Протез для стапедопластики

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Шилько Сергей Викторович Ситников Валерий Петрович Эль-Рефай Хусам Казаченко Виктор Павлович Попов Александр Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Протез для стапедопластики, отличающийся тем, что содержит подложку, выполненную из радиационно-сшитого политетрафторэтилена, и алмазоподобное покрытие толщиной 5-6 нм. 2. Протез для стапедопластики по п. 1, отличающийся тем, что алмазноподобное покрытие дополнительно включает наноразмерные частицы серебра. Изобретение относится к медицине и может быть использовано в отоларингологии для хирургического лечения отосклероза и других заболеваний среднего уха (стапедопластики). 17759 1 2013.12.30 К известным техническим решениям для стапедопластики относятся протезы стремени среднего уха, изготовленные из нержавеющей стали, тантала, титана, золота, платины,а также керамических и полимерных материалов 1-5. Металлические и керамические протезы обладают значительной прочностью и, благодаря значительному (свыше 100 ГПа) модулю упругости, хорошим звукопроведением,включая область наиболее информативного спектра высоких звуковых частот. К сожалению, это является причиной чрезмерной жесткости и деформационной несовместимостью искусственного стремени с окружающими существенно менее жесткими органами среднего уха. Избыточная бактерицидность металлов может привести к увеличению послеоперационного периода и осложнениям в отдаленный период. Недостатком металлических и керамических протезов является также повышенная стоимость исходных материалов и изготовления по технологиям микролитья, спекания или механической обработки для получения необходимой формы и качества поверхности. Среди полимерных материалов для протезирования стремени среднего уха доминируют полиэтилен и, особенно, политетрафторэтилен марок тефлон (США) и фторопласт-4(Россия). Их биоинертность, эластичность и высокая технологичность делает возможным массовое изготовление недорогих протезов органов среднего уха. Использование полимерных протезов предусматривает поршневую методику стапедопластики по , преимуществом которой являются значительно меньший объем манипуляций в области окна преддверия, снижение травматичности и вероятности попадания крови в преддверие лабиринта 1, 5. Недостатком указанных аналогов является возможность воспалительной реакции в области контакта с биотканями, что обусловлено инертностью полиэтилена и политетрафторэтилена не только к тканям среднего уха, но и к инфицирующим микроорганизмам. Так, наблюдение пациентов с тимпанальной и смешанной формами отосклероза после имплантации тефлоновых протезов в ряде случаев показало осложнения в виде нейросенсорной тугоухости и глухоты, а также образования послеоперационных гранулем барабанной полости 6, 7, что явилось причиной повторных операций. Кроме того, полимерные материалы являются вязкоупругими и вязкопластическими,что приводит к ухудшению звукопроведения в результате необратимого изменения формы(изгиба) протеза стремени при длительном функционировании. Отмеченные недостатки частично преодолены в наиболее близком по технической сущности к заявляемому изобретению протезе 8 на основе биологически активного материала с нерастворимым биоинертным мозаичным покрытием. Биологическая активность подложки, регулируемая мозаичным бионейтралъным покрытием, способствует совместимости протеза с тканями среднего уха. В качестве биоактивной основы, в частности, могут быть использованы металлы, обладающие бактерицидными свойствами. Однако этому препятствуют отмеченные выше недостатки металлических протезов. Недостатком прототипа на органической биологически активной подложке являются вязкоупругие и вязкопластические свойства последней, что препятствует формостабильности протеза для стапедопластики, как и в случае названных выше полимерных материалов. Кроме того, биологическая активность органической подложки является причиной деградации механических свойств протеза в среде организма, а также низкой звукопроводимости протеза и ее прогрессирующего уменьшения при длительном функционировании. Задачами изобретения являются обеспечение биосовместимости протеза для подавления воспалительной реакции в послеоперационный период и реализации быстрого срастания с прилегающими биологическими тканями тимпанальной мембраны и длинной ножки наковальни повышение звукопроводимости протеза в области высоких частот обеспечение стабильности формы и звукопроводимости протеза в течение длительного срока функционирования. 2 17759 1 2013.12.30 Решение указанных задач достигается тем, что протез для стапедопластики содержит подложку, выполненную из радиационно-сшитого политетрафторэтилена, и алмазоподобное покрытие толщиной 5-6 нм. Решение указанных задач достигается также тем, что алмазоподобное покрытие дополнительно включает наноразмерные частицы серебра. На фиг. 1 показан внешний вид полимерного протеза стремени на фиг. 2 показана схема установки для нанесения биосовместимого покрытия на фиг. 3 приведена схема установки для ультразвуковой обработки в водной среде на фиг. 4 показана поверхность образцов с покрытием толщиной 16 нм после ультразвуковой обработки в водной среде в течение 5 мин (а) и 10 мин (б) на фиг. 5 показана поверхность образцов с покрытием толщиной 16 нм после ультразвуковой обработки в физиологическом растворе в течение 5 мин (а) и 10 мин (б) на фиг. 6 показана микротопография поверхности покрытия толщиной 16 нм (увеличение 200). В качестве основного материала (подложки) протеза использовали радиационномодифицированный фторопласт марки Ф-4 РМ 20 в виде листа толщиной 0,8 мм (Россия,ФГУП НИФХИ им. Л.Я. Карпова) 9, из которого вырезались полоски прямоугольного сечения, близкие по размеру к протезу, показанному на фиг. 1. По данным 9, 10 в табл. 1 дано сравнение по механическим характеристикам материала Ф-4 РМ 20 и используемого в аналогах базового фторопласта Ф-4. В результате уменьшения деформации ползучести материала после радиационного модифицирования на два порядка при сохранении параметров прочности и эластичности обеспечивается формостабильность протеза стремени в течение длительного срока функционирования. Таблица 1 Характеристика Прочность при растяжении (пластина 2 мм), МПа Относительное удлинение при разрыве,Модуль упругости при растяжении (пластина 2 мм) МПа Предел вынужденной эластичности (пластина 2 мм) МПа Ползучесть при комнатной температуре при статической нагрузке, составляющей 70 от разрывной прочности, за 100 часов Модифицирующее алмазоподобное покрытие наносили в условиях импульсного катодно-дугового разряда в вакууме с эродирующим графитовым катодом путем формирования направленного к подложке потока плазмы и ее конденсации на подложке. С этой целью применяли вакуумную установку УВНИПА-1-001 с газовым ионным источником ИИ-4-0,15. Как показано на фиг. 2, в состав установки входит медный анод 1 с графитовой кольцевой вставкой, поджигающий электрод 2, второй анод 3, фокусирующий соленоид 4 и катод 5. Частота следования разрядных импульсов задавалась в диапазоне 1-30 Гц. В результате формируется весьма тонкое сплошное покрытие наноразмерной толщины. Варьирование толщины покрытия обеспечивается изменением числа разрядных импульсов. Для оценки адгезионной прочности полученного покрытия производили ультразвуковую обработку образцов в водной среде на установке, схема которой показана на фиг. 3. Установка состоит из ванны 6, заполненной водной средой 7 магнитострикционного преобразователя 8 и бака с охлаждающей жидкостью 9. В качестве водной среды использовали воду и физиологический раствор. После ультразвуковой обработки производилось сканирование поверхности образцов с увеличением 600 . С помощью программывыделялись участки отслаивания покрытия (светлые области) и темные области изображения, показанные на фиг. 4, 5. Из соотношения площадей светлых и темных участков оценивалась адгезия. В 3 17759 1 2013.12.30 табл. 2 приведены результаты оценки адгезионной прочности покрытий толщиной 5,33 8 и 16 нм. Адгезионная прочность покрытия толщиной 5,33 нм максимальна. Это объясняется ростом внутренних напряжений при увеличении толщины покрытия, что приводит к его более быстрому разрушению. Таким образом, покрытие толщиной 5-6 нм является наиболее пригодным. Таблица 2 Толщина по- Длительность УЗ- Общая площадь Площадь участков Доля участков крытия , нм обработки, мин изображения, пикс отслаивания, пикс отслаивания,в водной среде 5 80200 7178 8,95 5,33 10 76625 13882 18,1 15 85249 20116 23,6 5 77487 13458 17,4 8 нм 10 58108 12361 21,2 15 74203 23269 31,4 5 79620 14616 18,3 16 нм 10 57776 12857 22,3 15 102505 59656 58,2 в физиологическом растворе 5 84202 4150 4,9 5,33 нм 10 88546 8731 9,9 15 68180 9173 13,5 5 68767 8119 11,8 8 нм 10 82140 10851 13,2 15 74089 11777 15,9 5 65164 9294 14,3 16 нм 10 81912 24502 29,9 15 70584 23783 33,7 Механические испытания образцов имплантируемого материала Ф-4 РМ 20 до и после нанесения покрытия, а также после ультразвуковой обработки производили на машине 5567 на воздухе и в среде физиологического раствора. Образцы, испытания которых проводились в физиологическом растворе, имеют меньшую прочность, чем их аналоги, испытанные на воздухе. Это объясняется эффектом Ребиндера, т.е. расклинивающим действием молекул жидкости, которые попадают в образующиеся при растяжении микротрещины, способствуя их развитию и разрушению образца. Нанесенное покрытие вследствие очень малой (наноразмерной) толщины не оказывает заметного влияния на предельное удлинение при растяжении. Нужно заметить, что указанное покрытие способствует повышению звукопроведения в области высоких частот вследствие высокого модуля упругости алмазоподобного углерода, а также приобретения протезом свойств волновода в результате формирования на призматической полимерной подложке твердых стенок. Формирование композиционного (металлополимерного) варианта биосовместимого покрытия производилось путем совместного использования цилиндрического катода из высокочистого (99,999 ) графита марок МПГ-6, МПГ-7 с измеренной плотностью 1,8 г/см 3 и металлического катода из химически чистого (99,99 ) серебра. Размер и расположение наночастиц серебра контролировали методами растровой электронной микроскопии на растровом электронном микроскопес системой энергодисперсионного микроанализа 250 . В соответствии с 4 17759 1 2013.12.30 фиг. 6, на поверхности полимерного протеза сформировано сплошное алмазоподобное покрытие с распределенными наноразмерными частицами серебра. Для оценки биосовместимости образцы модифицированных протезирующих материалов, включая исходный фторопласт-Р 20, фторопласт-Р 20 с алмазоподобным покрытием и фторопласт-Р 20 с алмазоподобным покрытием, содержащим наночастицы серебра, имплантировали подопытным животным (крысам) подкожно. Морфологический анализ показал, что при введении в алмазоподобное покрытие наноразмерных частиц серебра протез приобретает бактерицидные свойства, что улучшает его биосовместимость. Отсутствует необходимость специального приготовления наночастиц серебра, т.к. их формирование происходит одновременно с нанесением алмазоподобного покрытия. Использование весьма малых количеств серебра не приводит к увеличению стоимости протеза. Таким образом, предлагаемый протез для стапедопластики имеет повышенные характеристики биосовместимости, формостабильности и звукопроведения. Источники информации 1.. . - 1956. - . 66. - . 775-777. 2.. - 1960. - . 51. - . 241-243. 3... - 1963. - . 78. - . 546-573. 4.. . - 1974. - . 84. - . 1982-1995. 5. Преображенский Н.А., Патякина О.К. Стапедэктомия и стапедотомия при отосклерозе. - М., 1973. - 272 с. 6. Косяков С.Я., Пахилина Е.В., Федосеев В.И. Отдаленные результаты поршневой стапедопластики с применением тефлоновых и титановых протезов // Кремлевская меди цина. Клинический вестник. - 2008. -1. - С. 19-21. 7. Мельников М.Н. Оценка эффективности применения имплантов при стапедопластике // Вестник оториноларингологии. - 2007. -6. 8. Патент 3211211, МПК 61 2/1861 27/30, 1983 (прототип). 9. Бейдер Э.Я., Донской А.А., Железина Г.Ф. и др. Опыт применения фторполимерных материалов в авиационной технике // Российский химический журнал. - 2008. - Т. .3. - С. 30-44. 10. Конова Е.М., Хатипов С.А. Ползучесть радиационно-модифицированного фторопласта-4. Полимерные композиты и трибология (Поликомтриб - 2007) Тезисы докл. междун. н/т конф. - Гомель, 16-19 июля 2007. - С. 146. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6