| Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет В течение последних 5-7 лет сформировалась и интенсивно развивается новая отрасль медицины, основанная на использовании близкодействующих статических электрических полей для стимулирования позитивных биологических процессов в организме человека. Главной отличительной особенностью практических методов, основанных на этой концепции, является то, что электрические поля создаются не традиционными электротехническими источниками энергии с сетевым или аккумуляторным электропитанием, а функционирующими автономно электретными пленками, нанесенными на имплантаты различного назначения, широко применяемые в медицине.Электрет - это диэлектрик, на поверхности или в объеме которого продолжительное время сохраняются не скомпенсированные электрические заряды, создающие в окружающем электрет пространстве квазистатическое (медленно меняющееся во времени) электрическое поле. Попадая вместе с имплантатом в организм человека, электретная пленка своим полем оказывает дозированное локальное воздействие на поврежденный орган, способствуя его лечению в оптимальных биофизических условиях. В основе этого процесса лежит природный эффект, состоящий в том, что внешнее близкодействующее электрическое поле определенной величины и знака, действуя на клеточном уровне, является катализатором появления здоровых новообразований в живых тканях. Перевести работы по данной тематике из области медицинских предположений в плоскость конкретных медицинских экспериментов, направленных на получение практических конечных результатов, стало возможным только благодаря исследованиям в области конверсионных вакуумных пленочных технологий, выполненным на факультете электроники Санкт-Петербургского Государственного Электротехнического Университета (ЛЭТИ) под руководством профессора Быстрова Ю. А. и доцента Ласки В.Л. совместно с ведущими специалистами медицины города Санкт-Петербурга. Факультет электроники ЛЭТИ представляет собой высокопрофессиональный научный коллектив, насчитывающий в своем составе несколько академиков и член-корреспондентов РАН, более 30 профессоров, около 80 доцентов и одного лауреата Нобелевской премии 2000 года - Ж.И. Алферова.Результатом проведенных исследований стал комплекс принципиальных технологий нанесения в вакууме био - и химически инертных, обладающих заданными электретными свойствами, высокой адгезией и чистотой, равномерными свойствами на протяженных подложках сложной пространственной конфигурации пленок пятиокиси танталана поверхности медицинских имплантатов различного назначения. Выбор электретных покрытий стехиометрического состава Та2О5 объясняется их уникальными свойствами. Так, тантал, уступая по температуре плавления только вольфраму, имеет рекордную химическую стойкость, значительно превосходя по этому параметру такой металл, как золото. Тантал является хорошим проводником и единственным металлом, который не отторгается живой человеческой тканью. Высший окисел тантала Та2О5, является отличным диэлектриком (~ 28 ... 32), имеет высокие механические свойства, био - и химически инертен. После специальной обработки он приобретает электретные свойства, т.е. способность создавать в течение длительного времени в непосредственной близости от своей поверхности квазистатическое электрическое поле. Отличительной особенностью разработанных технологий является возможность обеспечения и управляемого регулирования электретных свойств пленок непосредственно в ходе технологического процесса. При этом удается получать покрытия с эффективной поверхностной плотностью электретного заряда более 4(10-4 Кл/м2, практически не изменяющие свои свойства в течение нескольких лет. В качестве подложек возможно использование металлов, сплавов, керамик, и даже термопластичных пластмасс с температурой плавления до 100° С. Результаты исследований в области технологии отмечены рядом патентов Российской Федерации, именно они составили техническую и технологическую базу новой медицинской отрасли. В настоящее время положительные результаты применения электретных пленок пятиокиси тантала получены в следующих областях медицины. 1. Ортопедическая стоматология. Изоляция протезов, изготовленных из акриловых пластмасс, тонкими вакуумными пленками пятиокиси тантала позволяет полностью устранить все патологические проявления, обусловленные непереносимостью акрилатов: химико-токсические, аллергические, электрогальванические. Более подробно методика и результаты экспериментов изложены в Приложении I. 2. Травматология и ортопедия. Применение электретных покрытий пятиокиси тантала основано на использовании внешних электрических воздействий для ускорения развития костной ткани при лечении переломов и болезней опорно-двигательной системы человека. Для этого на место перелома имплантируется титановая пластина-фиксатор, на поверхность которой нанесена пленка электрета. Результатом такого оперативного вмешательства является механическая фиксация костных отломков, а также реализация главной задачи - воздействие электрического поля электретного покрытия на травмированную кость. Это приводит к сокращению сроков сращивания костей в 2 - 2.5 раза с гарантией от послеоперационных осложнений. Более подробно методика и результаты экспериментов изложены в Приложении II. 3. Челюстно-лицевая хирургия. Применение электретных покрытий позволяет направленно влиять на процессы сепаративного остеосинтеза при лечении больных с травматическими повреждениями костей лицевого черепа, а также при дентальной имплантации. Использование имплантатов с электретным покрытием пятиокиси тантала исключает местные воспалительные осложнения, сокращает сроки приживления имплантатов и ускоряет применение дозированных функциональных нагрузок. Более подробно методика и результаты экспериментов изложены в Приложении III. 4. Хирургия. Разработан и клинически апробирован электретный аппликатор, предназначенный для усиления репаративных процессов при лечении дефектов кожных покровов и соединительной ткани при длительно незаживающих раневых процессах, пролежнях, нейротрофических язвах, термических поражениях. Более подробно методика и результаты экспериментов изложены в Приложении IV. На самой начальной стадии, где конечный результат еще не получен, или даже на стадии идеи находятся работы по применению диэлектрических и электретных пленок пятиокиси тантала в следующих областях медицины: 1. Кардиохирургия. При нанесении электретных пленок, имеющих отрицательный потенциал, на внутреннюю поверхность искусственных кровеносных сосудов можно принципиально исключить возможность образования тромбов в них, т.к. клетки, тромбирующие сосуд, имеют отрицательный заряд и будут отталкиваться от стенок сосуда силами кулоновского взаимодействия. 2. Косметология. Использование материалов (например, вместо золотых нитей) с химически - и био - инертными неотторгаемыми покрытиями пятиокиси тантала позволит существенно снизить затраты на проведение лечения и значительно повысит его качественные показатели. 3. Изготовление "диэлектрического" медицинского инструментария. В ряде областей хирургии, например, в нейрохирургии принципиально необходим "диэлектрический" медицинский инструментарий (скальпели, зажимы и т.п.). В рамках разработанных технологий не встречает трудностей организация производства такого инструментария путем нанесения прочных, имеющих высокую адгезию, диэлектрических пленок пятиокиси тантала на поверхность традиционно применяемых металлических изделий аналогичного назначения. 4. Эндопротезирование. Нанесение электретных пленок пятиокиси тантала на детали эндопротезов, находящиеся в контакте с костной тканью и испытывающие большие механические нагрузки, устранит эффект отторжения и тем самым значительно увеличит срок службы таких конструкций. Уверены, что диэлектрические и электретные пленки пятиокиси тантала, благодаря их уникальным свойствам, имеют универсальное значение для медицины. Поэтому те области медицины, о которых речь шла выше, составляют лишь малую часть возможных конкретных способов их применения. Научные руководители проекта: Быстров Юрий Александрович - д.т.н., профессор, декан факультета электроники, лауреат Государственной премии РФ. Ласка Владимир Львович - к.т.н., доцент факультета электроники. Приложение I. Работы по проверке эффективности применения диэлектрических и электретных покрытий пятиокиси тантала в ортопедической стоматологии проводятся на кафедре ортопедической стоматологии Санкт-Петербургской медицинской академии последипломного образования под руководством заведующего кафедрой, доктора медицинских наук, Вице-президента стоматологической ассоциации России, профессора А.В. Цимбалистова. Под непереносимостью зубных протезов подразумевается комплекс патологических реакций тканей протезного ложа и организма в целом на конструкционные материалы, используемые в стоматологии. Это понятие включает в себя все патологические проявления, обусловленные действием материалов протезов. Возможными механизмами непереносимости конструкционных материалов являются: химико-токсический, аллергический и электрогальванический. При наличии непереносимости акриловых протезов больные предъявляют жалобы на жжение слизистой оболочки полости рта, жжение и пощипывание языка, отечность слизистой, сухость во рту. Объективно явления непереносимости могут сопровождаться гиперемией (ограниченной пределами протезного ложа или разлитой), отеком слизистой оболочки губ, щек, языка, петехиальными кровоизлияниями, наличием папул и эрозий. Наряду с местными реакциями, возможны общие проявления непереносимости в виде ринита, крапивницы, дерматита, конъюнктивита, реакции со стороны центральной нервной системы (бессонница, головокружение), обострение хронических заболеваний. Общие проявления могут сочетаться с местными симптомами или реализовываться изолированно. Постоянное выделение из протезов малых доз токсических веществ приводит к хронической интоксикации организма. Причиной перечисленных патологических проявлений является действие на организм человека продуктов поверхностной эрозии и элиминации компонентов акриловых пластмасс, в состав которых входит метилметакрилат, соединения метакриловой и акриловой кислот, различного рода пластификаторы, замутнители, красители и катализаторы. Эрозия пластмассы происходит под действием ряда причин, в числе которых - неполное связывание мономера в процессе полимеризации, селективная экстракция компонентов, химические и механические нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации протеза. Попытки устранения явлений непереносимости акриловых пластмасс в стоматологии, связаны с созданием на их поверхности изолирующих барьерных слоев, препятствующих выделению в полость рта продуктов эрозии. Радикальным решением проблемы является нанесение на поверхность протезов покрытий различных материалов. Чаще всего для этой цели используются Радикальным решением проблемы является нанесение на поверхность протезов покрытий различных материалов. Чаще всего для этой цели используются гальванические покрытия благородных металлов (золото, платина, палладий, серебро) толщиной до 50 мкм. Серьезным недостатком этих покрытий является то, что перечисленные металлы не всегда отвечают требованиям биосовместимости. Кроме того, металлизированная пластмасса приводит к появлению гальванических пар в полости рта. Гальванические покрытия толщиной несколько десятков микрометров изменяют микрорельеф поверхности протезов и нарушают их фиксацию.
|