Изобретение относится к медицине, конкретно к области композиционных материалов для изготовления эндопротезов. Композиционный материал для замещения костной ткани содержит пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,58…3,62 ангстрема при общем количестве волокна 20…80% и материал-наполнитель, состоящий из кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,42…3,44 ангстрема в количестве 50…70% и аморфного углерода в виде кокса в количестве 10…20% от общего объема пор. При создании композиционного материала для замещения костной ткани в аморфный углерод внедрены углеродные нанотрубки в количестве 0,05…1,0% от массы аморфного углерода. Композиционный материал по изобретению имеет прочность при циклическом нагружении, равную и выше максимальной прочности костной ткани человека. 1 табл.

Изобретение относится к области композиционных материалов и может быть использовано в медицине для изготовления эндопротезов.

Известен композиционный материал для замещения костной ткани, содержащий пористую матрицу из углеродного волокна, состоящего из кристаллического углерода с межслоевым расстоянием d₀₀₂, равным 3,58…3,62 ангстрема, при общем количестве волокна 20…80% и углеродный материал-наполнитель, состоящий из кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,42…3,44 ангстрема в количестве 50…70% и аморфного углерода, полученного путем карбонизации бакелита, в виде кокса в количестве 10…20% от общего объема пор, который образует изделие, и может использоваться как протезное устройство для замещения костной ткани человека и животных (см. описание изобретения к патенту RU №2522248 С2 от 27.07.2012 г.).

Это изобретение принято в качестве прототипа.

Недостатком технического решения-прототипа является низкое значение прочности при циклическом нагружении.

Результаты испытаний костной ткани на прочность при циклическом нагружении свидетельствуют о том, что она способна выдержать 3 миллиона циклов при амплитуде напряжения 3,5 кг/мм². Композиционный материал протезного устройства для замещения костной ткани (эндопротез), принятый в качестве прототипа, имеет прочность при циклическом нагружении 1,8 миллионов циклов, что является недостаточным для эндопротеза тазобедренного сустава человека, особенно в молодом и среднем возрасте, и ограничивает применение указанного материала.

Задачей заявляемого изобретения является создание композиционного материала для замещения костной ткани, имеющего прочность при циклическом нагружении не менее или даже выше, чем у костной ткани человека. Для решения этой задачи был разработан композиционный материал для замещения костной ткани человека, содержащий пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,58…3,62 ангстрема при общем количестве волокна 20…80%, и материал-наполнитель, состоящий из кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,42…3,44 ангстрема в количестве 50…70% и аморфного углерода, полученного путем карбонизации бакелита, в виде кокса в количестве 10…20% от общего объема пор, отличающийся тем, что аморфный углерод содержит углеродные нанотрубки в количестве 0,05…1,0% от массы аморфного углерода.

При содержании углеродных нанотрубок в количестве, выходящем за заявленные пределы, прочность при циклическом нагружении композиционного материала меньше прочности при циклическом нагружении костной ткани человека.

Композиционный материал изготавливается следующим образом. Из углеродного волокна изготавливается пористый каркас изделия, близкий по форме к замещаемому участку кости. Затем каркас пропитывается необходимым количеством прекурсора аморфного углерода, например жидким бакелитом, в котором диспергировано заявленное количество углеродных нанотрубок, после чего пропитанный каркас подвергается операции сушки и полимеризации. Полученную углепластиковую заготовку подвергают карбонизации при температуре 1120 К в течение 3 часов, получая при этом аморфный углерод в виде кокса с углеродными нанотрубками, равномерно распределенному в порах каркаса из углеродных волокон. После этого производят заполнение части оставшихся пор требуемым количеством кристаллического углерода путем разложения метана при температурах 1173…1273 К. Окончательная доводка изделия производится механической обработкой.

Положительный эффект от использования изобретения состоит в повышении прочности при циклическом нагружении композиционного материала за счет армирования аморфного углерода углеродными нанотрубками. Изобретение поясняется следующими примерами.

Были изготовлены образцы из композиционного материала для замещения костной ткани с разным содержанием углеродных нанотрубок в аморфном углероде и проведены испытания по определению прочности при циклическом нагружении материала каждого образца.

Результаты испытаний представлены в таблице 1.

По результатам испытаний видно, что при содержании углеродных нанотрубок в количествах, находящихся в заявленных пределах, прочность при циклическом нагружении композиционного материала лежит в приемлемых для человека границах - примеры: 3, 4, 5, 6 (прочность при циклическом нагружении составляет 5,0…3,0 млн циклов), а при выходе за заявляемые пределы - примеры: 1, 2, 7, 8, 9 (прочность при циклическом нагружении составляет соответственно 1,8…2,8 млн циклов и 2,3…2,0 млн циклов), что существенно ниже требуемой для полноценной жизнедеятельности человека с протезным устройством из углеродного композиционного материала без ограничений двигательной активности в течение всего срока жизни.

Положительный эффект от использования изобретения состоит в повышении качества жизни человека с протезным устройством за счет повышения долговечности последнего при использовании углеродного композиционного материала для замещения костной ткани с прочностью при циклическом нагружении, равной или выше величины прочности при циклическом нагружении костной ткани человека и лежащей в пределах 3,0…5,0 миллионов циклов при амплитуде напряжения 3,5 кг/мм².

Композиционный материал для замещения костной ткани, содержащий пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,58…3,62 ангстрема при общем количестве волокна 20…80% и материал-наполнитель, состоящий из кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,42…3,44 ангстрема в количестве 50…70% и аморфного углерода в виде кокса в количестве 10…20% от общего объема пор, отличающийся тем, что аморфный углерод содержит углеродные нанотрубки в количестве 0,05…1,0% от массы аморфного углерода.

Изобретение относится к способам получения технического углерода, а также к способам регулирования одной или более характеристик частиц технического углерода. В способах объединяют разбавительную текучую среду с сырьевым для технического углерода материалом с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом.

Способ получения однослойных углеродных микро- и нанотрубок. // 2611509

Изобретение может быть использовано в электронной и химической промышленности, медицине и оптике. Сначала получают полиакрилонитрил гомополимеризацией нитрила акриловой кислоты или его сополимеризацией с винильными сомономерами с долей сомономеров не более 20% в сополимере.

Способ получения эндоэдральных наноструктур на основе каналирования имплантируемых ионов // 2607403

Изобретение относится к нанотехнологии. Способ получения эндоэдральных наноструктур включает внедрение ускоренных ионов, например ионов металла, в полиэдральные наноструктуры, например в молекулы фуллерена.

Волокно-предшественник для углеродных волокон, углеродное волокно и способ получения углеродного волокна // 2605973

Изобретение относится к волокну-предшественнику для углеродных волокон, к углеродному волокну и к способу его получения. Волокно-предшественник углеродного волокна содержит полимер общей формулы (1): где Ar1 представляет собой арильную группу, выраженную любой из структурных формул (1)-(5), и Ar2 представляет собой арильную группу, выраженную структурной формулой (6) или (7), за исключением комбинации, где Ar1 представляет собой группу, выраженную структурной формулой (3), и Ar2 представляет собой группу, выраженную структурной формулой (6), и комбинации, где Ar1 представляет собой группу, выраженную структурной формулой (1), и Ar2 представляет собой группу, выраженную структурной формулой (6): Техническим результатом является получение углеродного волокна с превосходной механической прочностью без неплавкой обработки.

Способ получения композита диоксид титана/углерод // 2602536

Изобретение может быть использовано в производстве эффективных электродных материалов в химических источниках тока, сорбентов. Для получения композита диоксид титана/углерод TiO2/C проводят термическое разложение титансодержащего прекурсора в инертной атмосфере.

Способ нанесения массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки // 2601335

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для изготовления автоэлектронных эмиттеров. Углеродные нанотрубки осаждают на металлические подложки в дуговом реакторе в рабочей атмосфере на основе инертного газа, содержащей водород 8-10 об.% и гелий - остальное.

Способ и устройство для рафинирования технического кремния // 2600055

Изобретение относится к технологии производства технического кремния в рудно-термических печах и его дальнейшего рафинирования. Способ рафинирования технического кремния осуществляют методом направленной кристаллизации, при этом расплав кремния охлаждают до 1420°С, погружают в него на 3-30 с металлические кристаллизаторы с начальной температурой примерно 150-200°С, выделяют на их поверхностях примеси металлов в виде интерметаллических соединений и твердых растворов с кремнием, после чего кристаллизаторы вместе с примесями удаляют из расплава и перемещают в перегретый флюс для стекания с них кремния, обогащенного примесями.

Модификатор для приготовления наноструктурированных композитных материалов и способ получения модификатора // 2598676

Изобретение может быть использовано при изготовлении катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов, красок, грунтовок, клеев, бетонов, целлюлозных материалов.

Способ получения углеродных наноструктур, модифицированных металлом, лигатура для композиционных материалов на основе алюминия или алюминиевого сплава и способ ее получения // 2593875

Изобретения могут быть использованы в химической и металлургической промышленности. Сначала исходные нанотрубки или нановолокна обрабатывают кислотой при 20-100°C, промывают и сушат.

Способ получения мезопористого углеродного материала // 2583026

Изобретение может быть использовано при изготовлении сорбентов, носителей катализаторов, материалов для электрических конденсаторов. Для получения мезопористого углеродного материала с высокой удельной поверхностью в качестве прекурсоров используют смеси индивидуальных органических соединений, одним из компонентов которых является фурфурол, а вторым - фенол или гидрохинон.

Способы лечения рака мочевого пузыря // 2621640

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к онкологии, и предназначена для лечения рака мочевого пузыря. Способ лечения рака мочевого пузыря без инвазии в мышечную оболочку у индивидуума включает введение индивидууму эффективного количества композиции, содержащей наночастицы, включающие паклитаксел и альбумин.

Способ получения наноструктурной проволоки из сплава титан-никель-тантал с эффектом памяти формы // 2621535

Изобретение относится к деформационнотермической обработке сплава TiNiTa с эффектом памяти формы и может быть использовано в медицине при изготовлении стентов. Способ получения наноструктурной проволоки из сплава титан-никель-тантал с эффектом памяти формы включает термомеханическую обработку заготовки, сочетающую интенсивную пластическую деформацию и дорекристаллизационный отжиг.

Электрохимический способ получения наноразмерных порошков интерметаллидов гольмия и никеля в галогенидных расплавах // 2621508

Изобретение относится к электрохимическому получению наноразмерных порошков интерметаллидов гольмия и никеля, которые могут быть использованы в качестве катализаторов в химической и нефтехимической промышленности, в водородной энергетике для обратимого сорбирования водорода, а также для создания магнитных материалов.

Полиолефиновый композит на основе эластомера, модифицированного углеродными нанотрубками для повышения электропроводности полимерматричных композитов // 2621335

Изобретение относится к области полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления полимерматричных композитов, требующих повышенных значений электропроводности.

Наноструктурированный композиционный материал на основе карбида бора и способ его получения // 2621241

Изобретение относится к области технической керамики, в частности к наноструктурированному композиционному материалу на основе реакционноспеченного карбида бора (В4С), имеющему высокие параметры прочности, твердости, модуля упругости и удельной жесткости в сочетании с низким значением плотности, предназначенному для создания легких керамических бронеэлементов в составе конструкций брони с высокой степенью защиты, а также для изготовления износостойких изделий.

Способ получения упрочненного нанокомпозиционного материала на основе магния // 2621198

Изобретение относится к получению упрочненного нанокомпозиционного материала, который может быть использован в авиастроении и в автомобильной промышленности. Готовят лигатуру в виде компактированных стержней из равномерно перемешанной смеси порошка магния и нанопорошка нитрида алюминия с диаметром частиц в диапазоне 30÷80 нм.

Строительный изоляционный материал // 2621112

Изобретение относится к строительному изоляционному материалу для применения в строительной конструкции. Строительный изоляционный материал включает пористый полимерный материал, который образован из термопластичной композиции, содержащей непрерывную фазу, которая включает матричный полимер, и, кроме того, где добавка микровключения и добавка нановключения диспергированы в непрерывной фазе в форме дискретных доменов, где в материале определяется поровая сеть, которая включает множество нанопор со средним размером поперечного сечения 800 нм или меньше, причем добавка микровключения является полимерной и добавка нановключения является полимерной.

Способ формирования цветного декоративного покрытия с помощью анодирования // 2620801

Изобретение относится к технологии получения декоративных покрытий при окраске металлических изделий в различные цвета и создания высокотехнологичных оптоэлектронных устройств с применением элементов, способных отражать или пропускать свет с определенной настраиваемой длиной волны.

Способ получения магнетита // 2620432

Изобретение может быть использовано для создания терморегулирующих покрытий. Способ получения магнетита включает осаждение гидроксида железа (II) из сульфата железа FeSO4 и окисление его нитрат-ионами до магнетита Fe3O4 при термостатировании.

Электропроводящие покрытия, содержащие частицы графенового углерода // 2620396

Изобретение относится к электропроводящим покрытиям, которые могут быть использованы в электротехнике, электронике и химической промышленности. Композиция электропроводящего покрытия содержит пленкообразующую смолу и 0,1-95 мас.% полученных термическим способом частиц графенового углерода в расчете на общее содержание твердых веществ в комбинации с другим типом графеновых частиц, например полученных из терморасширенного графита.

Композиционный углеродный наноматериал для замещения костных дефектов, способ его изготовления и имплантат из композиционного углеродного наноматериала // 2617052

Группа изобретений относится к медицине. Описан композиционный углеродный наноматериал для замещения костных дефектов, включающий пироуглеродную матрицу и волокнистую армирующую основу, выполненную в виде каркаса из стержней, содержащих углеродные волокна, ориентированные вдоль оси стержней, и содержащего вертикально установленные стержни и горизонтальные слои, каждый из которых образован параллельно ориентированными стержнями, а стержни каждого слоя ориентированы относительно стержней предыдущего и последующего слоя под углом 60°, при этом средний размер графитоподобных фрагментов в структуре материала менее 30 нм, Описан также способ получения материала, содержащего пироуглеродную матрицу и многонаправленный армирующий каркас из стержней, сформованных из углеродных волокон, расположенных вдоль оси стержней, при этом материал имплантата имеет модуль упругости не более 15 ГПа, открытая пористость материала не менее 5% об., а средний размер графитоподобных фрагментов в структуре материала не превышает 30 нм.