалов с пакетами из ткани Урал-ТМ/4 со скоростью движения зоны пиролиза и градиентом температуры в этой зоне. На её основании достигнуты уровни механических свойств материала «Углекон-М-Т», сравнимые со свойствами нативной кортикальной кости.
2. Разработан способ герметизации материала «Углекон-М-Т». Суть его заключается в нанесении слоя шликерной композиции, насыщении его пироуглеродом с дальнейшим формированием на его поверхности герметизирующего пироуглеродного покрытия в едином технологическом цикле.
3. Достигнутый уровень свойств материала «Углекон-М-Т» и накопленный опыт клинического применения имплантатов из данного материала позволяет применить их для оперативного хирургического лечения травм и замещения дефектов костной ткани.
Список литературы
1. Абросимов Б.В., Кондратова А.С., Черных В.А. Осаждение пироуглерода на угольное волокно // Конструкционные материалы на основе графита: сб. тр. - 1967. - № 3. - С. 90-93.
2. Аношкин А.Н., Змеев Ю.А., Иванов Д.С., Иванов С.Г., Ташкинов А.А., Удинцев П.Г. Прогнозирование прочности углерод-углеродного эндопротеза головки бедренной кости при статических испытаниях // Российский журнал биомеханики. - 2004. - Т. 8, № 2. - С. 40-49.
3. Бушуев В.М., Лямин Я.В., Синани И.Л. Кинетика объемного насыщения пироуглеродом пористой углеродной среды // Научно-технический вестник Поволжья. - 2012. - № 1. - С. 121-125.
4. Бушуев В.М., Мусин Р.К., Синани И.Л. Закономерности пироуплотнения тканепрошивных углеродных каркасов в термоградиентном режиме для изготовления герметичных конструкций // Научно-технический вестник Поволжья. - 2012. - № 1. - С. 125-131.
5. Бушуев В.М., Удинцев П.Г., Чунаев В.Ю. Перспективы применения углеродных композиционных материалов в химическом аппаратостроении // Химическая промышленность. - 2003. - Т. 80, № 3. -С. 38-45.
6. Бушуев В.М., Щурик А.Г., Синани И.Л. Выбор материала подложки под нанесение пироуглеродного покрытия применительно к технологии изготовления малопроницаемых и герметичных деталей // Перспективные материалы. - 2010. - № 9а. - С. 209-212.
7. Вагнер Е.А., Денисов А.С., Скрябин В.Л. Углеродный материал нового поколения в эндопротезировании костей и суставов. - Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1993. - 64 с.
8. Волков Г.М., Доброва Н.Б., Захарова Е.Н., Лопатто Ю.С., Новроцкая В.В., Смурова Е.В. Углеродный материал для искусственного клапана сердца // Конструкционные материалы на основе углерода: тематич. отрасл. сб. тр. - 1979. - № 14. - С. 96-99.
9. Гурин В.А., Зеленский В.Ф. Газофазные методы получения углеродных и углерод-углеродных материалов // Вопросы атомной науки и техники: сб. науч. тр. - 1999. - Вып. 4 (76). - С. 13-31.
10. Дельмон Б. Кинетика гетерогенных реакций: пер. с фр. / Под ред. В.В. Болдырева. - М.: Мир, 1979. -С. 150-163.
11. Кислых Ф.И., Штраубе Г.И., Хохряков В.И., Щурик А.Г. Способ лечения больных с дефектами нижней челюсти: патент № 2121308 Российская Федерация; заявитель и патентообладатель Перм. гос. мед. акад.; заявл. 13.08.96; опубл. 10.11.98, бюл. № 31.
12. Костиков В.И., Юмашев Г.С., Лопатто Ю.С. Тезисы докладов 5-й Всесоюзной конф. по композиционным материалам. - М.: Изд-во МГУ, 1981. - Вып. 2. - С. 210-211.
13. Летягина Р.А., Шарова Т.В., Вотинов A.M., Борисов В.А. Зубной имплантат // Новое в стоматологии. - 1992. - № 3. - С. 42.
14. Лопатто Ю.С. Имплантаты на основе углерода // Современные проблемы биомеханики. - 1983. -Вып. 5. - С. 105-134.
15. Мелнис А.Э., Кнетс И.В. Влияние скорости деформирования на механические свойства компактной костной ткани // Механика композитных материалов. - 1982. - № 3. - С. 512-517.
16. Рогожников Г.И., Летягина Р.А., Печенов B.C. Применение титана ВТ 5Л и «Углекона-М» для стоматологической имплантации: метод. пособие. - Пермь, 1995. - 42 с.
17. Синани И.Л., Бушуев В.М. Кинетика кристаллизации пироуглерода при пиролизе метана // Коррозия: материалы, защита. - 2012. - № 2. - С. 28-32.
18. Фитцер Э. Углеродные волокна и углекомпозиты. - М.: Мир, 1988. - 210 с.
19. Штраубе Г.И. Применение имплантатов из углерода в челюстно-лицевой хирургии (клиникоэкспериментальное исследование): автореф. дис. ... д-ра мед. наук. - Пермь, 2001. - 33 с.
20. Щурик А.Г. Искусственные углеродные материалы. - Пермь, 2009. - С. 315-325.
21. Юмашев Г.С., Лавров И.Н., Костиков В.И. Замещение краевых дефектов кости углеродными имплантатами // Вестник хирургии. - 1986. - № 3. - С. 93-96.
22. Юмашев Г.С., Лавров И.Н., Костиков В.И. Применение углеродных материалов в медицине: обзор литературы // Ортопедия, травматология и протезирование. - 1983. - № 5. - С. 62-64.
23. Brnckmenn H., Huttinger K.J. Carbon as a promising material in endoprosthetics // Biomaterials. - 1980. -No. 1. - P. 67-72.
24. Burri C., Claes L., Mutschler W. Rohlenstoffaser - versterkte polysulfon - Implantate fur die Tumor -Chirurgie an der Wirbelsaule // Act. Traumatol. - 1989. - Bd. 19, No. 6. - P. 297-301.
25. Denisov A.S., Nyashin Y.I., Akulich Y.V., Zmeev Y.A., Osorgin Y.K., Podgaets R.M., Scryabin V.L., Sotin A.V. Some aspects of application of carbon composite material in human hip joint prosthetics // Russian Journal of Biomechanics. - 1997. - Vol. 1, № 1-2. - P. 12-24.
26. Fridebold G., Sparmann M., Zilch H. Carbon fibers and conserved dural. Results in ligament repair // Acta Orthop. Belg. - 1987. - Vol. 53, No. 3. - P. 342-352.
27. Meyrneis J.P., Brison B., Verdier M. Lts materiaux carbon-carbone perspective d'utilization en chirurgie, orthopedique // Trav. Sci. Cherch. Serv. Sante Armees. - 1981. - No. 2. - P. 197-200.
28. Olesen H., Levannder B., Kofoed H. Strength of implanted carbon fibers. Studies of the lumbar spine in goats // Acta Orthopaed. Scand. - 1988. - Vol. 59, No. 1. - P. 53-55.
CARBON-CARBON COMPOSITES FOR ORTHOPAEDICS AND TRAUMATOLOGY
I.L. Sinani, A.G. Shchurik, Yu.K. Osorgin, ^М. Bushuyev (Perm, Russia)
Structure and production peculiarities of the carbon-carbon composite materials suitable for use in surgical treatment of bone tissue defects are described. The relationship between the properties of carbon-carbon composite materials filled with the Ural-TM/4 packets when changing velocity of the pyrolysis zone and the temperature gradient during the deposition of pyrocarbon matrix is established. This gives a possibility to achieve the level of mechanical properties of the material "Uglekon-M-T" that is comparable with the properties of native cortical bone. The surface of the implants made of this material was sealed by the application of the layer of finely divided carbon that is compacted and covered with a layer of pyrolytic carbon in a single technological cycle. The accumulated clinical experience in application of the implants made of this material is in demand for the operative surgical treatment of injuries and the replacement of bone tissue defects.
Key words: carbon-carbon implant, density, strength, sealing coat, pirocarbon matrix.
Получено 06января 2012
