Покрытия для эндопротезов

В настоящее время для изготовления эндопротезов широко используются нержавеющая сталь, сплавы кобальта с хромом, титан и его сплавы. Особенно распространенным титановым сплавом является Ti‑6Al‑4V, который чаще всего используется при изготовлении имплантантов подвергающихся механическим нагрузкам (например, в тазобедренных и коленных суставах). Однако несоответствие жесткости (твердости, упругости) материала протеза и кости ведет к изменению напряжения скелета, что приводит к ресорбции имплантанта и выходу его из строя. Кроме того, материал протеза испытывает не только механические нагрузки. Он подвержен и коррозионному разрушению в достаточно агрессивной среде. Скорость коррозии материалов протезов очень низкая, однако в контакте тканями организма даже небольшие количества продуктов коррозии могут быть опасны, приводя к запуску патологических имунных процессов, разрастанию соединительной ткани, присоединению инфекции [56, 57].

Углерод является основным элементом в живых организмах и широко используется в биомедицинских целях, не вызывая существенных отрицательных реакций. Исследования in vitro с использованием мышиных тканей и тесты in vivo на овцах [58] показали очень хорошую биосовместимость углеродных плёнок [59, 60]. При взаимодействии углеродных кластеров с живой тканью и кровью в отличие от металлов не происходит проникновения активных ионов в организм. Даже при отделении от имплантанта достаточно крупных углеродных частиц не возникает вредных побочных реакций иммунной системы.

Результаты проведенных нами исследований структуры, фазового состава [61, 62], химической устойчивости в кислотных и щелочных средах композиционных титанфуллереновых покрытий, а также структурно-морфологические характеристики клеток крови при их взаимодействии с фуллеренами [63, 64] свидетельствуют о возможности применения фуллеренсодержащих материалов в биомедицине, в частности титанфуллереновых плёнок — для покрытий эндопротезов.

Заключение

Разработка способов получения фуллеренов, фуллереноподобных структур и изучение их свойств продолжается, как и поиски путей их применения в электронике, биологии, медицине и других областях деятельности человека. Фуллереновое материаловедение делает только первые шаги. Свойства уже созданных фуллеренсодержащих материалов вселяют надежду на их широкое применение и появление новых и новых материалов.

Литература

1. Kroto H. W., Heath J. R., O'Brien S. C., Curl R. F., Smalley R. E. // Nature. 1985. Vol. 318, No 6042. P. 162—163.

2. Krätschmer W., Lamb L. D., Fostiropoulos K., Huffman D. R. // Nature. 1990. Vol. 347, No 6291. P. 354—358.

3. Свечников С. В. // Сучасне матеріалознавство XXI старичча. Київ, 1998. С. 352—367.

4. Дворина Л. А., Шпилевский Э. М., Стельмах В. Ф., Хмыль А. А. // Материалы, технологии, инструменты. 1998. Т. 3, № 2. С. 129.

5. Вуль А. Я. // Материалы электронной техники. 1999. № 3. С. 4—7.

6. Goodson A. L., Gladys C. L., Worst D. E. // J. Chem. Inf. and Comput. Sci. 1995. Vol. 35, No 6. P. 969—978.

7. Елецкий А. В., Смирнов Б. М. // УФН. 1995. Т. 165, № 9. С. 977—1009.

8. Ruoff R. S., Tse D. S., Malhotra M., Lorents D. C. // J. Phys. Chem. 1993. Vol. 97, No 13. P. 3379—3383.

9. Lee R. S., Kim H. J., Fischer J. E., Thess A., Smalley R. E. // Nature. 1997. Vol. 388, No 6622. P. 255—257.

10. Ebbesen T. W., Gibson J. M. // Nature. 1996. Vol. 381, No 6584. P. 678—680.

11. Стельмах В. Ф., Шиманович В. Д., Шпилевский Э. М., Шункевич Т. М. // Материалы, технологии, инструменты. 1998. Т. 3, № 2. C. 129.

12. Патент на полезную модель 80 РБ, МПК 6 B 01J 19/00. Устройство для получения фуллеренов / С. В. Адашкевич, К. В. Войтик, А. С. Дрозд, В. Е. Матюшков, И. А. Самарин, В. Ф. Стельмах, Э. М. Шпилевский (Республика Беларусь); БГУ.— № u 19990058; Заявлено 29.04.99.

13. Патент на полезную модель 79 РБ, МПК 6 B 01J 19/00. Устройство для получения фуллеренов и сепаратор углеродных продуктов / С. В. Адашкевич, П. В. Джурко, А. С. Дрозд, В. Ю. Мощенников, В. Б. Никитёнок, В. Ф. Стельмах, Э. М. Шпилевский (Республика Беларусь); БГУ.— № u 19990057; Заявлено 29.04.99.

14. Патент на полезную модель 78 РБ, МПК 6 B 01D 11/00. Устройство для экстракции растворимых веществ / С. В. Адашкевич, О. А. Ивашкевич, А. Г. Солдатов, В. Ф. Стельмах, Э. М. Шпилевский, Т. М. Шункевич (Республика Беларусь); БГУ.— № u 19990059; Заявлено 29.04.99.

15. Патент на полезную модель 73 РБ, МПК G 01D 21/00. Датчик степени экстракции растворённого вещества / С. В. Адашкевич, С. А. Михнов, В. Ф. Стельмах, М. Э. Шпилевский (Республика Беларусь); БГУ.— № u 19990025; Заявлено 17.03.99.

16. Iijima S. // Nature. 1991. Vol. 354, No 6348. P. 56—61.

17. Guo T., Nikolaev P., Thess A., Collert D. T., Smalley R. E. // Chem. Phys. Lett. 1995. Vol. 243, No 1. P. 49—54.

18. Seraphin S., Zhou D. // Appl. Phys. Lett. 1994. Vol. 64, No 16. P. 2087—2089.

19. Шпилевский Э. М., Баран Л. В., Шпилевский М. Э. // Материалы, технологии, инструменты. 1998. Т. 3, № 2. С. 105.

20. Хмыль А. А., Достанко А. П., Емельянов В. А., Шапчиц А. В., Шпилевский М. Э. // Фуллерены и фуллереноподобные структуры. Минск, 2000. С. 83—90.

21. Шпилевский М. Э., Шапчиц А. В. // Тез. докл. междунар. науч. конф. "Магнитные материалы и их применение" (Минск, 30 сентября—2 октября 1998 г.). Минск, 1998. С. 179—180.

22. Aleshin A. N., Biryulin Yu. F., Mironkov N. B., Sharonova L. V., Fadeeva E. N., Zgonnik V. N. // Fullerene Sci. and Technology. 1998. Vol. 6, No 3. P. 545—561.

23. Стельмах В. Ф., Шпилевский Э. М., Оджаев В. Б. // Тез. докл. междунар. симп. «Ионная имплантация в науке и технике» (Налэнчув, 22—24 января 1997 г.). Люблин, 1997. С. 32.

24. Waiblinger M., Pietzak B., Murphy A. Т., Hardt S., Merte-Sacker В., Weidinger A., Hohne M. // Ber. Hahn.-Meitner. Inst. 1997. № 546. Đ. 43.

25. Елецкий А. В. // УФН. 2000. Т. 170, № 2. С. 113—142.

26. Murphy A. Т., Pawlik Т., Weidinger A., Hohne M., Alcala R., Spaeth J. // Phys. Rev. Lett. 1996. Vol. 77, No 6. P. 1075—1078.

27. Шульга Ю. М., Тарасов Б. П. // Фуллерены и фуллереноподобные структуры.— Минск, 2000.— С. 14—19.

28. Бухтияров В. И., Слинько М. Г. // Успехи химии. 2001. Т. 70, № 2. С. 167—179.

29. Гусев А. И. // УФН. 1998. Т. 168, № 1. С. 55—83.

30. Шпилевский Э. М., Шпилевский М. Э., Матвеева Л. А. // Аморфные прецизионные сплавы: технология — свойства — применение: Тез. докл. Седьмой Всерос. конф. с междунар. участием (Москва, 14—16 ноября 2000 г.).— Москва, 2000.— С. 102.

31. Шпилевский Э. М., Шпилевский М. Э., Акулов Г. Ю. // Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машиностроении: Материалы междунар. конф. (г. Киев, 26—27 октября 2000 г.). Киев, 2000. С. 106.

32. Мастеров В. Ф., Приходько А. В., Коньков О. И., Теруков Е. И., Дапкус Л. З. // ФТТ. 1996. Т. 38, № 5. С. 1401—1406.

33. Шерман А. Б., Стоцкий Ю. А., Шакин О. В. // ФТТ. 1996. Т. 38, № 6. С. 1742—1747.

34. Стельмах В. Ф., Стригуцкий Л. В., Шпилевский Э. М., Жуковский П., Карват Ч. // Фуллерены и фуллереноподобные структуры. Минск, 2000. С. 98—105.

35. Тарасов Б. П., Гольдшлегер Н. Ф., Моравский А. П. // Успехи химии. 2001. Т. 70, № 2. С. 149—166.

36. Dilon A. C., Jones K. M., Bekkedahl T. A., Kiang C. H., Bethune D. S., Heben M. J. // Nature. 1997. Vol. 386, No 6623. P. 377—379.

37. Ahn C. C., Ye Y., Ratnakumov B. V., Witham C., Bowman R. C., Fultz B. // Appl. Phys. Lett. 1998. Vol. 73, No 23. P. 3378—3380.

38. Liu C., Fan Y. Y., Liu M., Cong H. T., Cheng H. M., Dresselhaus M. S. // Science. 1999. Vol. 286, No 5442. P. 1127—1129.

39. Тарасов Б. П. // Фуллерены и фуллереноподобные структуры. Минск, 2000. С. 113—120.

40. Chambers A., Park C.,, Rodriges N. M. // J. Phys. Chem. B. 1998. Vol. 102, No 22. P. 4253—4256.

41. Gupta B. K., Srivatsava O. N. // Int. J. Hydrog. Energy. 2000. V. 25. P. 825—829.

42. Chen P., Wu X., Lin J., Tan K. L. // Science. 1999. V. 285. P. 91—93.

43. Tutt L. W., Kost A. // Nature. 1992. Vol. 356, No 6366. P. 225—226.

44. Mishra S. R., Rawat H. S., Joishi M. P., Mehendale S. C. // J. Phys. B. 1994. Vol. 27, No 8. P. L157—L163.

45. Kost A., Jenson J. E., Tutt L. W. // SPIE Proc. 1994. Vol. 2284. P. 208—219.

46. Белоусов В. П., Белоусова И. М., Беспалов В. Г., Будтов В. П., Волынкин В. М., Григорьев В. А., Данилов О. Б., Жевлаков А. П., Калинцев А. Г., Пономарёв А. Н., Тульский С. А., Ютанова Е. Ю. // Оптический журнал. 1997. Т. 64, № 9. С. 82—84.

47. Lin F., Meng S., Zeng H. // Appl. Phys. Lett. 1994. Vol. 65, No 20. P. 2522—2524.

48. Wang Y. // J. Phys. Chem. 1992. Vol. 96, No 2. P. 764—767.

49. Tada T., Kanayama T. // Jpn. J. Appl. Phys. Pt. 2. 1996. Vol. 35, No 1A. P. L63—L65.

50. Avouris Ph., Hertel T., Martel R., Schmidt T., Shea H. R., Walkup R. E. // Appl. Surf. Sci. 1999. Vol. 141. P. 201—209.

51. Sander J. T., Alwin R. M. V., Dekker C. // Nature. 1999. Vol. 397. P. 49—52.

52. Saito Y., Uemura S., Hamaguchi K. // Jpn. J. Appl. Phys. 1998. Vol. 37. P. 346—348.

53. Bhushan В., Gupta В. К., Van Cleef G. W., Сарр С., Cue J. V. // Tribol. Trans. 1993. Vol. 36, No 4. P. 574—580.

54. Gupta В. К., Bhushan В. // Lubr. Engineering. 1994. Vol. 50, No 7. P. 524—528.

55. Гинзбург Б. М., Киреенко О. Ф., Байдакова М. В., Соловьёв В. А. // ЖТФ. 1999. Т. 69, вып. 11. С. 113—116.

56. Lankford J., Blanchard C. R., Agrawal C. M., Micaller D. M., Dearnaley G. // Nucl. Instr. & Meth. in Phys. Res. Sec. B. 1993. Vol. B80. P. 1441—1444.

57. Филиппенко В. А., Кладченко Л. А., Тимченко И. Б. // Ортопедия, травматология и протезирование. 1998. № 3. С. 47—51.

58. Lettington A. H. // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Ser. A. 1993. Vol. 342. P. 287—296.

59. Butter R. S., Lettington A. H. // J. Chem. Vap. Deposit. 1995. Vol. 3. P. 182.

60. Thomson L. A., Law F. C., Rushton N., Franks J. // Biomater. 1991. Vol. 12. P. 37—42.

61. Shpilevsky E. M., Shpilevsky M. E., Matveeva L. A. // European Materials Research Society 2000 Spring Meeting (Strasbourg, May 30 — June 2, 2000): Final book of abstracts.— P 9.

62. Matveeva L. A., Shpilevsky E. M., Shpilevsky M. E. // European Materials Research Society 2000 Spring Meeting (Strasbourg, May 30 — June 2, 2000): Final book of abstracts.— P 26.

63. Зорин В. П., Кравченко И. Е., Савицкий В. П., Шпилевский М. Э., Шункевич Т. М. // Фуллерены и фуллереноподобные структуры.— Минск, 2000.— С. 132—139.

64. Зорин В. П., Кравченко И. Е., Шпилевский М. Э. // Молекулярно-клеточные основы функционирования биосистем: Тез. докл. IV съезда белорусского общественного объединения фотобиологов и биофизиков (Минск, 28—30 июня 2000 г.).— Минск, 2000.— С. 247.