Аннотация
Введение. Рост числа вмешательств с применением имплантируемых изделий, контактирующих с кровью, высокие требования к качеству жизни пациента в послеоперационном периоде ставят перед инженерами задачу усовершенствования структуры и свойств материалов для изготовления этих изделий. Наилучшими свойствами для применения в кардиохирургии обладает пиролитический углерод, используемый уже более 40 лет для производства механических протезов клапанов сердца (ПКС). В России этот материал известен как углеситалл. Микроструктура пироуглеродных материалов содержит микро- и наноразмерные поры, то есть характеризуется пористостью. Цель исследования - выполнить оценку пористости микроструктуры пироуглеродных материалов, применяемых при изготовлении имплантируемых изделий.
Материал и методы. Для исследования использовали образцы из углеситалла УСБ, применяемого для изготовления российских протезов клапанов сердца, и изотропного пироуглерода марки ПГИ. Оценивали образцы I типа из кольцевых заготовок внешним диаметром 28 мм, толщиной 5 мм и высотой до 20 мм и образцы II типа в виде пластин толщиной 6 мм, высотой 25 мм и шириной 43 мм. Для оценки формы, размеров и плотности распределения пор применяли сканирующую и просвечивающую электронную микроскопию совместно с методом фокусированного ионного пучка - ФИП-томографии.
Результаты. После обработки изображений материалов образцов в исследованных сечениях получены характеристики пор, определены их средние значения, установлены показатели плотности и микротвердости материалов. Выполнена оценка изменений характеристик пор в направлении формирования (роста) углеситалла (УСБ) по сравнению с таковыми изотропного пироуглерода (ПГИ). Для верификации полученных данных проведена цифровая обработка изображений сечений образцов. Характеристики пор по толщине образца из пироуглерода ПГИ оставались практически неизменными в отношении роста материала. Поры отличались преимущественно малыми (субмикронными) размерами. Средний размер сечений пор в пироуглероде ПГИ составил около 110 нм. Средние размеры пор в углеситалле достигали 300 нм в образцах I типа и 220 нм в образцах II типа.
Заключение. Установлено, что изотропный пироуглерод ПГИ является менее пористым материалом, чем углеситалл УСБ. Характеристики пор в некоторых областях материала не характеризуют его в целом. Очевидно, микротвердость и пористость определяются теми же технологическими факторами: скоростью осаждения материала и плотностью упаковки структуры. У образцов углеситалла отмечены бульшие значения локальных перепадов микротвердости по сравнению с пористостью. Подтвержден обратный характер зависимости микротвердости от пористости углеситалла. Показано, что технология является именно тем фактором, управляя которым можно получать материалы с требуемой степенью однородности микроструктуры и свойств.
Литература
Волков Г. М., Захарова Е. Н., Калугин В. И. Влияние дисперсного углерода на формирование надмолекулярной структуры пиролитических углеродных отложений // Химия твердого топлива. 1972. № 4. С. 155-157.
Кукин В. Н., Боргардт Н. И., Агафонов А. В., Кузнецов В. О. Исследования структуры углеситалла методами просвечивающей электронной микроскопии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2005. Т. 71, № 11. С. 24-31.
Сидоренко Е. С. Эколого-физиологические механизмы адаптации организма при имплантации гемо- и биосовместимых материалов: дис. ... д-ра мед. наук. М., 2007. 368 c.
Татаринов В. Ф., Виргильев Ю. С., Евдокимов С. В. Углеситалл и его свойства // Перспективные материалы. 1999. № 4. С. 41-45.
Bokros J. C. Deposition, structure and properties of pyrolytic carbon // Chemistry and Physics of Carbon. N.Y.: Dekker. 1969. Vol. 5. P. 118.
Dobrova N. B., Agafonov A. V., Zavalishin N. N., Fadeev A. A. Evaluating the strength and deformation characteristics of pyrolitic carbon in developing an all-carbon model of the mechanical heart valve // J. Advanced Mater. 1995. Vol. 2, № 1. P. 61-65.
Dobrova N. B., Kozyrkin B. I., Kalugin V. I. et al. A carbon material for artificial heart valve // J. Advanced Mater. 1994. Vol. 1, № 1. P. 69-73.
Kaae J. L., Ely J. L., Haubold A. D., Schwartz A. S. Microstructural observations of pure pyrolytic carbons for heart valves. Twenty-Second Biennial Conference on carbon // J. Transaction. 1995. P. 742-743.
Oberlin A. Pyrocarbons // Carbon. 2002. Vol. 40, № 1. P. 7-24.
Sefton M. V., Gemmell C. H., Gorbet M. B. What really is blood compatibility? // J. Biomater. Sci. Polymer Edn. 2000. Vol. 11, № 11. P. 1165-1182.
