Материал для имплантата

 

Изобретение относится к медицине, для изготовления имплантата при эндопротезировании двигательного аппарата. Сущность изобретения заключается в применении сплава на основе интерметаллида TiAl, содержащего 32-38 мас.% алюминия и титан - остальное, в качестве материала для имплантата. Предлагаемый материал известен и рекомендуется в авиакосмической технике в качестве жаростойкого материала при изготовлении деталей двигателей и пр. Технический результат заключается в повышении работоспособности имплантата за счет уменьшения износа сопрягаемых деталей эндопротеза, а также в снижении стоимости имплантата.

Изобретение относится к медицине, конкретно, к области эндопротезирования суставов и может быть использовано при изготовлении имплантатов.

В настоящее время для изготовления имплантатов используются преимущественно кобальтовые или титановые сплавы, а также биокерамика.

По сравнению с титановыми кобальтовые сплавы имеют худшую биологическую совместимость. При вживлении в организм имплантатов, изготовленных из кобальтовых сплавов, вокруг них образуются не вполне жизнеспособные зернистые ткани, кровоснабжение которых затрудняется, что приводит, в частности, к интенсивному освобождению имплантата [1] Существенным недостатком кобальтовых сплавов является также их высокая стоимость и дефицитность, из-за чего использование этих сплавов в промышленности и медицине ограничено.

Наиболее широко в эндопротезировании применяются титановые сплавы, которые по коррозионной стойкости, биологической и механической совместимости полностью соответствует требованиям, предъявляемым к имплантатам.

Для изготовления имплантатов используются серийные титановые сплавы, применяемые в различных областях техники, особенно нелегированный титан и сплав Ti₆Al⁷V. Известен также сплав Ti₆Al₇Nb, специально разработанный для имплантатов [1] Однако у титановых сплавов есть существенный недостаток низкие антифрикционные свойства. Из-за этого наблюдается неудовлетворительная износостойкость имплантатов из титановых сплавов в узлах трения, приводящая к образованию мелкодисперсной пыли, которая вызывает раздражение тканей.

Поэтому титановые сплавы находят ограниченное применение в таких узлах трения как головка эндопротеза тазобедренного сустава.

Для элементов эндопротезов, работающих в узлах трения, вместо титановых сплавов применяют биокерамику типа Biolox, представляющую собой керамический материал на основе оксида алюминия [2] Однако стоимость керамических имплантатов значительно выше стоимости титановых. Это связано с высокой стоимостью сырья, к которому предъявляются высокие требования по чистоте, и сложностью технологического процесса изготовления и обработки керамических имплантатов.

Незначительные нарушения в технологическом процессе изготовления керамических имплантатов приводят к потере прочности, образованию дефектов в виде сколов, пор, трещин.

Кроме того, при недостаточной точности установки имплантата или при недостаточной чистоте его поверхности из-за высокой твердости керамики возможно протирание сопрягаемых с керамическими деталями деталей из полиэтилена и металла, что приводит к травмированию костной ткани.

Целью изобретения является обеспечение высокой работоспособности имплантата в узлах трения, уменьшение износа сопрягаемых деталей и снижение стоимости имплантата. Указанная цель достигается тем, что в качестве материала для имплантанта применяют сплав на основе интерметаллида TiAl, содержащий 32-38 мас. алюминия и титан остальное.

Этот сплав интенсивно исследуется в последние годы с целью использования такой его характеристики как высокая удельная жаропрочность при температурах 800-1000^oC.

Соответственно он опробуется и рекомендуется в авиакосмической технике для применения в качестве жаропрочного и жаростойкого материала при изготовлении различных деталей двигателей, камер сгорания, теплозащиты и т.п. [3,4,5] Имплантаты из сплава на основе интерметаллида TiAl могут быть изготовлены путем механической обработки заготовок, отлитых методом гарниссажной плавки, либо полученных путем горячего газостатического прессования гранул.

Технический результат подтверждается следующим примером.

На испытательной машине Zwick 1464 были проведены сравнительные испытания работоспособности имплантата в форме шарика диаметром 32 мм из предлагаемого сплава состава: алюминий 34,3 мас. титан остальное и из стандартной биокерамики на основе оксида алюминия в паре с полиэтиленовым вкладышем, имитирующие условия работы головки эндопротеза тазобедренного сустава. Нагрузка при испытании составляла 2250 Н при скорости вращения 0,5 об/с.

Установлено, что момент кручения керамического шарика был равен 6,7-8,8 Нм, в то время как момент кручения шарика из предлагаемого сплава был существенно ниже и составлял 3,9-6,4 Нм. Это показывает, что коэффициент трения для пары шарик-полиэтилен в случае изготовления шарика из предлагаемого сплава заметно ниже, чем при использовании керамического шарика. За счет уменьшения коэффициента трения повышается работоспособность и уменьшается износ пары имплантат-полиэтиленовый вкладыш.

Таким образом, положительный эффект от использования сплава на основе интерметаллида TiAl заключается в существенном уменьшении коэффициента трения пары имплантат-полиэтиленовый вкладыш и, соответственно, в уменьшении износа этой пары. Благодаря этому увеличивается срок службы (долговечность) работы узла трения, уменьшается вероятность попадания в организм продуктов износа пары трения.

Кроме того, значительно упрощается процесс изготовления имплантата и снижается его стоимость по сравнению со стоимостью изготовления керамических имплантатов.

Источники информации.

1. Иголкин А.И. Титан в медицине. Титан, 1993, N 1, с. 86-90, М. ВИЛС.

2. Проспект фирмы Alsculap С-113 (8/89).

3. Интерметаллидные фазы: развивающиеся перспективные материалы Z.Metallkunde 1989, N5 с. 337-344.

4. Титановые алюминиды материал для космической техники Technische Rundschau 1991, 73, N1 c. 5-9.

5. Результаты работ по исследованию свойств интерметаллидного соединения TiAl Titanium and Zisconium 1988, 36, N 2, c. 7.

Формула изобретения

Применение сплава на основе интерметаллида TiAl, содержащего 32 38 мас. алюминия и титан остальное, в качестве материала для имплантата.