Использование керамических материалов в медицине

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Томский Политехнический Университет

Кафедра: Технология силикатов и наноматериалов

Использование керамических материалов в медицине

Выполнила: ст.гр.5а75

Адыкаева А.В.

Проверила: Митина Н.А.

Томск 2009

Введение

Керамика (др.греч.. кЭсбмпт -- глина) -- изделия из неорганических, неметаллических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготовляемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением. [1]

В узком смысле слово керамика обозначает глину, прошедшую обжиг. Однако современное использование этого термина расширяет его значение до включения всех неорганических неметаллических материалов. Керамические материалы могут иметь прозрачную или частично прозрачную структуру, могут происходить из стекла (см. ситаллы). Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. В настоящее время керамика применяется как индустриальный материал (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность и др.), как строительный материал, художественный, как материал широко используемый в медицине, науке. В XX столетии новые керамические материалы были созданы для использования в полупроводниковой индустрии и др. областях.

Следует констатировать, что в настоящее время еще не сформирована единая научная теория керамики, хотя и достигнут очевидный прогресс в понимании физико-химических явлений в твердом теле, реологии порошковых сред, теории спекания, механизме усталостного разрушения.

Однако этого недостаточно для широкого внедрения технологии новой керамики и потребуется еще много усилий и времени, чтобы реализовать преимущества этих материалов и достичь требуемого уровня свойств. Тем не менее, сочетание научных достижений и потребительских стимулов, а также тенденций в разработке новой техники привело к созданию множества керамик со специальными свойствами и позволило определить основные направления дальнейших исследований.

Лидирующее положение в данной области занимают Соединенные Штаты Америки и Япония, прогноз специалистов которых позволил расположить керамические материалы по возрастанию приоритетов в следующий ряд: керамика, конструкционная или инженерная (включая инструментальную и пористую), электронная керамика (включая оптические материалы).

Использование керамических протезов и имплантатов в медицине - одно из новых направлений, получивших заметное развитие в последнее десятилетие благодаря достижениям в области конструкционной керамики, производства высокочистых порошков, процессов их формования и обработки керамических изделий. Наибольшие успехи здесь достигнуты в США, ФРГ и Японии.

Глава 1. Керамика. Применение керамических материалов в медицине

1.1 Керамика в прошлом, настоящем и будущем

Трудно назвать область научной, инженерной и художественной деятельности, которая пользовалась бы таким вниманием, как создание керамики. Существует Mеждународная академия керамики, национальные керамические общества, старейшему из которых свыше 100 лет, проводятся всемирные конгрессы по керамике, созданы музеи художественной керамики, издаются многочисленные научные и профессиональные журналы. Наконец, в 1987 году Г. Беднорцу и А. Мюллеру была присуждена Нобелевская премия за создание керамических сверхпроводников.

Когда несколько лет назад средства массовой информации распространили прогноз о скором наступлении керамической эры, которая в истории человеческой цивилизации займет место, сопоставимое с каменным или бронзовым веком, все понимали гиперболичность такого сравнения. Но оно свидетельствовало о несомненном интересе к керамическим материалам и необходимости удовлетворить этот интерес, тем более что традиционный образ керамики, сложившийся в сознании каждого из нас, существенно отличается от того образа, который принято называть материалом будущего. Одним из таких материалов, несомненно, является нитрид кремния, высокотемпературная прочность, химическая стойкость и легкость которого позволили создать двигатель внутреннего сгорания с рекордно высокой (1400?С) температурой рабочей камеры, что дало возможность повысить в 1,5 раза КПД двигателя, существенно снизить расход топлива и уменьшить загрязнение окружающей среды благодаря его более полному сгоранию.

Экскурс в историю керамики

Исторически под керамикой понимали изделия и материалы, получаемые спеканием глин и их смесей с минеральными добавками. Пластичность глин использовалась человеком еще на заре его существования, и едва ли не первыми изделиями из глины стали скульптуры людей и животных, дошедшие до нас из эпохи палеолита. К позднему палеолиту некоторые исследователи относят и первые попытки обжига глины. Однако обжиг глиняных изделий с целью придания им твердости, водо- и огнестойкости стал применяться широко только в неолите.

В музее Иерусалима хранится знаменитая керамическая маска (рис. 1), созданная примерно 8500 лет тому назад и найденная в древнем Иерихоне, неподалеку от берега Мертвого моря. Радиографический анализ показал исключительную сложность технологии изготовления этой маски. Глинобитные жилища, обожженные снаружи кострами, - первый пример применения керамики в качестве строительного материала (IV-III в. до н.э.). Терракотовые архитектурные детали, черепица, водопроводные трубы изготовляли как в Древней Греции, так и в Древнем Риме, где в особенности развилось производство кирпича, из которого сооружали сложные конструкции (например, своды перекрытий, пролеты мостов, акведуки). Само слово "керамика" пришло к нам из древнегреческого языка (керамос - обожженная глина, керамике - гончарное искусство).

Трудно установить дату, когда на промышленную арену вышла керамика, которую теперь называют высокотехнологичной. Вероятно, первой разновидностью такой керамики был карбид кремния, производство которого одна из американских фирм начала почти 100 лет назад. Уже в то время термин "керамика" приобрел более широкое значение: помимо традиционных материалов, изготовляемых из глин, к ней стали относить материалы, получаемые из чистых, простых и сложных оксидов, карбидов, нитридов и т.д.

После второй мировой войны одним из главных направлений развития высокотехнологичной керамики стало создание микрокомпьютеров и важнейших элементов электронной техники, включая конденсаторы, подложки интегральных схем, термисторы и варисторы. Керамическая промышленность, которая традиционно производила стекло, посуду, строительные и огнеупорные материалы, стала выпускать материалы для самых современных и перспективных отраслей техники. Понятие "керамика" в последнее время трансформировалось. Сейчас под керамикой понимают любые поликристаллические материалы, получаемые спеканием неметаллических порошков природного или искусственного происхождения. Это определение исключает из числа керамических материалов стекла, хотя нередко и их рассматривают как разновидность керамики.

Современные виды керамики иногда делят на две группы: конструкционную и функциональную. Под конструкционной понимают керамику, используемую для создания механически стойких конструкций, а под функциональной - керамику со специфическими электрическими, магнитными, оптическими и термическими функциями.

1.2 Керамика как альтернативный материал

В мире современных материалов керамике принадлежит заметная роль, обусловленная широким диапазоном ее разнообразных физических и химических свойств. Керамика не окисляется и устойчива в более высокотемпературной области, чем металлы, например температура плавления карбида гафния (3930?С) на 250? выше, чем у вольфрама. У распространенных керамических материалов (оксидов алюминия, магния, тория) термическая устойчивость намного превышает устойчивость большинства сталей и сплавов. Модуль упругости керамических волокон на порядок выше, чем у металлов.

В семействе керамик легко можно найти материалы как с большими, так и малыми (даже отрицательными) значениями коэффициента термического расширения. Также широк спектр материалов, среди которых есть и диэлектрики, и полупроводники, и проводники (сравнимые по проводимости с металлами), и сверхпроводники. Важнейшими компонентами современной конструкционной керамики являются оксиды алюминия, циркония, кремния, бериллия, титана, магния, нитриды кремния, бора, алюминия, карбиды кремния и бора, их твердые растворы и разнообразные композиты.

Перспективность керамики обусловлена многими факторами, среди которых наиболее важны следующие.

1. Керамика отличается исключительным многообразием свойств (многофункциональностью) по сравнению с другими типами материалов (металлами и полимерами). Среди видов керамики всегда можно найти такие, которые с успехом заменяют металлы и полимеры, тогда как обратное возможно далеко не во всех случаях.

2. Важным достоинством керамики является высокая доступность сырья, в том числе для получения бескислородной керамики типа карбидов и нитридов кремния, циркония или алюминия, заменяющих дефицитные металлы.

3. Технология получения конструкционной керамики, как правило, менее энергоемка, чем производство альтернативных металлических материалов. Например, затраты энергии на производство технической бескислородной керамики типа нитрида кремния значительно ниже, чем в производстве важнейших металлических конструкционных материалов.

4. Производство керамики, как правило, не загрязняет окружающую среду в такой мере, как металлургия, а сами керамические материалы позволяют принимать экологически оправданные технологические и технические решения. Примером может служить получение водорода высокотемпературным электролизом воды в электролизерах с керамическими электродами и электролитами.

5. Получение керамики обычно более безопасно, чем производство альтернативных металлических материалов (благодаря отсутствию процессов электролиза, пирометаллургии, воздействия агрессивных сред), а керамика со специальными электрическими свойствами позволяет создать высокоэффективные противопожарные системы и системы предупреждения взрывов (электрохимические детекторы, или сенсоры).

6. Керамические материалы по сравнению с металлами обладают более высокими коррозионной стойкостью и устойчивостью к радиационным воздействиям, что обусловливает долговечность керамических конструкций в агрессивных средах. В этой связи следует упомянуть, что попытка замены магнитной керамики в качестве элементов памяти ЭВМ на полупроводниковые интегральные элементы не удалась в космических аппаратах, так как оказалось, что полупроводниковые элементы под действием радиации перестают нормально функционировать.

7. Керамические материалы обладают большей биологической совместимостью, чем металлы и полимеры, и это позволяет использовать их в медицине как для имплантации искусственных органов, так и в качестве конструкционных материалов в биотехнологии и генной инженерии.

8. Использование керамики открывает возможность для создания разнообразных по свойствам материалов в пределах одной и той же химической композиции. Любое, даже самое малое керамическое изделие состоит из огромного числа кристаллитов (рис. 2), размер, форма и относительное расположение которых определяют их свойства. Отсюда возникает перспектива дальнейшей микроминиатюризации приборов с использованием керамических элементов.

Интерес к конструкционной и функциональной керамике в последние годы настолько возрос, что можно говорить о своеобразном керамическом ренессансе как важнейшей тенденции современного материаловедения. Причины этого возрождения обусловлены многими обстоятельствами, и прежде всего возможностью создания новых материалов с необходимыми свойствами.

По своей микроструктуре керамика делится на:

ГРУБУЮ (от5 до зо% пор)

ВЫСОКОПОРИСТУЮ (более 30% пор

ТОНКУЮ (менее 5% пор)

Грубая керамика - строительные материалы, огнеупоры.

Высокопористая - теплоизоляционные материалы.

Тонкая керамика -художественная (фарфор,фаянс),функциональная

(пьезо-, сегнето-, магнитная, термоэлектрическая сверхпроводящая,

изоляционная, оптическая и С Т О М А Т О Л О Г И Ч Е С К А Я !

1.3 Свойства керамики

Физическими свойствами кристаллитов, определяются:

размером и формой (анизотропией),

кристаллитов,

природой связи между кристаллитами,

присутствием пор, жидких фаз и

пр.

Преимущество керамики:

относительно простые и экономически выгодные технологии спекания

порошков

уникальные свойства керамики и керамических композитных

материалов.

1.4 Требования к материалам медицинской практики

Материал, который будет используется в медицинской практике должен обладать поистине уникальным набором свойств, к которым относятся:

- биологическая инертность: отсутствие токсичности, аллергенности, травмирующего и раздражающего действия на окружающие ткани;

- механическая прочность, рассчитанная на длительный срок работы в организме, устойчивость к износу;

- гемосовместимость: материал не должен вызывать повреждения элементов крови и образования тромбов;

- устойчивость к агентам внутренней среды организма, к воздействию биологических жидкостей;

- устойчивость к высокотемпературной стерилизации.

Глава 2. Корундовая керамика в медицине

2.1 Корундовая керамика

В последние годы внимание ученых и технологов многих стран привлечено к керамике - твердому материалу неорганической природы. Этот материал нашел такое широкое применение во многих областях науки и техники, что стали говорить о технологической революции, о том, что конец XX века стал эрой керамики. Высокая механическая прочность, сохраняющаяся даже при экстремальных температурах, большая коррозийная устойчивость, высокие электроизоляционные свойства обусловливают всевозрастающее применение керамики в различных областях техники и производства. Керамические материалы применяются для изготовления деталей и изделий, предназначенных для работы в любых агрессивных средах (кислотах, щелочах, расплавленных металлах), для создания двигателей и турбин, где они пришли на смену быстроизнашивающимся металлам. Керамика применяется даже для создания защитного слоя космических кораблей.

Среди большого разнообразия технических керамик особенно выделяется по механической прочности и химической стойкости корундовая керамика, основу которой составляет окись алюминия. Окись алюминия существует в виде нескольких кристаллических модификаций, из которых самой устойчивой является модификация, называемая корундом. Отсюда и название керамического материала. По своей структуре керамика представляет поликристаллический материал, ее также называют поликристаллическим сапфиром или рубином. Уникальные физические и химические свойства корундовых материалов определяются характером химической связи в молекуле Al2O5 и ее кристаллическим строением. Корундовая керамика обладает высокой стойкостью ко всем видам механических нагрузок. Так, предел прочности корундовой керамики при изгибе достигает 3000 кг/см2, а при сжатии - более 10000 кг/см2. В отличие от пластмасс и металлов она не деформируется при ударе, нагреве, высоком давлении. Такая высокая прочность керамики объясняется большой энергией кристаллической решетки (3681 ккал/моль), которая определяет прочность связей в кристалле.

Большое практическое значение имеет устойчивость корундовой керамики к износу при трении. Многие советские и зарубежные исследователи пришли к выводу, что при взаимодействии деталей из керамики износ практически отсутствует или крайне незначителен. Трение и износ керамических материалов гораздо меньше в растворе, чем в сухой среде. Коэффициент трения у пары керамика-керамика, помещенной в раствор, много меньше, чем у металлов, находящихся в аналогичных условиях.

В молекуле алюминий находится в максимально окисленном состоянии - каждый анион алюминия окружен шестью противоположно заряженными анионами кислорода. Подобные химические связи очень прочны, поэтому корундовые материалы устойчивы ко многим агрессивным факторам. Результаты испытаний корундовой керамики на растворимость в тканевой жидкости показали, что по коррозийной стойкости она не уступает золоту и платине.

Учитывая такое удачное сочетание физических и химических свойств корундовых материалов, в середине 70-х годов во многих странах мира стали проводить исследования, оценивающие возможность применения керамики в медицине. Приоритет применения корундовой керамики в медицине принадлежит ФРГ и США. Первыми в нашей стране эти материалы исследовали и применили в клинической практике работники Тбилисского медицинского института, врачи-травматологи О. Гудушаури, О. Омиадзе, Г. Думбадзе. В своих исследованиях они, в частности, показали, что корундовая керамика безвредна для организма теплокровных животных независимо от ее агрегатного состояния (порошок, гранулы, пластины) и способа введения в организм. Она не обладает местнораздражающим и общерезорбтивным действием как при непосредственном воздействии на организм, так и в отдаленные сроки после введения. Даже в тех случаях, когда биокерамические материалы подвергаются химической или биологической деградации, концентрация продуктов деградации в окружающих тканях настолько мала, что они легко контролируются регуляторными системами организма. Весьма существенно и то, что продукты деградации и износа корундовой керамики абсолютно нетоксичны.

Для сравнения следует отметить, что продукты износа политетрафторэтилена (тефлона), одного из самых биоинертных полимеров, вызывают резко выраженные воспалительные изменения в окружающих тканях.

Ученые многих стран пришли к выводу - корундовые материалы обладают биосовместимостью и вызывают минимальные изменения в окружающих тканях.

2.2 Сферы применения корундовой керамики

Высокая механическая прочность, биоинертность, отсутствие токсического влияния керамических материалов на организм, а также возможность изготавливать образцы эндопротезов любой величины и формы позволили широко использовать корундовую керамику в клинической практике. Наиболее широкое применение в медицине корундовые материалы нашли при замещении костей и суставов. В настоящее время керамические эндопротезы применяются практически во всех областях хирургической ортопедии: для пластики тазобедренного и других крупных суставов, протезирования крыши вертлужной впадины, замещения костей кисти, замещения части и целых длинных трубчатых костей, для внутрикостного соединения костей.

Применение корундовой керамики в травматологии и ортопедии позволило в более короткие сроки восстанавливать целостность кости при самых тяжелых ее дефектах. С успехом в травматологии применяется корундовый материал монокристаллического строения (монокристаллический корунд, он же лейкосапфир), из него изготовляют внутрикостные штифты, которые не требуют дальнейшего удаления. В последние годы корундовая керамика успешно используется при оперативных вмешательствах на позвоночнике: для эндопротезирования межпозвонковых дисков и замещения дефектов позвонков.

Корундовая керамика применяется для пластики костей черепа, орбиты, придаточных пазух и костей носа. В отоларингологии керамика применяется при слухоулучшающих операциях для протезирования слуховых косточек, а также для операций при хронических и экссудативных заболеваниях среднего уха.

В стоматологии корундовая керамика моно- и поликристаллического строения широко используется для пластики верхней и нижней челюстей и имплантации зубов.

Казалось бы, применение такого материала в офтальмологии невозможно, однако ученые-исследователи Тбилисского мединститута разработали погружные имплантаты из корундовой керамики для формирования подвижной культи после удаления глаза. Ф. Полак и Г. Хеймк (ФРГ) разработали протез роговицы, выполненный из корундовой керамики поликристаллического и монокристаллического строения, который своим основанием имплантируется глубоко в мягкие ткани глаза. Этот протез с успехом прошел клинические испытания.

Учитывая уникальные свойства корундовых материалов, а также успешный опыт их широкого клинического применения в различных областях медицины, исследователи посчитали весьма перспективным использование корундовых материалов для создания искусственных клапанов сердца. Поэтому в начале 80-х годов появились первые сообщения о попытках создания искусственных клапанов сердца из корундовых материалов. Английские ученые Г. Джентл и П. Сволс в 1980 году впервые сообщили о создании искусственного клапана сердца из корундовой керамики, который они создавали и исследовали в течение 7 лет. По мнению авторов, этот клапан обладает высокой устойчивостью к износу, что позволило назвать его «вечным». Кроме того, ученые предполагали, что этот клапан не будет вызывать выраженных тромбоэмболических осложнений. В дальнейшем такой двустворчатый клапан из пористой и непористой корундовой керамики исследовали в живом организме. Эксперименты по имплантации клапанов проводили на свиньях. Результаты операций на животных показали хорошую гемодинамическую функцию протеза, отсутствие выраженного повреждения форменных элементов крови и минимальную тромбогенность.

По данным зарубежной литературы, вопросами применения корундовой керамики в сердечно-сосудистой хирургии в настоящее время занимаются во многих странах. Однако, судя по публикациям, они еще не вышли за рамки экспериментов. Вместе с тем, для широкого применения корундокерамических материалов в практике сердечно-сосудистой хирургии необходимо выяснить, в какой мере корундовые материалы моно- и поликристаллического строения соответствуют комплексу всех требований, предъявляемых к материалам для изготовления искусственных клапанов сердца. Достаточно полной оценки корундовой керамики с точки зрения возможности ее использования как имплантационного материала в сердечной хирургии проведено не было. Интересные факты приводят японские ученые. В частности, Кавахара в своих исследованиях показал, что при введении корундовой керамики в организм на ее поверхности образуется особый мономолекулярный слой воды, препятствующий каким-либо взаимодействиям керамики с клетками и жидкостями организма. Более того, в первые часы после введения керамики в организм клетки теряют способность к адгезии (прилипанию) на ее поверхности. Полностью механизмы взаимодействия корундовых материалов с кровью и другими тканями организма еще не раскрыты, и здесь открывается широкое поле деятельности для исследователей-экспериментаторов.

Глава 3. Стоматологическая керамика

Стоматологическая керамика это материал идеальной нейтральности и биосовместимости с тканями полости рта. Это материал, который наиболее соответствует эмали зубов, как по косметическим так и по физическим свойствам.

Проследить историю стоматологической керамики сложно. Единственная трёхтомная стоматологическая энциклопедия на русском языке изданная в1923 году под редакцией А.Я.Каца, говорит о применении фарфоровых зубов, для съёмных протезов. В 30-х годах появились первые печки для обжига фирмы «Vita», а в 50-х появилась первая русская (тогда ещё Советская) фарфоровая масса ФИЛ-1 разработанная С.А. Шмерцлером под руководством кандидата наук Юровской, (Москва).

3.1 Цельнокерамические конструкции

Чистая керамика ранее не использовалась по причине технических трудностей, как со стороны зубного техника, так и со стороны врача. Хрупкость, склонность к трещинам, высокий уровень образивности и практическая невозможность ремонта в полости рта, не создавало условий для широкого применения. В настоящее время эта тенденция меняется. Полностью фарфоровые коронки, спечённые на платиновой фольге, много лет считались наиболее эстетическим восстановлением, одним из препятствий к «народному» распространению которых были оттискные материалы и фиксационные цементы.

Фарфоровые массы и печи того времени также не отличались высокими «боевыми» качествами. Это были «смеси» приготовленные по принципу изготовления фарфоровых зубов для съёмных протезов. Изготовление полностью фарфоровых коронок после 60-х годов практически прекратилось и начало восстанавливаться только через двадцать лет . Металлокерамические конструкции показали свою полную состоятельность как полноправный элемент в ортопедическом восстановлении полости рта.

Современные металлические сплавы позволяют идеально выполнить каркас и облицевать его фарфором. Химическое соединение между металлом и фарфором позволяет создать почти идеальную (в большинстве случаев) работу в эстетическом аспекте. После наложения непрозрачного (опакового) слоя следуют прозрачные и полупрозрачные (транспорентные) слои, затем идёт общий обжиг, обработка и глазурирование, воспроизведя при этом эстетику живого зуба.

С 1990 годов начинается «эпоха возрождения» цельнофарфоровых работ на основе более новых и точных технологий, как фарфора так и не менее важных фиксационных цементов. Неприязнь к эстетике золотых и металлических конструкций при повышении «чувствительности» населения к естественности ортопедических восстановлений, требует надёжных и эффективных альтернатив.

Керамические материалы, бесспорно, отвечают этим требованиям.

Цельнокерамические протезы на протяжении последних десяти лет резко улучшили как технологии, материалы так и точность, которая с нашей точки зрения является, чуть ли не главной причиной керамического «ренессанса».

Ведь к успеху протезирования цельнокерамическими конструкциями, ведёт высокая точность внутренней и внешней поверхности керамики (примерно в диапазоне 45микрон и меньше). Цемент ведь не только уплотняет внутреннею поверхность, но и переносит внешнюю нагрузку через керамику, на расположенный под ней зуб безконцентрации напряжения на внутренней поверхности.

Внезапное разрушение конструкции происходит, чаще всего из-за

Внутриповерхностной конценрации нагрузки.. Исходя из этого ясно, что изменение исходных керамических материалов не могло привести к вышеописанному «ренессансу» без существенного изменения фиксационных цементов.

Следующая цель-уменьшение твёрдости керамики в её поверхностном слое и её Абразивнрго воздействия на естественные зубы. Керамика более мягкая - желательна. Разработки высокофтористого стекла (начатые ещё Дикором 1980) могут дать впечатляющие результаты, хотя клинические испытания полностью не закончены.(См.Приложение Рис.1)

3.2 Спеченные стеклокристаллы

Вакуумное спечение стеклокристалов на платиновой фольге или на площади из рефракторных материалов дают удивительные результаты. При настоящей технологии использования рефракторных масс, состоящих из фосфатных соединений выдерживающих высокие температуры, позволяют производить очень точные конструкции, при относительно небольшой затрате времени, без использования платиновой фольги, что в свою очередь резко удешевляет сам процесс.

Эта технология была впервые использована для производства так называемых ВИНИРОВ- ЛАМИНЕЙТОВ (облицовок), что сразу установило ВЫСОКИЕ ЭСТЕТИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ, которые сохранили своё влияние до сегодняшнего дня. Преднося различные химические элементы, в основном нерастворимые оксиды в стеклокристалы, производители добились так называемого ОПАЛОВОГО (опалисцентного) эффекта, который в свою очередь при спекании рассеивает свет, повторяя внешний вид естественного зуба.

3.3 Литая керамика

В 1980-х годах Адер и Гроссман предложили систему литой керамики Dicor (Дикор) фирмы Caulk/Dentsply. Это была технология, использовавшаяся фирмой «Кернинг», для производства термостойкой посуды, с низким коофициентом расширения. Отливка производилась с помощью центрифуги в рефракторные формы. В отличие от обожженного фарфорокерамического порошка, стеклокристаллический материал не имеет пор, что выгодно отличает его, хорошо полируется, делая совмещение с зубом более естественным.

В связи со сложностью технологии и большими экономическими затратами в начале, а так же невозможностью изготовления цельных мостовидных протезов, метод не получил расспостранения.

3.4 Прессованная керамика

Одна из разновидностей литой, стеклокристаллической керамики выпускается под маркой IFS EMPRESS (ivoclar). Способ изготовления напоминает изготовление съёмных протезов из акрила. Восковая заготовка пакуется в ретракторно - фосфатную форму и после выплавления воска, пустота заполняется вязко-текучим стеклокристаллическим материалом (выпускаемым в виде толстых таблеток, соответствующих цветов) в вакууме, под большим давлением и высокой температурой. Высокая температура плавления стеклокерамики позволяет делать повторный обжиг без нарушения конфигурации и объёмных размеров, т.е. деформации в целом.

Прочность такой стеклокерамики уступает только протезам выполненных по технологии IN-CERAM.

Одной из разновидностей прессованной керамики, является система CERPRESS - SL. Это низкотемпературная керамика, с усиленной структурой люцитов и предназначена в основном для изготовления одиночных коронок с высокой степенью опалисцентности, что в свою очередь является уникальностью в послойном построении, наличия оттенков в заготовках для прессования, также, как и специальных порошков Sensation SL

Выпускается в различных оттенках:8 «голливудских», 16 - шкалы Вита, и в трёх уровнях прозрачности (от 28% до85% мутности).Это, пожалуй, единственная система, обладающая возможностями послойного построения, а также позволяет имитировать ткани зуба при любом освещении.( Смю Приложение Рис.2 )

3.5 Цементирование как процесс и его усовершенствование

Цементы создавались, как правило, на основе фосфорных и метафосфорных кислот, а позднее с различными добавками с целью увеличения сопротивления на СДВИГ. Как было сказано выше, с 1955 года после регистрации патента на травление зубных тканей фосфорной кислотой произошла «бескровная» революция. Вместо цементирования стал применяться процесс приклеивания. Это не могло случиться до появления высокопрочных полимерных цементов и органокерамических праймеров (силан). Химико-механическая связь высоко модульного полимерного цемента, как с протравленным фарфором, так и с протравленным зубом, позволяет перенести напряжение на естественный зуб без концентрации этого напряжения на внутренней поверхности конструкции.

Исследования, проведенные в ряде университетов показали очень высокие показатели при испытаниях на сдвиг и на разрыв. При использовании этих технологий проявляется значительное сопротивление поломкам полностью керамических конструкций

3.6 Диоксидциркониевая керамика

Цирконий в свободном состоянии представляет собой блестящий металл. Не содержащий примесей цирконий пластичен и легко поддаeтся горячей и холодной обработке. Одно из наиболее ценных свойств циркония - его высокая стойкость против коррозии в различных средах. Циркомний в виде двуокиси впервые был выделен в 1789 г. немецким химиком М. Г. Клапротом в результате анализа минерала циркона.В настоящее время в сфере ортопедической стоматологии наблюдается тенденция к использованию неметаллических реставрационных материалов. На сегодняшний день основной выбор, благодаря эстетическому аспекту и биологической совместимости, производится в пользу цельно керамических зубных протезов, изготовленных, например, из диоксида циркония (ZrO2). Благодаря своим характеристикам, диоксид циркония располагает возможностью замены металлов, используемых для каркасных конструкций. Биологическая совместимость диоксида циркония подтверждается уже более 30 лет его успешным применением в медицине в качестве, например, материала коленных и бедренных суставов. Высокая функциональная устойчивость и стойкость к коррозии, а также безупречные эстетические и механические характеристики, составляют основные неоспоримые преимущества материала. Диоксид циркония не вызывает раздражения для тканей и не вызывает аллергических реакций. Кроме того, он не участвует в гальванических процессах и пропускает рентгеновские лучи. В противовес изделиям на базе металлического каркаса, использование диоксида циркония почти полностью исключает проблему чувствительности к температуре вследствие термической изоляции и низкой теплопроводности, которые свойственны цельно керамическим элементам. Диоксид циркония способен выдерживать нагрузки, которые значительно превышают любые из нагрузок, возникающих в полости рта. Этот, структурный керамический материал идеально подходит для мостовых каркасных соединений в зоне жевательных зубов. ( См.Приложение Рис.3)

Глава 4. Турманиевая керамика в медицине

Одним из современных видов керамики является турманиевая керамика. Она нашла широкое применение в медицине.

На самом деле турманиевая керамика абсолютно уникальна. Она соединяет в себе 4 уникальных природных материала - драгоценный камень турмалин, активный полуметалл германий, первозданную вулканическую породу и редкий корейский минерал Элван.

Рассмотрим каждый компонент подробней.

Турмалин - прозрачный драгоценный камень, издавна известный и распространенный во всем мире. Его название произошло от сингальского слова "турмали", в переводе означающего "камень, притягивающий пепел", что связано с его свойством электризоваться при нагревании.

Для кристаллов турмалина характерно проявление пиро- и пьезоэлектричества (т.е. они электролизуются при нагревании, трении, давлении, причем один конец кристалла заряжается положительно, другой - отрицательно). Крупные кристаллы турмалина применяют в радиотехнике.

Также турмалин обладает полезными свойствами, которые применяются в микроэлектронике и медицинских приборах. В природе встречается турмалин зеленого и малинового цвета, реже желтого и синего. Турмалин - один из шестидесяти минералов, обладающих свойствами драгоценных камней.

Бывают полихромные виды турмалина - в них присутствует одновременно несколько цветов. Например: арбузный турмалин - сердцевина розовая, а внешняя оболочка зеленая. По виду камень похож на спелый арбуз.

В восточных странах этот камень использовали как украшение. Примерно в 1750 году этот камень узнали и в Европе и сразу же стал очень модным новшеством. В Европе его стали использовать для украшений и в качестве материала для изготовления церковной утвари, для придания регалиям большей загадочности и божественности. Красные и розовые виды турмалина по внешнему виду можно перепутать с рубином.

Самый крупный рубин, инкрустированный в корону династии чешских королей при экспертизе, оказался красным турмалином. А также знаменитая Виноградная гроздь, которую шведский король подарил Екатерине второй, так же оказалось выполненной из красного турмалина.

Лучшим представителем турмалина считается - «Зеленый Гигант» (Jolly Green Giant), который хранится в государственном Музее Естественной Истории в Нью-Йорке.

В восточной медицине турмалин активно используется для применения в медицине и считается, что этот камень обладает следующими лечебное свойствами: улучшает память, снимает головокружения, очищает сосуды, заряжает плазму.

Также доказано, что турмалин может накапливать особый электрический заряд. Для того, чтобы его зарядить - нужно немного подержать турмалин на солнце. В проточной воде можно снять лишний заряд с камня.

Также турмалин активно используется в научной деятельности, с основном благодаря своим пьезоэлектрическим свойствам.

На сегодняшний день разработана технология искусственного получения турмалинов. Технология довольно дорогая и основана на дозированном бомбардировании атомов кремниевой заготовки заряженными ионами Бора, Натрия, Калия и Алюминия, при высоком давлении и температуре.

Турмалин успешно используется в различных изделиях медицинского и профилактического действия как пьезоэлектрик и активно участвует в процессе ионизации воздуха.

Германий (лат. Germanium), Ge, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; порядковый номер 32, атомная масса 72,59; твердое вещество серо-белого цвета с металлическим блеском.

Германий кристаллизуется в кубической структуре типа алмаза, и он является лучшим и самым первым известным науке полупроводником.

Вот выдержка из научной энциклопедии:

Германий - один из наиболее ценных материалов в современной полупроводниковой технике. Он используется для изготовления диодов, триодов, кристаллических детекторов и силовых выпрямителей. Монокристаллический Германий применяется также в дозиметрических приборах и приборах, измеряющих напряженность постоянных и переменных магнитных полей. Важной областью применения Германия является инфракрасная техника, в частности производство детекторов инфракрасного излучения, работающих в области 8-14 мкм. Перспективны для практическое использования многие сплавы, в состав которых входят Германий, стекла на основе GeO2 и другие соединения Германия.

Помимо уникальных химических свойств и применения в электронной промышленности, о германии стало известно следующее:

До неоторых пор германий не привлекал к себе внимания, пока японский исследователь Кузихико Ашаи (Kuzihiko Ashai) ни обнаружил, что германий в значительных количествах находится в лекарственных растениях: чесноке, женьшене, алоэ Вера, окопнике лекарственном, хлорелле, ячмене, крессе водяном. После того как удалось синтезировать стабильное органическое соединение германия, Ашаи провел соответствующие лабораторные испытания, в ходе которых открылись многообещающие лекарственные свойства германия. Например, Ашаи вылечил свой застарелый артрит.

Другие исследователи, пойдя по стопам Ашаи, обнаружили иммуностимулирующие, противораковые и противовирусные свойства. Так же германий оказался мощным блокатором свободных радикалов в организме, антигипоксантом и способствует утилизации кислорода. Регулирует все клапанные системы пищеварения, перистальтики и венозной системы. При дефиците германия происходит нарушение работы желудочно-кишечного тракта, обмена жиров, развитие атеросклероза.

Одним из первых исследователей биологических свойств германия был биохимик Stephen A.Levin, который установил, что ключ ко многим полезным свойствам германия лежит в его способности увеличивать снабжение кислородом живых тканей. Поэтому германий был назван еще «витамин О» ( Vitamin Oxigen ). Соответственно, снабжение мозга кислородом увеличивает умственные способности. Хотя мозг по весу представляет собой всего 2% нашего тела, оказывается он потребляет 20-30% кислорода. Уменьшение по каким-либо причинам снабжения мозга кислородом ухудшает умственные способности.

Германий проявляет хороший оздоровительный эффект в таких случаях как синдром хронической усталости, склероз сосудов головного мозга, заболевания глаз, кандидоз, паркинсонизм и даже СПИД. Также установлено, что германий продлевает жизнь лабораторных животных на 25-30%. Кроме того, он способен ускорять заживление ран и уменьшать боль.

Внимание: только специальные органические формы германия, причем в очень малых дозах, оказывают оздоровительный эффект.

Именно поэтому уникальный сплав германия, турмалина и вулканических пород в оптимальном соотношении - турманиевая керамика даёт тот великолепный, оздоравливающий, восстанавливающий и заживляющий эффект.

Вулканические породы, которые используются при изготовлении турманиевой керамики представляют собой первозданный природный материал - застывшую магму.

Магма, от которой произошли вулканические породы (греч. месиво, густая мазь) представляет собой природный, чаще всего силикатный (кремниевый), огненно-жидкий расплав, возникающий в земной коре или в верхней мантии, на больших глубинах .

Выходя на поверхность земли, магма начинает остывать и теряет большую часть содержащихся в ней газов. Остывая после извержения вулканов, раскаленная магма принимает самые причудливые формы.

Как известно, Корейский полуостров наряду с Японией входит в зону повышенной вулканической активности. И в древние времена там происходили многочисленные извержения вулканов, во время которых на земную поверхность извергалась лава в большом количестве, которая на самом деле обладает невероятными свойствами.

В лаве, или магме, содержатся практически все химические элементы таблицы Менделеева, среди которых: кремний, алюминий, железо, кальций, калий, магний, титан, натрий и др., а также различные летучие компоненты (окислы углерода, сероводород, водород, фтор, хлор и др.) и парообразная вода. Внутри вулканических пород иногда находят даже драгоценные камни - алмазы, рубины, сапфиры.

Образуется магма на большой глубине - свыше 15 километров и находится там в огненно-жидком состоянии - под высоким давлением земной коры. Периодически в глубинных слоях возникает возмущение, и магма в виде лавы вырывается наружу через вулканы.

Почти все вулканические и интрузивные породы состоят из силикатов - кислород-содержащих соединений кремния. Температура силикатных магм в момент зарождения в среднем составляет 1300 градусов.

Вулканические породы обладают массой ценных и полезных для человека свойств. Они сохраняют в себе первозданное магнитное поле Земли, которое очень сильно уменьшилось на поверхности. Также вулканические породы являются самой чистой и незагрязненной породой. Наверняка вы слышали о том, что самая чистая вода на Земле - это вода в ледниках Антарктиды. Поэтому и вулканические породы - содержимое недра Земли - являются великолепным образцом чистой и незагрязненной цивилизацией породы. К примеру, знаменитая вода Нарзан приобретает свои целебные качества именно тогда, когда проходит долгий путь под землей именно через вулканические породы.

Элван - это специфический корейский минерал, относящийся также к группе вулканических пород. Элван встречается только на Корейском полуострове, в Китае и в Японии. Его еще называют гипабиссальной породой (геол.)

Гиппабисальные породы (геол.) - это тип пород, которые по местоположению являются промежуточными между плутоническими и вулканическими.

Элван являются дайковой породой гранитного состава, содержащей фонокристаллы и ортоклазу, а также вкрапления турмалина, встречающегося как в виде изолированных кристаллов так и в лучистых агрегатах.

В Китае с древних времен элван использовался в медицинских целях.

Свойства элвана:

эффективен при лечении кожных заболеваний и очищении воды.

абсорбирует (выводит из организма) ртуть, кадмий, вредные вещества и бактерии.

имеет разнообразный состав минералов, выделяет их и излучает инфракрасные лучи.

регулирует качество воды, насыщая достаточным количеством кислорода.

Как видите, все четыре составляющих БТМ (турмалин, германий, вулканические породы и элван) обладают очень ценными и полезными для человека свойствами.

В процессе изготовления турмания эти 4 элемента измельчаются до мельчайших размеров для того, чтобы максимально увеличить излучающую поверхность каждого компонента. Потом этот драгоценный порошок формируют в виде дисков и запекают в специальной печи при температуре 1300 градусов (температура, близкая к температуре подземных вулканов).

В результате получается новый уникальный керамический материал, который называется ТУРМАНИЙ. Турманиевое тепло - это тепло древних вулканов, взятое из недра Земли. Это - живительная ионизация, очищение всего тела и воздуха, это один из самых эффективных способов продлить жизнь человека и сделать человека здоровым и полным сил.

Мы до конца даже не знаем, сколько ценных и полезных свойств сокрыто в турманиевой керамике. Очевидно одно - каждый, кто пользуется у себя дома турманиевым матом, кто регулярно спит на турманиевой керамике - получает мощный оздоравливающий эффект и живет долгую, полноценную жизнь, радуя себя и своих близких.

Заключение

Современное обращение к керамике, не случайно. Широкое применение керамических материалов в медицине обусловлено их рядом уникальных свойств, таких как прочност, химическая инертность, биосовместимость с клетками организма. Что является наиболее важным в процессе подборки материалов для клинической практики.

Благодаря современным технологиям многие проблемы в ортопедии, в протезировании и офтаьмологии были решены с применением керамических материалов.

В настоящее время ведутся крупномасштабные работы по изучению свойств керамических материалов, и внедряется их использование в другие отрасли медицины и научно-производственных технологий.

Список использованной литературы

1.Сафронова Т.В., Шехирев М.А., Путляев В.И., Третьяков Ю.Д., Корундовая керамика // Неорганические материалы, 2007, №8.

2.Карре А,М. , Протезирование. Новые методики.М.: 2007 год.

медицинский керамика корундовый

Приложение

Рис. 1

Рис. 2



Рис. 3

Размещено на Allbest.ru

...