Вкладыш ацетабулярного компонента эндопротеза тазобедренного сустава, выполненный из полимерного нанокомпозиционного материала

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и представляет собой полимерный вкладыш ацетабулярного компонента, который используется в эндопротезах тазобедренных суставов. Вкладыш ацетабулярного компонента изготавливается методом термопрессования из нанокомпозиционного материала, на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ). Введение МУНТ в СВМПЭ осуществляется путем сухого смешения с использованием мельниц планетарного типа. Многостенные углеродные нанотрубки вводятся для увеличения износостойкости изделия в количестве от 0,1 до 2 мас.%. Поверхность лунки полимерного вкладыша имеет 11 класс шероховатости. Пара трения разработанный ацетабулярный компонент - головка эндопротеза, выполненная из сплава Co-Cr-Мо, имеет следующие характеристики: момент трения 1,3 Н⋅м; отсутствуют видимые следы износа поверхности трения ацетабулярного компонента, срок службы ацетабулярного компонента более 10 лет. 2 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и применяется при эндопротезировании тазобедренных суставов. Разработанный вкладыш применяется в качестве ацетабулярного компонента при эндопротезировании тазобедренных суставов. Вкладыш ацетабулярного компонента изготавливается методом термопрессования из нанокомпозиционного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ). Благодаря применению метода термопрессования при изготовлении изделия удается достичь 11 класса шероховатости поверхности лунки ацетабулярного компонента. Технический результат достигается за счет введения МУНТ в СВМПЭ и формирования 11 класса шероховатости поверхности лунки полимерного вкладыша, что увеличивает срок службы вкладыша, снижает коэффициент трения и уменьшает время прирабатываемости изделия.

Срок службы эндопротезов тазобедренных и коленных суставов во многом зависит от работоспособности узла трения (пары трения). Узел трения состоит из головки и ацетабулярного компонента (вкладыша). Ацетабулярный компонент эндопротезов тазобедренного сустава может быть изготовлен из металла, керамики и полимера. По ряду свойств полимерные вкладыши, изготовленные из СВМПЭ, являются наиболее перспективными для использования в эндопротезировании.

Известен вкладыш эндопротеза (RU №2295320 A61F 2/30), изготовленный из изотропного пиролитического углерода. Изотропный пиролитический углерод получается при пиролизе углеводородного сырья при высокой температуре путем отложения на внутренней поверхности специальной графитовой подложки.

К недостаткам этого изобретения можно отнести технологическую сложность получения пиролитического углерода и необходимость последующей механической обработки для получения конечного изделия.

Стандартная методика изготовления полимерных вкладышей ацетабулярного компонента эндопротезов из СВМПЭ заключается в изготовлении стержней методами плунжерной экструзии или термического прессования, с последующим вытачиванием из этих стержней полимерных вкладышей (Steven М. Kurtz, UHMWPE biomaterials handbook, second edition, Elsevier Inc., US 20130046042).

К недостаткам ацетабулярных компонентов, изготовленных таким способом, можно отнести низкий коэффициент использования материала и высокую шероховатость поверхности лунки вкладыша.

Наиболее часто полимерные вкладыши изготавливают из сшитого СВМПЭ. Сшивка осуществляется химическим или радиационным способом. Известен патент (ЕР 2384774 А2), в которым полимерный вкладыш был изготовлен из радиационно сшитого СВМПЭ.

Недостатком этого вкладыша является снижение пластичности, усталостной прочности и трещиностойкости материала, в результате применения радиационной сшивки.

Известен вкладыш из СВМПЭ (BY (11)6855 C08J 9/28 A61F 2/34) с микропористой структурой в опорной поверхности, сформированной путем обработки в вазелиновом масле.

К недостаткам этого вкладыша можно отнести опасность протекания в материале окислительных процессов и перекристаллизации, с изменением комплекса физико-механических свойств материала, при его нагревании до температуры, близкой к температуре плавления СВМПЭ, и выдерживании в вазелиновом масле.

Известен ацетабулярный компонент эндопротеза (US 5645594 А) состоящий из 2-х и/или 3-х различных слоев, выполненных из СВМПЭ, смеси полиметилметакрилата и СВМПЭ, и/или полиметилметакрилата. Идея использования многослойной конструкции ацетабулярного компонента заключается в снижении ползучести изделия под действием сжимающих нагрузок.

Недостатком такого вкладыша является опасность разрушения изделия по границам скрепления полимерных слоев различной химической природы.

Известен вкладыш ацетабулярного компонента (US 20140148911 А1), выполненный из модифицированного витамином Е сшитого СВМПЭ. Использование витамина Е обосновывается повышением устойчивости к окислению и увеличению усталостной прочности сшитого СВМПЭ.

К недостаткам вкладышей ацетабулярного компонента, полученных из сшитого СВМПЭ с витамина Е, можно отнести влияние последнего на процесс сшивания макромолекул полимера. Если витамин Е водится в СВМПЭ до начала процесса его сшивки, то он снижает эффективность сшивания макромолекул, так как является акцептором для образующихся свободных радикалов (Parth М., Aust N., Lederer K. Studies on the effect of electron beam radiation on the molecular structure of ultra-high molecular weight polyethylene under the influence of alpha-tocopherol with respect to its application in medical implants J Mater. Sci. Mater. Med. 2002 13(10): 917-21). С ростом концентрации витамина Е в СВМПЭ этот эффект усиливается. Снижение эффективности сшивки СВМПЭ отрицательно сказывается на его износостойкости. Введение витамина Е в СВМПЭ после проведения процесса радиационного облучения позволяет сохранить высокую степень сшивки макромолекул, однако диффузия витамина Е в объемное изделие является не однородной, что приводит к формированию неоднородной структуры в ацетабулярном компоненте.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому техническому результату является вкладыш ацетабулярного компонента (US 20050043815 А1), изготовленный из сшитого СВМПЭ с ориентированной структурой. В данном прототипе изготовление изделия осуществляется путем термопрессования предварительной сшитой заготовки СВМПЭ в пресс-форме. Заготовка СВМПЭ формируется путем термопрессования или плунжерной экструзии в виде стрежня. После чего подвергается электронному облучению, для сшивания структуры и нарезается в виде шайб. Пресс-форма, в которой происходит термопрессование изделия, обеспечивает получение ацетабулярного компонента заданной конфигурации. Термопрессование осуществляется при приложении давления и температуры.

Недостатком ацетабулярного компонента, полученного этим методом, является возможное снижение усталостной прочности и трещиностойкости сверхвысокомолекулярного полиэтилена, в результате снижения его пластичности, вызванное сшиванием структуры после электронного облучения.

Технический результат заключается в формировании ацетабулярного компонента эндопротеза тазобедренного сустава, обладающего высокой износостойкостью, низким коэффициентом терния и высоким качеством поверхности лунки. Разработанный ацетабулярный компонент удовлетворяет требованиям ГОСТ 31621-2012. Имплантаты для хирургии. Замещение сустава тотальным эндопротезом. Определение долговечности работы узла трения эндопротеза тазобедренного сустава методом оценки крутящего момента:

- поверхность лунки вкладыша соответствует 11 классу шероховатости;

- момент трения не превышает 1,5 Н⋅м:

- коэффициент восстановления подвижности сустава не менее 100;

- отсутствуют видимые следы износа поверхности трения ацетабулярного компонента.

Технический результат достигается за счет формирования полимерного вкладыша ацетабулярного компонента эндопротеза тазобедренного сустава методом термопрессования из нанокомпозиционного материала, включающего матрицу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и наполнителя, в качестве которого используют многостенные углеродные нанотрубки, при следующем соотношении компонентов масс. %:

Наполнитель: 0,1-2

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен: остальное.

При содержании многостенных углеродных нанотрубок менее 0,1% масс, момент трения превышает 1,5 Н⋅м. При добавлении многостенных углеродных нанотрубок более 2% масс. увеличивается вероятность их выкрашивания из объема полимерной матрицы. Введение МУНТ в СВМПЭ осуществляется путем сухого смешения в мельнице планетарного типа. Формование ацетабулярного компонента осуществляется методом термопрессования в диапазоне температур 180-190°С и давлении 20-50 МПа. Изобретение поясняется Фиг. 1, где представлена схема термопрессования ацетабулярного компонента, где 1 - нижняя матрица, 2 - верхняя матрица, 3 пуансон, 4 - формуемое изделие. Шероховатость поверхности лунки вкладыша формируется при контакте с пуансоном 3. Термопрессование осуществляется при температуре 180-200°C и давлении 40 МПа.

Пример 1

В качестве исходного сырья применяется сверхвысокомолекулярный полиэтилен производства Ticona, Celanese. В качестве армирующей добавки используются многостенные углеродные нанотрубки диаметром 4-15 нм и длиной более 2 мкм в количестве 2% масс. Введение МУНТ в СВМПЭ осуществляется путем сухого смешения с использованием мельниц планетарного типа. Формование ацетабулярного компонента осуществляется методом термопрессования, с использованием пуансона 11 класса шероховатости поверхности, для формирования поверхности лунки изделия. Внешний вид полимерных вкладышей ацетабулярного компонента, выполненный из полимерного нанокомпозиционного материала СВМПЭ/2%МУНТ, представлен на Фиг. 2.

Ацетабулярный компонент имеет следующие характеристики:

- поверхность лунки ацетабулярного компонента соответствует 11 классу шероховатости;

- диаметр лунки ацетабулярного компонента 28 мм:

- толщина стенки ацетабулярного компонента 8,3 мм:

- несферичность менее 50 мкм.

Пара трения - ацетабулярный компонент, выполненный из нанокомпозиционного материала - головка эндопротеза, выполненная из сплава Co-Cr-Mo, испытанная в соответствии с ГОСТ 31621-2012, имеет следующие характеристики:

- момент трения 1,3 Н⋅м;

- отсутствуют видимые следы износа поверхности трения ацетабулярного компонента;

- срок службы ацетабулярного компонента более 10 лет.

Пример 2

В качестве исходного сырья применяется сверхвысокомолекулярный полиэтилен производства Ticona, Celanese. В качестве армирующей добавки используются многостенные углеродные нанотрубки диаметром 4-15 нм и длиной более 2 мкм в количестве 0,1% масс. Введение МУНТ в СВМПЭ осуществляется путем сухого смешения с использованием мельниц планетарного типа. Формование ацетабулярного компонента осуществляется методом термопрессования, с использованием пуансона 11 класса шероховатости поверхности, для формирования поверхности лунки изделия.

Ацетабулярный компонент имеет следующие характеристики:

- поверхность лунки ацетабулярного компонента соответствует 11 классу шероховатости;

- диаметр лунки ацетабулярного компонента 28 мм;

- толщина стенки ацетабулярного компонента 8,3 мм;

- несферичность менее 50 мкм.

Пара трения - ацетабулярный компонент, выполненный из нанокомпозиционного материала - головка эндопротеза выполненная из сплава Co-Cr-Mo, испытанная в соответствии с ГОСТ 31621-2012, имеет следующие характеристики:

- момент трения 1,4 Н⋅м;

- отсутствуют видимые следы износа поверхности трения ацетабулярного компонента;

- срок службы ацетабулярного компонента более 10 лет.

Полимерный вкладыш ацетабулярного компонента эндопротеза тазобедренного сустава, имеющий 11 класс шероховатости поверхности лунки, коэффициент восстановления подвижности сустава не менее 100 и момент трения не более 1,5 Н⋅м, включающий матрицу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и наполнитель, в качестве которого используют многостенные углеродные нанотрубки, при следующем соотношении компонентов мас.%:

Наполнитель 0,1-2
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен Остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения нанокапсул 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты. Указанный способ характеризуется тем, что 2,4-дихлорфеноксиуксусную кислоту порциями добавляют в суспензию агар-агара в этаноле в присутствии препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества, смесь перемешивают при 1300 об/мин, затем добавляют петролейный эфир, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро:оболочка в нанокапсулах составляет 1:1, 1:3 или 5:1.
Изобретение относится к технологии получения игольчатых монокристаллов оксида молибдена VI MoO3. Поверхность молибденовой ленты, надежно закрепленной своими концами и выгнутой кверху в виде арки, разогревают с помощью резистивного, индукционного или лучевого воздействия до температуры 650-700°С в окислительной газовой среде, содержащей от 10 до 40% кислорода и инертный газ или смесь инертных газов при давлении, превышающем 100 Па, выдерживают при этой температуре в течение не менее 10 с с момента появления паров MoO3 белого цвета, затем нагрев прекращают и молибденовую ленту остужают до 25°С, после чего нагрев возобновляют при температуре 650-700°С до образования на торцах и поверхности молибденовой ленты из паров MoO3 тонких игольчатых монокристаллов оксида молибдена длиной до 5 мм.

Изобретение относится к пористому полимерному материалу, имеющему мультимодальное распределение пор по размеру, и к способу его получения. Материал формуют путем приложения усилия к термопластичной композиции, содержащей непрерывную фазу, включающую первую и вторую добавки включения в виде дискретных доменов, диспергированных в непрерывной фазе.

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к наночастицам для введения одного или более терапевтических, профилактических и/или диагностических средств, которые получают эмульгированием раствора одного или более биосовместимых полимеров, формирующих ядро наночастиц, одного или более полиэтиленгликолей (ПЭГ), формирующих покрытие наночастиц, одного или более терапевтических, профилактических и/или диагностических средств и одного или более низкомолекулярных эмульгаторов в органическом растворителе при перемешивании в течение по меньшей мере трех часов для испарения органического растворителя и диффундирования и сбора цепей ПЭГ на поверхности наночастиц, при этом покрытие наночастиц характеризуется отношением [Г/Г*] больше 2, где Г – это поверхностная плотность ПЭГ, характеризующая число молекул ПЭГ на 100 нм2 поверхности наночастицы, а Г* – это полное покрытие поверхности наночастицы, характеризующее теоретическое число свободно расположенных молекул ПЭГ, необходимое для полного покрытия 100 нм2 поверхности наночастицы; а также к способу их получения и фармацевтической композиции, содержащей такие наночастицы.

Изобретение относится к получению сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированного наночастицами серебра. Способ включает импрегнирование СВМПЭ органическим раствором наносеребра.

Изобретение относится к области техники зондовой микроскопии. Технический результат изобретения заключается в упрощении используемой экспериментальной техники, с одной стороны, и в увеличении возможностей в исследовании физических явлений на поверхности с нанометровым пространственным разрешением (химический состав, вязкоупругие свойства, диэлектрическая проницаемость и т.д.), с другой стороны.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул оксидов металлов. Указанный способ характеризуется тем, что 1 г оксида металла медленно добавляют в суспензию 3 г агар-агара в изопропаноле в присутствии 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1200 об/мин, далее приливают 5 мл гексана, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Изобретение может быть использовано при получении декоративных и автомобильных лакокрасочных покрытий, антикоррозионных покрытий, при окраске пластиков, в полиграфии, в производстве красок для стекла и керамики и декоративной косметики.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов диоксида гафния, которые могут быть использованы в качестве компонентов сцинтилляционных детекторов, лазеров, иммобилизаторов нуклеиновых кислот, биосенсоров, биодатчиков.

Изобретение относится к составным частям устройств для получения полупроводниковых материалов, а именно дисперсного нитрида алюминия. Реакционная камера выполнена из жаропрочной стали, футерована нитридом алюминия, снабжена герметично соединенными с корпусом камеры средством для отвода газов и гибким трубопроводом, который выполнен с возможностью герметичного соединения со средством подачи азотсодержащих газов, и снабжена устройством нагрева, выполненным с возможностью создания градиента температуры вдоль реакционной камеры.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к способу получения нанокапсул резвератрола в конжаковой камеди, при этом в качестве оболочки нанокапсул используется конжаковая камедь, а в качестве ядра - резвератрол при массовом соотношении оболочка:ядро 3:1 и 1:5.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к способу получения нанокапсул семян чиа, при этом в качестве ядра используют порошок семян чиа, а в качестве оболочки нанокапсул используют натрий карбоксиметилцеллюлозу при массовом соотношении ядро:оболочка 1:1 или 1:3.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул лекарственных растений, обладающих седативным действием. Указанный способ характеризуется тем, что 5 мл настойки валерьяны или пустырника добавляют в суспензию, содержащую 1, 3 или 5 г геллановой камеди в петролейном эфире, или 25 мл настойки пустырника или валерьяны добавляют в суспензию, содержащую 1 г геллановой камеди в петролейном эфире, или 10 мл настойки пиона уклоняющегося добавляют в суспензию, содержащую 3 или 5 г геллановой камеди в петролейном эфире, в присутствии 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества, при перемешивании 1300 об/мин, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов. Способ определения размеров наночастиц, добавленных в исходный коллоидный раствор, включает облучение раствора с добавленными наночастицами лазерным излучением.

Изобретение относится к области синтеза мезопористых материалов, а именно к способу получения мезопористых ксерогелей и нанопорошков в системе ZrO2(Y2O3)-Al2O3 для носителей катализаторов при конверсии метана в синтез-газ.

Изобретение относится к области медицины, биологии и фармакологии и представляет собой порошкообразный препарат с антибактериальным и регенерирующим эффектами, характеризующийся тем, что содержит наночастицы меди с дисперсностью 30-40 нм, наночастицы серебра с дисперсностью 40-50 нм, оксид цинка и кукурузный крахмал, причем компоненты в препарате находятся в определенном соотношении в мас.

Изобретение относится к областям медицины, биологии и фармакологии и представляет собой препарат для регенерации мягких тканей с антибактериальным эффектом, характеризующийся тем, что он имеет порошкообразную форму и содержит наночастицы меди с дисперсностью 30-40 нм, наночастицы серебра с дисперсностью 40-50 нм и кукурузный крахмал, причем компоненты препарата находятся в определенном соотношении в мас.%.
Изобретение относится к металлургии, в частности к термодеформационной обработке ферритно-перлитных сталей для формирования гетерогенной структуры «субмикрокристаллическая ферритная матрица - наноразмерные карбиды».

Изобретение относится к области электроники, в частности к микромасштабным охлаждающим устройствам таким, как микроканальные теплообменники. Изобретение заключается в том, что в канале, на одной из сторон, которая является поверхностью подложки тепловыделяющего элемента, выполнены продольные микроканавки или нанесены продольные полосы гидрофобного нанопокрытия, формирующие микроручейковые течения жидкости.

Изобретение относится к медицинской технике. Генератор биологически активного наноаэрозоля содержит проводящий корпус с диэлектрическими фланцами на торцах корпуса и со сквозными отверстиями для выхода наноаэрозоля, выполненными на боковой поверхности корпуса; диэлектрический вкладыш, запрессованный в корпус и оснащенный средством для доступа к внутренней боковой поверхности корпуса, распылительную камеру в виде полости в диэлектрическом вкладыше в форме эллипсоида, большая ось которого ориентирована вдоль оси корпуса.

Изобретение относится к области фармацевтики, а именно к составу эластичного антибактериального материала, включающему 100 масс. ч.

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и представляет собой полимерный вкладыш ацетабулярного компонента, который используется в эндопротезах тазобедренных суставов. Вкладыш ацетабулярного компонента изготавливается методом термопрессования из нанокомпозиционного материала, на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и многостенных углеродных нанотрубок. Введение МУНТ в СВМПЭ осуществляется путем сухого смешения с использованием мельниц планетарного типа. Многостенные углеродные нанотрубки вводятся для увеличения износостойкости изделия в количестве от 0,1 до 2 мас.. Поверхность лунки полимерного вкладыша имеет 11 класс шероховатости. Пара трения разработанный ацетабулярный компонент - головка эндопротеза, выполненная из сплава Co-Cr-Мо, имеет следующие характеристики: момент трения 1,3 Н⋅м; отсутствуют видимые следы износа поверхности трения ацетабулярного компонента, срок службы ацетабулярного компонента более 10 лет. 2 ил., 2 пр.

Наверх