Закономерности изменения комплекса физико-механических, трибологических и биологических свойств биосовместимого материала на основе полиэфирэфиркетона от содержания гексагонального нитрида бора

Данная работа посвящена разработке биосовместимого полимер-композиционного материала на основе полиэфирэфиркетона (PEEK) с добавлением армирующей фазы – гексагонального нитрида бора (h-BN). Данный композит рассматривается как перспективный материал для применения в медицине, например, для изготовления компонентов эндопротеза тазобедренного сустава (ЭТБС) или пластин для фиксации переломов.

В работе рассмотрены свойства исходных компонентов разрабатываемого материала, изучены данные о биосовместимости материалов на основе PEEK и об их применении в медицине, в частности, в ортопедии. По экспериментальным данным изучено влияние различной концентрации h-BN на свойства композита. В ходе работы были исследованы морфология и размер частиц исходных материалов, а также поверхность полученных образцов после испытаний, получены и проанализированы зависимости деформационно-прочностных, трибологических и биологических характеристик от состава композита. Приведен краткий анализ полученных результатов, а также предложены перспективные направления применения разработанного материала в ортопедии.

1. Williams D.F., McNamara A., Turner R.M. Potential of polyetheretherketone (PEEK) and carbon-fi bre-reinforced PEEK in medical applications // Journal of Materials Science Letters. – 1987.

2. Skinner H.B. Composite technology for total hip arthroplasty // Clinical Orthopaedics and Related Research. – 1988. – №235.

3. Liao K. Performance characterization and modeling of a composite hip prosthesis // Experimental Techniques. – 1994. – V. 18. – №5.

4. Maharaj G.R., Jamison R.D. Intraoperative impact: Characterization and laboratory simulation on composite hip prostheses // ASTM Special Technical Publication. – 1993. – №1178.

5. Kelsey D.J., Springer G.S., Goodman S.B. Composite implant for bone replacement // Journal of Composite Materials. – 1997. – V. 31. – №16.

6. Corvelli A.A., Biermann P.J., Roberts J.C. Design, analysis, and fabrication of a composite segmental bone replacement implant // Journal of Advanced Materials. – 1997. – V. 28. – №3.

7. Green S., Schlegel J. A polyaryletherketone biomaterial for use in medical implant applications // Polymers for the Medical Industry, Proceedings of a Conference held in Brussels. – 2001.

8. Williams D. New horizons for thermoplastic polymers. // Medical device technology. – 2001. – V. 12. – №4.

9. Toth J.M., Wang M., Estes B.T., et al. Polyetheretherketone as a biomaterial for spinal applications // Biomaterials. – 2006.

10. Brantigan J.W., Neidre A., Toohey J.S. The Lumbar I/F Cage for posterior lumbar interbody fusion with the Variable Screw Placement System: 10-year results of a Food and Drug Administration clinical trial // Spine Journal. – 2004. – V. 4. – №6.

11. Akhavan S., Matthiesen M.M., Schulte L., et al. Clinical and histologic results related to a low-modulus composite total hip replacement stem // Journal of Bone and Joint Surgery  Series A. – 2006. – V. 88. – №6.

12. Wang A., Lin R., Stark C., et al. Suitability and limitations of carbon fi ber reinforced PEEK composites as bearing surfaces for total joint replacements // Wear. – 1999.

13. Yu S., Hariram K.P., Kumar R., et al. In vitro apatite formation and its growth kinetics on hydroxyapatite/ polyetheretherketone biocomposites // Biomaterials. – 2005. – V. 26. – №15.

14. Fan J.P., Tsui C.P., Tang C.Y., et al. Infl uence of interphase layer on the overall elasto-plastic behaviors of HA/PEEK biocomposite // Biomaterials. – 2004. – V. 25. – №23.

15. Kurtz S.M. An Overview of PEEK Biomaterials // PEEK Biomaterials Handbook. – 2012.

16. Tharajak J., Palathai T., Sombatsompop N. Tribological properties of fl ame sprayed hexagonal boron nitride/polyetheretherketone coatings // Advanced Materials Research. – 2012.

17. Tharajak J., Palathai T., Sombatsompop N. Scratch resistance and adhesion properties of PEEK coating fi lled with h-BN nanoparticles // Advanced Materials Research. – 2013.

18. ASTM International. ASTM G99-17, Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus // Annual Book of ASTM Standards. – 2017 .– V. 05. – №2016.

19. Panin S. V., Nguyen D.A., Kornienko L.A., et al. Comparison on effi ciency of solid-lubricant fi llers for polyetheretherketone-based composites // AIP Conference Proceedings. – 2018.

20. Puértolas J.A., Castro M., Morris J.A., et al. Tribological and mechanical properties of graphene nanoplatelet/PEEK composites // Carbon. – 2019.

21. Смирнов Б.И., Буренков Ю.А., Кардашев Б.К., D. Singh, K.C. Goretta, A.R. Arellano-Lopez. Упругость и неупругость волоконных монолитов нитрид кремния/нитрид вора. Физика твердого тела, 2001, том 43, вып. 11. С. 2010-2014.