Метали та сплави біосумісні

МЕТА́ЛИ ТА СПЛА́ВИ БІОСУМІ́СНІ  — металеві матеріали, що спричиняють мінімальні негативні клінічні прояви при безпосередньому контакті з тканинами живих організмів. М. та с. б. використовують для виготовлення імплантатів — виробів, що вводять в організм хірург. шляхом (ендопротези суглобів; пластини, шурупи, гвинти, стержні, дріт, каркаси; деталі кардіостимуляторів, кардіол. стенти та шунти; штучні корені зубів, стоматол. коронки, мости, штифти та ін.) з метою відновлення, збереження чи поліпшення функцій органів і тканин людини при їхніх порушеннях або втратах, а також для виробництва мед. інструментів (скальпелі, пінцети, голки, шпателі, кліпси, затискачі, щипці, ранорозширювачі, скоби для зшивання ран, гачки, ручки інструментів, пристрої для лапароскопіч. операцій), допоміж. засобів (протези, інвалідні коляски) і мед. обладнання (центрифуги й системи сепарації крові та кровозамінників, посудини й контейнери для зберігання радіоізотопів тощо). 

Ступінь біол. сумісності та безпеки цих матеріалів для організму людини пов­ністю залежить від вмісту в них або продуктах їхньої корозії та зношення шкідливих речовин, що розчиняються та мігрують у рідинах і тканинах організму, викликаючи запалення, алергію та ін. небажані реакції. Тому хім. склад сплавів, що використовують у медицині, регламентований міжнар. і нац. стандартами. Зазвичай, чужорідне тверде тіло, введене в організм, провокує відповідні реакції. Зокрема, фіброзні тканини відокремлюють чужорідне тіло від організму, інкапсулюючи його. При цьому відбуваються локал. реакції, що можуть порушити фізіол. функції та спричиняти пошкодження тканин (напр., утворення тромбів у кровонос. судинах, звапнування серц. м’яза). Біосумісність матеріалів встановлюють унаслідок експериментів на тваринах під час проведення доклініч. досліджень. Залежно від характеру фіз.-хім. реакцій організму при наявності чужорід. тіла розрізняють 2 осн. групи М. та с. б.: біотолерантні (iнкапсулюють з утворенням фіброз. шару завтовшки 1–20 мкм між матеріалом і внутр. середовищем організму) — Fe, Al, Mo, Au, Ag, сплави на основі Co, нержавіюча сталь; біоінертні, або нейтральні (контактують з організмом без поміт. змін у навколиш. тканинах і утворення фіброз. шару) — Pt, Ta, Nb, Zr, Ti та сплави на основі Ti. Наявність фіброз. шару може призвести до мікрорухливості імплантатів з бioтолерант. матеріалів, що скорочує довготривалу стабільність. Імплантати з біоінерт. матеріалів мало взаємодіють з навколиш. тканинами, однак добре сприймаються біол. середовищем. Але іноді частинка зношення, що вивільняється, обмежує ефективність імплантатів і їхню довготривалу стабільність. 

Сучасні технології нанесення різних видів покриттів (оксид алюмінію, діоксид цирконію, гідроксіапатит, нітрид титану, нітрид цирконію, фулерен, алмазоподіб. вуглець, пористий титан та ін.) можуть значно поліпшити біосумісність і функціонал. характеристики матеріалів. Вибір М. та с. б. для виготовлення виробів мед. призначення обумовлюється сукупністю фіз.-мех. властивостей матеріалів: їхньою щільністю, міцністю, твердістю, пластичністю, втом. характеристиками, зносостійкістю. Потріб. інтервал значень властивостей визначається умовами застосування — від високонавантажених (для заміщення колін. і кульшових суглобів) до високоеластичних (у системах кровонос. судин). Вимоги міжнар. і нац. стандартів до мех. характеристик для кожного виду виробів регулюються норматив. документами. М. та с. б. поділяють на матеріали тривалого застосування (понад 1 р.) і короткострокового (до 30 днів). Важливою особливістю сплавів, що використовують для виготовлення мед. виробів, є їхня стійкість до більшості методів стерилізації (одно- або багаторазової): термоповітр., паровою, гамма-випромінювал. і хім. реагентами. Однак майже всі метали і сплави з часом можуть спричинювати в оточуючих тканинах металоз, що призводить до загибелі біол. структур з явищами асептич. некрозу. Електрохім. вплив організму на поверхню метал. імплантатів може викликати розвиток ерозії, що спричиняє їхнє руйнування. Іноді трапляються випадки індивідуал. несумісності певних видів біоматеріалів. Крім того, клінічні невдачі можуть бути пов’язані з недосконалістю конструкції ім­плантата, неправильно підібраним типорозміром чи обраною хірург. методикою та ін.

Найважливішою ознакою Ti та сплавів на його основі є близькість їхніх фіз.-мех. характеристик (щільність, модуль пружності, міцність, твердість) до властивостей кістк. тканин живого організму. Висока біосумісність і короз. стійкість за відносно низької вартості зумовлюють широке використання їх для виготовлення зубних протезів, ортопедич. конструкцій, імплантатів широкого спектра в ендоваскуляр. хірургії, хірург. інструментарію. Ti та його сплави стійкі до багатьох мед. розчинів (перекису водню, бензолу, формальдегіду, фенолу), витримують багатораз. стерилізації. Висока короз. стійкість цих матеріалів обумовлена утворенням на їхній поверхні плівки оксидів титану (2 до 6 нм), що перешкоджає виходу іонів з імплантату та забезпечує високу біосумісність. Однак ці матеріали мають низькі антифрикц. властивості, тому їхнє застосування у вузлах тертя ендопротезів обмежене. Для підвищення зносостійкості титан. сплавів використовують сучасні технології окислення, азотування, термооброблення та нанесення захис. покриттів. Зазначені вище властивості, а також високі ливарні характеристики та відповідність коефіцієнтів терміч. розширення титан. сплавів і покриттів з керам. матеріалів (оксид алюмінію, нітрид титану) зумовили широке застосування композиту Ti-кераміка для виготовлення стоматол. металокерам. виробів (коронок, мостів). У ортопед. стоматології Ti поступово витісняє кобальт. сплави та благородні метали. Цьому сприяє використання таких сучас. методів, як точне титан. лиття та надпластичне деформування. 

Порівняно з ін. метал. матеріалами титан. сплави мають гірші різал. характеристики. Однак під час використання сучас. методів поверхн. зміцнення (лазерне оброблення, плазм. або детонац. напилення та ін.) хірург. інструменти з титан. сплавів можуть мати кращі різал. властивості, ніж аналогічні інструменти, напр., із нержавіючої сталі. Імплантати з нікелідів титану (т. зв. матеріали з ефектом пам’яті форми) досить зручно встановлювати, при тому з меншим об’ємом травмування. Zr та сплавам на його основі притаманні надзвичайно висока короз. стійкість у хімічно агресив. середо­вищах та відносно висока здатність до мех. оброблення. Вони легко зварюються та піддаються усім видам холод. та гарячого оброблення тиском, майже не містять домішок. Використання цирконієвих сплавів при внутрішньосудин. втручаннях унаслідок інвазив. хірургії сприяє профілактиці рестенозу коронар. артерій. Au, Ag, Pt, Pd мають хороші мед.-біол., фіз.-мех. і технол. параметри, не містять токсич. елементів. З них переважно для стоматології виготовляють зубні коронки та протези, вкладки, штифти, а також припої. З Pt виробляють кламери, крампони, порцелян. зуби, штифти, вкладки, дугові протези. Ag є компонентом золотих і паладієвих сплавів та припоїв, його використовують для виготовлення сріб. амальгам для стоматології. З Pd і сплавів на його основі створюють мед. інструменти, деталі кардіостимуляторів, зубні протези. Завдяки високій короз. стійкості та низькій вартості у медицині широко використовують хромонікел. сталі. Зі сталі марки 1Х18Н9Т виробляють коронки, кламери, ортодонтичні пристрої. Сталь марки 2Х18Н9, що має кращі ливарні властивості, застосовують для лиття зубів, фасеток, бюгелей; сталі марок 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т завдяки їхній високій твердості та стійкості до стирання використовують у конструкціях ортопедич. імплантатів. Зі сталей марок 12Х13, 20Х13, 40Х13, 95Х18 виготовляють імплантати різного призначення та мед. інструменти. Групі сплавів на основі Nb і Ta властива висока короз. стійкість в агресив. середовищах, зокрема й у соляній, сірчаній, азот., фосфор. і органічних кислотах будь-якої концентрації при низькій і високій т-рах.

Завантажити статтю