Tất cả các bệnh nhân đã dược phục hồi khả nàng lao động sau 8-10 tuần, Những ưu điểm nỗi bật của loại vật liệu này đã làm cho nó có ứng dụng không những để trầm xương mà cồn được thiết k
Trang 1BỘ KHCN & MT
CHƯƠNG TRÌNH CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU KHCN - 63 +#%
BAO CÁO
TONG KET DE TAI
“NGHIÊN CỨU CONG NGHE VA UNG DUNG VAT LIEU T6 HOP CÁC BON DÙNG TRONG PHẪU THUẬT CHỈNH HÌNH”
Thời gian thực hiện : 24 tháng (10/1996 — 9/1998)
Mã số: :93-04
Thuộc chương trình : Công nghệ vật liệu KHCN-03
Chủ nhiệm chương trình : GS Vien Sĩ Nguyễn Văn Hiệu
Cơ quan chủ trì : Viện NGUDCN ~ Bộ KHCN & MT
Chủ nhiệm đẻ tài : PTS KHKT Phan Văn An
Hà Nội - 9/1998
Trang 2Cg quan phối hơn chính: 1.Bệnh viện Chợ Rẫy TP.HCM 2.Bệnh viện 175 3.Bệnh viện Xanh pôn, 108 và các bệnh viện khác Những người thực hiện chính: TT Họ và tên Học vị, học hàm, chuyên Cơ quan mon
| | PhanVan An PTS Công nghệ Vậtliệu | Viện NCƯDC
2 | Bài Cong Khe KS 7 °
3 | Đỗ Việt Hưng KS — Cơkhí =
+ | Phạm Kim Chi KS Hoá -
3 | Va Thanh Huong KS 7
6 | Dinh Trang Hoan KS Công ty Sáo Mai
7 | Nguyễn Quang Long: | GS BY Cho Ray
š — | Trịnh Quan Tuấn :
9 | Trin Hoh PTS BY 175
LÔ | Nguyễn Ngọc Liêm | PTS, BV 108
11 | Cao mạnh Tường KS _ Hoá polirne Vien NCUDCN
Trang 3MỤC LỤC
A TONG QUAN
Soi cacbon, composite sợi cacbon và ứng dung
1H Các loại vật liệu để thay thế xương, kết hợp xương
HÍ Tình hình nghiên cứu trong nước
Trang 4A TONG QUAN
1 SGLCAC BON VA COMPOSITE SUI CAC BON
1.1 ‘Tinh năng của sợi các bon va composite cia nó:
Sợi các bon có đường kính 6-I0 uưn , mảnh hơn sợi tóc người Khác với các loại sợi vật liệu kết cấu truyền thống( sợi thép, nhôm .), sợi các bon có
thành phần thuần khiết các bon 99,9%
Sợi các bon có độ bên cao hơn sợi thuỷ tính, có trọng lượng riêng nhỏ, modul đàn hối cực cao Compoaite sợi các bon hiện đại có thêm những du điểm ˆ
khác: hệ số giãn nở nhiệt thấp, các đặc trưng, mỗi cao và bển trong môi
trường(hình 2) Một đặc điểm nổi bật nữa là vật liệu cáo bon có thể làm việc ở
nhiệt độ rất cao ~ 2000 - 3000 ĐC và ở nhiệt độ càng cao thì độ bên càng lớn
Tính năng này đã làm vật liệu các bon nói riêng cũng như vật liệu composite cdc bon - các bon trở nên vật liệu không thể thay thế nổi trong một số lĩnh vực
ứng dụng đặc biệt như vũ trụ, tên lửa, hàng không Ngoài ra do cấu trúc đặc
biệt, vật liệu này còn có lính dẫn nhiệt đẳng hướng, có thể là vật liệu ma sát (làm các hệ phanh cho các máy bay hiện đại, tàu vũ trụ), dồng thời vật liệu
chống ma sát hoạt động trong các môi trừơng khác nhau, kể cả môi trừơng sinh
học
Ngày nay, việc sử dụng sợi cac boa (hay sợi graphit) kết hợp với polime đã làm nên đột biến trong lĩnh vực vật liệu kết cấu
Tính chất cơ bản của sợi các bon sử dụng trong composiie là độ bến, modul đàn hồi, trọng lượng riêng của nó (hinh 1,2,3 , barig 1) De ben, madul 18 2 3 4 $ CampesteŒ Come.saTT Go Nhóm, Thấp Hình 1; So sánh độ du] với các
in riêng kéo dứt, modul của composite sợi các bon( chất +
Trang 5Bảng chúng + So sánh tíNH chat của một xử vật liệu và compoyite nêu apoxy củu
Vật liệu Modul {be bin] Ty wong | Modul | Độ bản
kếo đứt đặc trưng | đặc trưng
(GPa) | (MP) | (gem” | (GPa) | (MIPaì
* Soi:
Cacbon modul siéu cao 483 2270 = 281.5 1145 Cacbon modul cao 345 3530 18 191.6 1405 Cacbon độ bền cao 206 3160 1.75 117.7 1805 Boron 414 |4600 | 2.30 180 2000 Aramid 130 |2700 |l44 | 90 1860 Thuỷ tính - S 85 4500 |249 - |341 1807 Thuỷ tỉnh - E 56 1560 | 1.95 28.7 800 “Composite: Vị = 60% ( % khối
lượng sợi trong composite)
Cacbon modul siêu cao 290 1380 1.68 1726 820 Cacbon modul cao 207 1520 1.56 133 974 Cacbon độ bển cao 103 1520 1.53 67 993 Boron, 248 2760 1.86 133 1484 Aramid 76 1380 | 1.38 35 1000 Thuỷ tỉnh - Š a3 1820 2.08 26 875 Thuy tinh - E 46 1.45 32 *Kim loai: Thép (loại C - 35) 206 |420 |78 36.4 34
Hop kim nhom(6061-T6) | 69 260 |256 - |?7 101 Hợp kim Titan (6AI- 4V) |1I2 J980 |445 25 220
Trang 6ph |mssieet 18 0 Series 8 ° 1 2 3
Seriest: Comp Series: Thep —Series3: Nhom
Hệ số dãnnở — Tính mỏi Độ bên môi trường nhiệt
-dng ten viễn thông - chế tạo máy - Ứng dụng y-sinh
- Công nghệ d tử - Dụngcụ thể thao - Máy hođ
- Kỹ thuật do + Dung cu dm nhac - Các đường ống
Hinh 2: So sdnh mt vai dac wing khdc va cde Hah vue ing dung Soi PAN a9 bén cao modul cao Soi aramid a qm Soi pek a i mezopha 100 200 300 400 500 600 700 Modul đàn hồi GPa Hình 3: Độ bên, modul dan héi của một vài loại soi
Khi phân tích những đặc trưng cơ học đặc biệt cao của sợi các bon, cần thiết
dừng lại ở những câu hỏi sau:
1.Nguyên nhân của những đặc ưưng cơ lý cực cao đó là gi? 2.Tại sao các đặc trmg cơ học của các loại sợi các bon lại thay dối tháng giáng trong giải rộng như vậy?
Trang 7Bản chất của cá
đặc trưng cơ học dác biệt của sợi các bon
Nguyên nhân làm sợi các bon có modul đàn hỏi cao chính là giá tri nang
lượng tương tác giữa các nguyên tử cực cao Trong mật nguyên tử xếp chát,
nguyên tử các bon liên kết với nhau theo liên kết ơ ( quï đạo diện tử sp) Cấu
trúc ð mạng nguyên tử graphit có cấu trúc mặt nguyên tử xếp chặt được quan
sát thấy trong sợi các bon bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (hình 4) Sợi các
ben có đường kính nhỏ nên cấu trúc của sợi gần như là cấu trúc đơn tình thể
hoàn hảo không sai hỏng, ở đó độ bền cơ học của tính thể hoàn hảo gần đạt giá
trị lý tưởng (cao nhất)
Nói chung, modul đàn hồi của vật liệu được xác định bằng tương tác giữa
các nguyên tử Độ bển cao của graphit trong mặt nguyên tử được tạo bởi đặc
trưng không phân cực của tương rác giữa các nguyên tử, trong khi đó khi kéo graphit theo hướng vuông góc với mật nguyên tử (có liên kết yếu hơn vì khoảng cách xa hơn) sẽ thấp hơn Độ bản nhiệt, điện của graphit được xác định bởi các
tử hoá trị - Từ những đặc trưng đó có thể dễ hiển tại sao có sự khác biệt
giữa các hệ số đàn hổi Cụ, C;;và Cụ, của graphit ( hình 5) và modul đàn hỏi
cũng có giá trị gần lí tưởng =1060GPu dọc theo mặt nguyên từ và 4,5 GPa doc
theo hướng vuông góc ngược lai
Trang 8
Hình 4- ảnh liển ví điện tử truyền qua cia edu tric graphit don tinh thé trong
vợi các bon (graphi(a) và mô hình cấu trite db (b) (các đường sọc là các mặt nguyên tứ C xếp chặt) toa Si €112a0epMôx và Modul dan hoi § a a: 80% pek graphit
22 b: soi pek eac bon
i= mã sai các bơi PAN niet do cao
lại để soi các hạn PAN of Diol do thop
1 Mục do dịnh huong 2 3 4 5 6 ?
Hình 3 Hệ số đân hồi của graphit và ảnh ludông của mức dé định hướng các mặt nguyên từ lên modul dan héi cia sợi các bon
Nguyên nhân gây nén sự đa dạng các loại sợi các bọn:
Hình Š cho thấy:
a DO chat (stiffness) và độ bền của sợi các bon dạt giá trị cao nhất khi các mật
6 mang tinh thé dinh hướng dọc theo trục của sợi
b Modul dich chuyển dọc theo mật nguyên tử có thể được cải thiện
Dễ dàng nhận thấy nguyên nhân gây nên sự da dạng các loại sợi cacbon là: ~Ảnh hưởng của các sai hỏng cấu trúc trong tỉnh thể sợi các bon đặc biệt sai
hỏng một chiều ( lệch mạng- dislocation) và sai hỏng mặt (twin, stacking fault) Các nhân tố trên được cấu thành bởi: Nguyên liệu đầu vào , các chế độ
Trang 99
Độ ổn định các đặc trưng chất lượng cuo của sợi cacbon:
Medul đàn hổi của sợi được xác định bởi nhiệt độ gia công giai đoạn cuối cùng và mức độ kếo đấn cuả polime, Các thông số công nghệ đó dễ dàng điều khiển dược nên modul đàn hồi của các loại sợi công nghiệp đều có,các đặc
trưng ổn định
6 bên sợi phụ thuộc rất nhiều vào sai hỏng cấu trúc vì vậy việc chế tạo
sợi có các đặc trưng về độ bên ổn định là việc khó làm hơn Một điều kiện quan trọng trong công nghệ ở đây chính là việc tạo nguyên liệu đồng nhất, sạch 1.2 ứng dụng; Các lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của sợi các bon được ình bày trên hình 6 3% 19% ` 50% á- ộ- NHẠT BẠN CHAU AU HOa EI C1 Hang khong, BH Dung ca ÂM Che tao may yu tn the thao
Hình 6 Các lĩnh vực ứng dụng chủ yếu sợi các bon" a gig dung trong hang khong vil tru:
Trong lĩnh vực này yêu cầu lớn nhất dối với vật liệu là vật liệu phải thật nhẹ và bẻn, có thể thay thế hợp kim nhôm, titan, Ở đây corapoaite sợi các bon
Trang 1010 Hình 7: Phanh thể hệ mới cho suy buy hiện đại làm bang composite C-C (vật liệu ta xát) DEöiTEN
Đaytoad capacily 10 Tors
LOFLE sea 5 3000: WE Savienres 3820 its
ck
Trang 111I
đình 9: Ứng dụng composite sợi các bon trong kết cấu máy bay trực thàng
Ngày nay đã có những chiếc máy bay mà vỏ dược làm hoàn toàn từ composite sợi cacbon như máy bay "Liptan", ghế ngồi của máy bay hành
khách
bey dune trọng nghành chế tao máy, ðt6 cơng nghiệp hố chất, luyện kim: Dui day 1a vai mink hoa :
Trang 12
Hình 12: Compoaite sợi các bon làm vòng găng, vòng đệm làm
trong môi trường dt về ở nhiệt độ cao (tự bôi trơn-vật liệu chống na sát)
Trang 13
13
eCông nghiệp quốc phòng;
ứng dung đặc trưng nhất trong công nghiệp quốc phòng là dấu phụt của tên lửa, nơi mà cần có vật liệu chịu nhiệt độ rất cao, không bị mòa ở nhiệt độ đó dể dám bảo khả căng điều khiển tắm bắn và tốc độ (tiết diện tới hạn) Ngoài ra vat ligu cde bon vi composite sợi các bon còn có đặc trưng dẫn nhiệt bất dẳng hướng phù hợp cho ứng dụng nẻu trên tiểu (phần vào) Âiểng lới trước tiết diệu tới hạn ng phụt m
Maing 16¢ tidt diện tối hạn Tần cách nhiệt Phần hình nốn sau
tiết diện tới lạn
Hình 13: Các chỉ tiết trong kếi cẩn đâu phạt tên lấu làm bằng các loai cdc bon vit composite của nó,
Ngoài ra vật liệu composiie sợi các bon đang được dùng chế tạo nhiều chỉ tiết dậc biệt khác cho tên lửa, các loại khí tài, làm vỏ chống rò rỉ thông tin
ding dung trong các lo phẩn đng hát nhận làm vật liệu kết cấu (composite C- C), graphit làm các thành chấn phóng xạ, làm chậm nơtron
e, ae dụng lân các dụng cụ thể thao: Có thé ké: cdc xe đua công thức 1, cdc loại vợt , các loại dụng-cụ thể thao khác nơi cần độ bên cao và phe
yo tiny diag trong _y học: (Chỉ tiết hơn xía tham khảo bài tổng quan "Các bon-
vật liệu y-sinh"-Báo cáo tại Hội thảo Vật liệu Y-Sinh do Chương trình 03 tổ
Trang 14Như tạ dã biết, các bọn là nguyên tổ eơ bản của tất cả các chất hữu cơ, là
thành phần chủ yếu của tế bào sống của dộng, thực vật và vì vậy nó được biết
như vật liệu trùng sinh học tốt nhất trong tất cá các vật liệu ta được biết tông y
học
Những nghiền cứu vật liệu cacbon trong 20 năm qua đã chỉ ra rằng vật liệu cbon không có đối tượng cạnh tranh xét về tính chất sinh hoá và cơ lý theo
các yêu cầu đồi hỏi của các sản phẩm y tế Những ưu thế đó là:
-Khơng độc
¬ Nhe
-Không biến đạng dưới tác động của môi trường sinh học *
-Không bị rỉ khi tiếp xúc với tế bào sống ‘
- Ít bị tác động bởi áp lực gây mỏi dẫn dến phá huỷ xương giả `
- Trên bẻ mặt xương giá hình thành màng sinh học khi được ghép vào cơ
thể
- Độ hao môn thấp dưới tác dộng của ma sát
- Có khả năng kích thích sự phát triển của tế bào hoặc phục hổi các tế bào
cơ bản `
- Đơn giản và tiện lợi trong quá trình vỏ trùng = -Độ dẫn điện, nhiệt gần với độ dẫn điện, nhiệt của tế bào ,
Cacbon tổn tại ở nhiều dạng và ở mỗi dạng cacbon thể hiện những tính
chất khác nhau tuỷ thuộc vào cấu trúc tỉnh thể „
Ngày nay sợi các bon cũng được sử dụng nhiều trong y bọc, cẤu trúc của
chúng | thường là cấu trúc cácbon “turbostratic” hoặc cấu trúc gzapbit £
Điểm chung của các cấu trúc nêu trên là độ xốp cau (cấu trúc không ‹ được
xếp chất như trong tỉnh thể lí tưởng) oe
Những ván phẩm y hoc đã được chế tạo từ vật liệu các bon và compostie
của nó và đã được ứng dung 1am sang:
wVan tine
Sau khi thử nghiệm lâm sàng vào những nim 1969-1970, đến 1977 hơn
200.000 chiếc và đến 1980 khoảng 600 000 van tim nhân tạo làm từ vật liệu
cácbon nhiệt phan đẳng hướng đã được sản xuất và đưa vào ứng dụng làm sing
ở Mỹ, Anh và Pháp
b Dây chẳng và bằng chữa vất thương, 3
Sợi cácbon được sử dụng lầm dãy chẳng, thay gân lần đầu tiên ở châu
Au, Nga vi Mj Hàng wim bệnh nhân đã được phẩu thuật thay thể bệ dây
chẳng khớp đầu gối làm ổa dịnh các hậu quả của poliomelit bằng sợi céebon
Để định vị các dầu mút dây chẳng nhân tạo, người ta đã chế tao thêm các cấu
Trang 15
urường hợp đều nhận được kết quá khả quan Ở tất cả bệnh nhân tính bẻn vững
của các khớp dã được hỏi phục, không quan sát thấy hiện tượng rung, lắc (số liệu trước 1990) Báng chữa vết thương làm từ vải cácbon có rất nhiều ưu điểm: Không dính da, w Chống nhiễm trùng, a Khả năng hút dịch cao, | Cé thể dùng lại nhiều lần
Hiện nay sản phẩm này đã được sản xuất ở Mỹ, Nga, Đức và cả ở nước ta
theo để án chuyển giao công nghệ của Nạa Băng nay có thể dùng chữa bỏng và các loại vết thương hở khác
©„ Cácbon xốp làm xương gid (làm giàn cho vác mỗ xương phát niầu):
Mật loại cácbon xốp làm xương giả lần dầu tên được chế tạo tại Nga Đày là các vì cầu cácbon được lấp dây bằng nitơ với kích thước 10-100zn và
thành dày 3-50 tam Liên kết các siêu cầu các bon lắng đọng cácbon nhiệt phân
tiếp theo, cuối cùng ta nhận được cácbon xốp có mật độ khoảng 0,8 giem", độ
cứng khi ép cao hon 25 MPa, Modul Junge 6.10° MPa Phu thuge vio dé bao
boà cácbon nhiệt phân mà có thể nhận được cácbon với độ xốp từ 20~ 10%, mat
dg 0,35-0,8% g/cm” , dO cimg 2-70 MPa vi Modul Junge ti 0,6-6.10° MPa
ị
thuật hệ dây chẳng khớp gối đã được theo giỏi trong LÔ năm, Trong
Khi được cấy ghép vào cơ thể, mỏ xương được phát triển và dàn hồi trên toàn bộ chiều dày của cácbon xốp Trong trường hợp này cácbon xếp đóng vai trò như một giá cổ định (scalfford)_ cho sự mọc lại của các mô xương Đo có độ
co dãn gần với tế bào xương mà xương phát triển theo các lố rỗng không có
hiện tượng tích tụ ứng suất Ngoài ra tính trùng sinh học cao của vat liệu này đã
làm cho cácbon xốp trở nên vật liệu sinh học lí tưởng cho phẩu thuật chỉnh hình (im xương) Trên thế giới chưa có vật liệu ương tự
Ở Nga người ta đã tiến bành trầm xương sau khi cất bố phần viêm xương
ở 52 bệnh nhân Sau L-2 tháng phẫu thuật, bằng phương pháp chụp ron ghen đã
khẳng định sự tring khớp và sự mọc lớp mô xương theo các lễ xốp của vật liệu cácbon cấy ghép Tất cả các bệnh nhân đã dược phục hồi khả nàng lao động sau 8-10 tuần,
Những ưu điểm nỗi bật của loại vật liệu này đã làm cho nó có ứng dụng không những để trầm xương mà cồn được thiết kẻ làm xương bánh chè, làm mất gỉ iL Vat liéu composite soi cdchon va ứng dụng chúng mong phẫu thaật chính hình:
Trang 16ý là vật liệu composite cácbon-cácbon, cácbon-polime Vật liệu cácbon-cácbon dược dùng làm định nội tuỷ, chồm xương đùi
Vật liệu tổ hợp Cácbon-polime đa dạng hơn:
- Vật liệu tổ hợp sợi cacbon trên nên poliamide và polipropilen lam nep
kết hợp xương và bộp sợ (Nga)
- Vật liệu tổ hợp sợi cacbon nền epoxy (Anh Đức),
- Vật liệu tổ hợp sợi cacbon nên polyetheretherketone (PEEK) (Đức,
“Thuy sỹ)
Tất cả các loại vật liệu đó đã dược dưa vào ứng dụng thực tiễn lâm sàng và
cho kết quả rất khả quan, mở ra triển vọng cho ngành phẫu thuật chỉnh hình
i CAC LOAI VẬT LIỆU ĐANG ĐƯỢC SỬ DỰNG TRONG PHẪU THUẬT
CHỈNH HÌNH VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIÊN HIỆN NAY:
1 Xương tự thân: Miễn chê nhưng lấy chổ này dé ghép chỗ khác trên cơ thé
thì cuối cùng cơ thể vẫn thiếu, mật khác lại phải phẩu thuật nhiều lần
Xương đông lọai: Lấy từ ngàn hàng mỏ, rất phức tạp và tốn kém trong các
bước xin xương, phẩu thuật để gam xương, bảo quản và đặc biệt là nguy
cơ ly bệnh như A1D, lao,
3 Kim loại: Than, hợp kèn Co-Mo-Cr .-là vật liệu truyền thống nhưng có
nhiều nhược điển:
- Modul đàn hồi cao
- Luôn gây ra những phức tạp bởi các hiện tượng lĩnh điện
din tdi kim loại hoá tế bào và gây rỉ vật cấy
- Thường gây ra hiện tượng hấp thụ lại của vải xương
- Hiện tượng mỗi làm huỷ hoại cáo xương giả
4 Gốm ; - Hay bị bào mòn gây tích tụ vật liệu bào mồn - phan ứng phụ ~ Modul đàn hồi cao
Gidn, 48 v5
5 Polime: * Chay ngudi, Ho hos
* Hay gay san sinh tế bào kém chất lượng 6 Cácbon
7 Hydroxyapatit (có thành phần hố học hồn tồn giống xương thật)
Xu hướng phát tiển vật liệu thay thế xương và vật liệu kết hợp xương,
hiện nay là:
- Phát triển các loại composite trên cơ sở những vật liệu truyền thống: kim loại, gốm, vật liệu các bon, hydroxyapatit để tạo một thế hệ vật liệu có các lính năng như cơ, lý, hoá sinh .gẩn với xương thật hơn những vật liệu
Trang 17
ị
Ị
ị
~ Xử lí bể mật và tạo lớp phủ bẻ mật các vật liệu đã có để tạo bể mật có
dậc tính trùng sinh học cao, liên kết tốt với mỏ mềm :
- Phát triển vật liệu thay thế xương hướng tới tạo vật liệu cho kỉ thuật
rô Ngày nay kỉ thuật mô đã thành công trong việc tạo mô da, người ta đã
tạo được da nhân tạo để cấy ghép lên cơ thể Trong tương lai đối với mô
xương cũng hy vọng có những kết quả tương tự Hiện nay công nghệ đáng
chú ý là:
Công nghệ tạo vật liệu xốp: Titan xốp, kừn loại xốp, các bon xốp,
hydrexyapatit xốp đang được phát triển và ứng dụng không chi trong phdu
thuật chính hình mà trong pha khoa, nhân khoa
UL TINH HÌNH NGHIÊN CÚU TRONG NƯỚC VỀ VẬT LIỆU CHO PHẪU
THUẬT CHỈNI HÌNH
Như thơng tin chúng tôi dược biết, trước đây đã từng có một nhóm nghiên
cứu phát triển hợp kim cho phẩu thuật chỉnh hình (Viện kim loại màu) và đã có một số kết quả nhưng do nhiều nguyên nhân vật liệu này nay vẫn chưa đưa vào
ứng dụng lâm sàng được Vật liệu hydroxyapatit, gốm thuỷ tỉnh một thời hình
như đã được quan tâm( ở ĐHQG, ĐHBK Hanoi) nhưng nay đã bỏ
TTừ 1992-1995, do nhận thức dược ý nghĩa thực tiến của vật liệu các bon trong y học, để tài "Nghiên cứu ứng dụng một số vật liệu chứa các bon do Nga sản xuất vào y học Việt nam" đã dược cho phép tiến hành Để lài tập trung, nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng băng vải các bon chữa vết thương, vật liệu “Intost-1" (composite cdc bon-poliamide) va “Intost-2" (composite cdc bon- polipropilen) tnséc hat 18 trén dong vat sau dé wen ngudi tai Vien Bong quée gia, Viện 108, BV Xanh pon, BV Chợ Rấy, Các trang tâm chỉnh hình và phục hỏi chức năng Bộ TB &XH Kết quả cho thấy các vật liệu trên có độ trùng sinh học rất tốt, băng vải các bon loại "Carpema" có giá trị điều trị vết thương và bỏng rất cao Trên cơ sở đó, một dự án chuyển'giao công nghệ vay vốn của
Bộ KHCN&MT' đã được phép thực hiện bất đầu năm 1996
Những kết quả thử nghiệm lâm sàng tiếp theo và những khảo sát đặc
trưng cơ-nhiệt của các sản phẩm mà Niigraphit chế tạo cho chấn thương chỉnh hình cho thấy sự cẩn thiết phải đầu tư bổ sung để hồn thiện cơng nghệ nâng
cao tính năng vật liệu và thiết kế chế tạo mẫu sản phẩm phù hợp với các phương pháp kết hợp xương của Việt nam và tiêu chuẩn AO(xem phản kết quả nghiên,
cứu -tcang 19-22) Nấu Để án cho các sản phẩm dưới dạng bán thành phẩm mà
Nga chuyển giao thì sẽ rất khó dưa tiếp vào ứng dụng điểu tị với số lượng
lớn.(xem các báo cáo KH của giáo sư Nguyễn Quang Long:
(, “The nge GỆ carbon fibre composite plates for fixation oƒ hunian
Practures", Proc, of 9th International Conterence on Biomedical Engineering 3-
Trang 18-18
2 Nguyễn Quang Long, Trường Quan Tuấn và Để “Nạp rổ lợp các hon diễu trị ñy xương đo tái nạn la thống”, Nghiên cứu Khoa Học- Y học
"TP Hồ Chí Minh, tập | so 4, 1997.)
Những nhược diểm nêu trên có thể tóm tắt như ở phẩn đẩu của mục “kết quả
Trang 19B, MUC TIỂU ĐỂ TÀI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CÚU: *Muc Hiên: 1 Xây dựng quí trình công nghệ vật liệu composite cacbon-polime dang trong phẫu thuật chỉnh hình 2 Ché tao một số mẫu sản phẩm: nẹp xương, chóm xương đùi, xương hộp sọ, trắn 3 Xây dựng phương pháp đo: độ bền uốn, độ bên trượt, modul dần hổi *Nội dung: (.Nghiên cứu công nghệ: -Céng nghé composite cacbon-poliamid -Công nghệ vật liệu eomposite cacbon-cacbon ( nghiên cứu thảm dò) 3.Thiết kế: -Thiết kế một số sảa phẩm theo các chỉ tiêu nhân chúng học của nguời Việt Nam
-Thiết kế chế tạo một số khuôn ép dể chế tạo sắn phẩm theo thiết kế đó
3.Chế tạo một số mẫu sản phẩm: Nạp kết hợp xương, chồm xương đôi, xương sọ, trấn 4.Nghiên cứu Ảnh hưởng của huyết thanh sinh lý lên tính chất của composite 5.Ứng dụng lâm sằng các sản phẩm chế thứ 6.Xây dựng phép do độ bên của composite €._ KẾT QUÁ
š Kết quả về mát khoa học và công nghệ: ặ
1.1, Khởo sát các đặc trưng và kết quả thử nghiệm lâm sàng vật liêu cấy ghêp composiie_ sơi các bon do Viên Niieraphii (LB Nga) sản xuất trước
1996:
Vật liệu cấy ghép composite sgi cdc bon do Vien Niigraphit (LB Nga) chế tạo trước 1996 dưới dạng bán thành phẩm có hình thù nửa ống với các dường kính 20, 30 và 40 mm có chiếu dài: 20-30mm, độ dày 2 mưn, 3,5 mụn và 4,5 mm (hình 14) Vặt liệu này có tên thương raại "Intost-L" dùng làm nẹp kết hợp xương (NKHX) Viện Niigraphit chè tạo xương sọ cấy ghép từ vật liệu
“Entost-2” ,
Các nghiên cứu khảo sát các dặc tang và ứng dụng lâm sàng vật liệu *"latost-1" cho kết quả:
~ Tỷ 18 sgi ede bon/polime 559-60%
~ Độ bên uốn tĩnh: 250-300 MPa
Trang 20Thử nghiệm lâm sàng (kết quả của GS Nguyễn Quang Long & các cộng
sự - BV Chợ Rấy và G5 Bùi Chu Hoành - Viện Chấn Thương, Chỉnh Hình ) cho thấy:
- Vật liệu tổ hợp các bon Intosi-l tương thích với mô cơ thể người, không có
iểu hiện loại thải vật liệu
- Các nẹp từ vật liệu tổ hợp các bon Intost-L thực hiện nguyên lí "số định mềm dễo" các gẫy xương, tạo liễn xương Kì hai tốt, nhanh chóng đối với hấu hết các
trường hợp được theo dõi (44/49 trường hợp đợt! ,49/49 trường hợp đợt 2) Hình HỊ: Vật liệu “Intast-1" didi dung niles dng () =) A a
{b) Xương (©) “Đỉnh nội tuỷ
Hình 15: Kết hẹp xương theo Nya (a) (dùng luôn rẹp dạng nữu dng), KHX theo AO ở VN không có dinh nội tj(b) và KHX có dinh nội tate}
- ống nẹp các bon của Nga sản xuất dùng cho bệnh nhân Nga đường kính lớn hơn ống xương người VN Khi kết hợp xương cho bệnh nhân VN, do một bên ,
cạnh đọc của ống nẹp rộng hơn, tạo khoảng trống giữa nẹp và thân xương dễ tạo
ra tình trạng ứ máu tụ, làm tăng cao tỷ lệ ử dịch và dò thứ phát Nếu sẽ hẹp và khoan lỗ tức thì trong phẫu thuật làm cho bui carbon tit mép cua và lỗ khoan nhuộm đen các mô mềm chung quanh, Ngoài ra nếu hấp ẩm ( hơi nước) để khứ trùng nẹp trước khả mổ tạo điều kiện nẹp các bon hút ẩm thêm dịch, cũng là
điền kiên wav it dich can
Trang 21
- Nếu cất xương ống (hình 14) ra làm nẹp kết hợp xương (NKHX) theo tiêu chuẩn AO và khoan lễ như thiết kế hình 5 (11.15 b,c) thì độ bẻn quá nhỏ, Để đảm bảo cố định xương cẩn táng độ bến khoảng 2-3 lần
Bảng 2: Anh lusäng của lễ lân tính chất cơ của nẹp KHX bằng composite các bon của Nga sản xuất (Nẹp 3*10%100 mìn) Ƒ Loại nẹp Bộ bẩn uốn | Suy giảm độ (MPa) bền uốn (3: Nẹp KHX chưa khoan lỗ 300 Nep KHX có lỗ (Điểm tì lực nén giũa 2 lỗ) 210 LẦU Nẹp KHX có lỗ (Điểm tì lục nén trên lễ) 120 9,4
Nhược điểm và một số hiện tượng khác có thể có liên quan đến kết cấu và
bản thân vật liệu có dạng nêu trên khi thử nghiệm lâm sàng cần được khác phục
và làm sáng tổ:
+ Modul đàn hổi thếp so với xương thật, dế gây di lệch gập góc thứ phát và gẫy nẹp cố định xương Đặc biệt với gẫy xương đùi, nẹp đạng nửa ống này, không đảm bảo bất động tốt cần có cải tiến thì mới dùng được
+ Trong một vài trường hợp ứ đọng dịch thể và đồ muộn (nguyên nhân
sau này đã được xác định không phải do vật liện), có đấu hiệu làm thay đổi đặc trưng cơ-lí của vật liệu Điều này cẩn được làm sáng tỏ bằng nghiên cứu ảnh hưởng của huyết thanh sinh lí lên tính chất cơ-lí của vật liệu
Vat ligu "Intost-2":
Vật liệu này có cấu trúc: Vải cacbon va polipropilen
Khảo sát đặc trưng cho thấy:
Độ bẩn uốn: 100 - 130 MPa
Modul dan hồi: 0,6 - x 107 MPa
Độ dân nhiệt: (18 W/ “K.m)
Như đã biết, vật liệu lý tưởng cho thay thế sai hỏng hộp sợ cẩn: trợ trong
môi trường sinh hoc, không gây doc tố, dễ uốn được ( dé gia cong ), độ bền đủ
bảo vệ não phía trong Ngoài ra vật liệu đó phải có độ dẫn nhiệt thấp và không phan quang để có thể dùng huỳnh quang quan sát phía trong vỏ não (xem thêm, các bài viết ở phần phụ lục)
Chúng tôi đã tiến hành do dé din nhiệt của xương, mô mềm (thịU.Đo đồng thời trên thiết bị của GS Đầm Trung Đến - ĐH Tổng hợp Hà nội và thiết
bị của Niigraphit có kết quả tương đương:
-Độ đẫn nhiệt của thit bd Gon) -0.6-1 W/°K.m
Trang 22Xương hộp so nit méng ~ 2mm va no rai nhạy với thay đổi nhiệt độ vì vậy composite cacbon-polypropilen có độ dẫn nhiệt cao 18 W/ ”K.m là một hạn
chế :
Sau khi tham khảo ý kiến của cúc chuyên gia Niigraphit, ching toi chon
poliamid làm nền cho việc nghiên cứu chế tạo xương sọ cấy ghép Công nghệ và
vác đặc trưng vật liệu được nghiên cứu chế tạo sẽ trình bày ở phần sai
Tóm lại: Các khảo sắt các tính chất của vat ligu do Vien Niigrafit chế tạo và thử nghiệm lâm sàng các vật liệu đó trên người cho thấy hệ vật liệu này
tương thích sinh học cao như các báo cáo của nước ngoài đã công bố Để chế
tạo các loại nẹp kết hợp xương theo các tiêu chuẩn của phương Tây có tính đến dặc tính xương người Việt đồng thời ứng dụng thực tiến lâm sàng đác loại nẹp này nhằm đấm bảo cố định xương bán cứng (semi-rigid fixution-li thuyết mới
vẻ cố định xương được giáo sư Nguyễn Quang Long thực hiện lần đâu ở Việt nam), cần thiết nâng cao chất lượng Vật liệu theo các hướng sah:
a- Tăng modul đàn hồi tương ứng với modul đàn hỏi của xương thật để đảm bảo
một vận động nhẹ khi kết hợp xương, iạo liền xương kì hai nhanh chúng
b- Tang độ bền cơ học đủ để cố định xương vững vàng trong trường hợp kết hợp
xương có đỉnh nội tuỷ cũng như lúc cố định không có đình nội tuỷ| Nói chưng
độ bền uốn cần lớn hơn "Ïntost-1" khoảng 2-3 lần
e- Phải thiết kế các loại nẹp tương thích cho từng ứng dụng cụ thể
d- Vật liệu cho thay thế khuyết tật hộp sọ cản: Tương thích sinh học, đủ bển để
bảo vặ não, không cản quang để dé dàng kiểm tra phần não đưới:riếng ghép
sau khi phẩu thuật, độ đẫn nhiệt phải gần với độ dẫn nhiệt của xương thật Với các yêu cẩu đó thì việc chọn goliamid làm chất nên là hợp lí và thuận lợi Vì compsile C-pollamid đã được thử nghiệm nhiều trên động vậi và người ở Việt
nam !
1.2 Cong aghé composite soi cae bon - poliamide, sot cde bon- vdi C-
oliqmile:
a- Nguyên vật liệu chủ yếu: - Vải pác bon TU48-20-]9-72
Trang 23Sơ đồ công nghệ dược trình bày trên hình lồ
Sợi aebon độ | Xử lí bẻ mặt
: _bên cao | ean nhiệt vải sợi 1
- độ thấp (60°-95°C) _!| “Tạo hà ạo hình j Ếp nhiệt
Gia công
Hiuh 16 Sơ đồ công nghệ
Công nghệ được chọn trên cơ sở kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ
thành phần trong composite, các chế độ gia công bẻ mặt, chế dộ ép vA chu trình đốt mẫu lên các tính chất của camposite: tính chất cơ, tính chất nhiệt, hấp
thụ nước
* Tỷ lệ vải trong composite: 60-70% (vật liệu C1)
vải 35-50%, sợi độ bền cao 10-15% (vật liệu C2)
Sợi độ bên cao: 50-60% (vật liệu C3)
* Xử lí nhiệt: 100°C-200°C
* Xử lí bể mặt: 50°C-90°C, mỏi trường PH=7-8, thời gian phụ thuộc, đòng điện
phân phụ thuộc vào loại vải hay sợi
* Chu đốt và lực ép lựa chọn theo sản phẩm cụ thể,
Công nghệ dược thiết lập cho 3 vật liệu :C-l, C-2 va C-3 phục vụ 4 dối tượng đứng dụng: Miếng vd so, Nep KHXuong chỉ trên, Nẹp KHX chỉ dưới, chỉ của chồm xương đùi và đính nội tuý
Vật liệu C-3 gồm sợi C và poliamide được chọn riêng cho đỉnh nội tuỷ Thiết kế kiểu gia cường sợi C trong công nghệ chế tạo đỉnh nội tuỳ khá đặc trưng cho
phép tăng tối đa modu] xoắn Tính chất của vật liêu composite và sản phẩm được chế tao théo công nghệ da duoc chou: Bảng 3: So sánh độ bên uốn, moddl đàn hải của xương và các loại vật liệu cấy giép và kết hợp xương,
Loại vật liệu Độ bẩuuổn | Moduldànhỏi | Độ đẫn nhiệt
Trang 24‘Composite vai carbouts 12*101.- carbau+potiamide(C-2) 600-750 3.2410" Composite soi C-poliamide (C-3) 1330-2000 | 6*10! - t0*10”
* PMMA- Polymethyl Methacrylate
Nhận xét: a-Vật liệu C1,C2 có moduli dần hồi tương dương xương thật, độ bền
cao cho phép khoan lỗ khí làm nẹp KHX b- Vật liệu CI, xương thật và mô
mém cé do din nhiệt tương đương nhau Cl có thể thích hợp dũng chế tạo
Vật liệu các bon và grafit bao gồm các bọn siẻu mịn, các bon có độ xốp
cao, composite C-C là những dạng các bon có ứng dung đa dạng trong y học:
van tim, chom cầu của bộ chòm xương đùi, các khớp nối của xương bánh chè,
khớp nổi xương cốt sống {vật liệu tự bói trơn trong môi trường sinh học), lam
vặt liệu thay thế xương lí tưởng cho việc trám xương, ứng dụng trong nha khoa
và nhãn khoa Đây là những chủng loại vật liệu đòi hỏi thiết bị công nghệ đặc
chủng, các bước công nghệ phức tạp Khi nghiên cứu một số qui trình công nghệ, những tài liệu đã công bố của nước ngoài, chúng tôi đàng kí nghiên cứu
thăm đò công nghệ composite C-C với các mục liêu sau:
* Chọn nguyén ligu nén cho composite C-C
* Thăm đồ khả năng thiết bị trong nước tiến hành quá trình các bon hoá
* Nghiên cứu ứng dụng một vài chế độ công nghé ché tao composite C-C từ dé dịnh hướng những bước công nghệ tiếp theo nhằm tạo vật liệu các bon ứng dụng trong y học với giá thành thấp,
Chế tạo vật liệu composite C-C trong khuôn khổ nội dung đăng kí gồm các bước chủ yếu:
- Tấm vải hay sợi cac bon với chất nến polime là nhựa dầu mmỗ hoặc rezin
- Sấy khô vải tẩm nhựa đó dể bay hơi chất hoà tan và tăng trọng lượng phân tử
của rezin
- Tạo cấu hình sản phẩm cụ thể từ các tấm đã được sấy khô theo tỷ là, kết cấu
nhất định và ép định hình thành prepreg
- Ép tiếp và đóng rắn tạo thành bán sản phẩm
~ Các bon hoá bán thành phẩm ở nhiệt độ §00°C - 1000°C trong môi trường khí
tra, hydro hay chan không theo yêu cầu cụ thể Tốc độ đốt ở giai doan này thường là 5 - 20°C /1 giờ phụ thuộc vào độ dày sản phẩm
Thiết bị chủ yếu được dùng trong các bước công nghệ nêu trên: Máy ép 1ỢT có gia nhiệt, máy rung siêu âm, lò nung chân không 1200°C
Những thí nghiệm thăm dỗ được tiến hành trong thời gian vừa qua có thể
tóm tẮt như sau:
-Nguyên liệu :
+ phenolic (ezol - vật liệu này chớ hiệu suất cac bon hoá cao nhất
Trang 25-Céc bon hod & nhigt do 800 - 930" C theo qui tinh như hình 17
-Diéu kiện cac bơn hoá: lò chủn không 10“mmHg 400 | eae 46a ¢| xacl Hình 17 Chủ trình các bọn hoá
lau 4 lần tái ngâm tẩm và các bơn hoá, hàm lượng các bon đạt 99,2-99,5% Có thể nâng hầm lượng các bon bảng cách chọn nguyên liệu kĩ hơn và có thể dùng chế độ xử lí nhiệt cuối cùng cao hơn,
- Phản tích hàm lượng tạp mẫu sau 3 hắn các bon hoá được chỉ trên bảng 4 Bang 4: Ham lượng tập trong coniposite C-C (*0,001) AI |Sĩ |Mg |Ca |Ba |Ee |Min|[Ni |Cr |Cu ÍPb |Na |Ag |Zn |Šn 3 jlo] 4 200 | 10{ 3 [30 [50 | 30[ 70/15 [50 { lOO} 10 1
~ Độ bến uốn nằm trong dải từ ø = L7 - 34MPa sau khi đã cao bon hoá
- Độ xốp đạt được sau 3-4 lần tẩm, sấy và các bon hoá vẫn cao (khoảng 5-
10) và các quá tình không làm thay đổi đáng kế các tính chất cơ học
- Để tăng độ bên và một số tính chất khác phải có hướng nghiên cứu quá trình
nhiệt phân
14, Các thiết kế nep kết hop xương, xương so cấy ghếp, chủm xương đài và định nội tỷ:
Các sản phẩm được thiết kế dựa vào các cơ sở sau đây: ,
~ Yêu cầu của các nhà phẩu thuật trên cơ sở kích thước xương người Việt
nam, kinh nghiệm ứng dụng lân các nẹp xương làm từ vật liệu của Nga và
Kinh nghiệm sử dụng nẹp kim lòa
- Thiết kế các loại nẹp xương kim loại của AO,
- Độ bển và các tính năng khác của vật liệu composite,
Trang 26Đưới dây là một số thiết kế trên cơ sold che tao cdc bộ khuôn tương ứng Các loại nep kết hợp xương(nep KEZX):
HEPKETHOP XUONG DULCO CHAN (MEPS LUV 20AP1mm Re ren 2) 15°20°S cn WEPKETHOPXUONG CHITREN(KUONGCOTAY) (NEP SLO) 3§ a ° ee 2 2 toe Beane “jae 3! ‘ 1m 0 004m 0 8 : 36 i = 10091079 mm
Hình 18: Thiết kế các loại nẹp KHX cho chỉ trên và chỉ dưới
Nẹp KHX có lỗ (hình 18) được thiết kế dựa trên các khuôn mẫu cia AO (Assoeiation of Orthopaedfcs) có tính đến đặc trưng hình thái xương người Việt nam sao cho khi phẫu thuật nẹp bồ sát tối đa vào xương tránh “tác động dị vật”
có thể xây ra làm ứ đọng dịch thể và nhiễm trùng (nếu có) lan đi xa Số lượng và
kích thước lỗ trên nẹp được thiết kế phù hợp với yêu cầu của các nhà phẫu (huật nhưng vẫn đảm bảo các đặc trưng cơ-lí của nẹp Hiện tại 6 loại nẹp KHX đã, được thiết kế và chế tạo: 2 loại cho chỉ dưới (cảng chăn) và 4 loại cho chỉ trên (cẳng tay) Nẹp chỉ dưới có 8 lỗ đường kính 4,6 mm khoan chéo ngang; nẹp chỉ trên có ổ lỗ đường kính 3,6 nam cách đều nhau dọc nẹp
Trang 27Hình 19: Thiết kế xương cấy giép hộp xo
Xương cấy ghép hộp sọ (h.19) được thiết kế theo hình thái hộp sọ, có kích thước: độ đây 2mm, đường kính 90mm và đường kính độ cong hình cầu 240 mm theo khuôn mẫu của Iga Riêng loại này, nhà phẫu thuật phải cắt gọt theo đúng kích thước miếng khuyết hội; sọ trước khi phẫu thuật Trong thời gian
ới có thể xương trần cấy ghếp và xương hàm cấy ghép cũng sẽ được thiết kế và tsa
Trang 28Dựa vào phản bố ứng suất trong phản cảng của chóm xương dhi, sợi các bon
dộ bén cao sau khi được xử lí bể mặt dược gia cường theo trục trung giản Tỷ lệ
soi/vai khoảng 10-20% là đám báo dộ bám đính tốt Các bán thành phẩm có độ
dày lớn 30mm nên thời gian cho từng công đoạn gia nhiệt cần đủ để nhiệt
dược phân bố đầu trong khoảng thời gian đó Chu tình một lấn ép từ 8-12 giờ
phụ thuộc vào độ đày Chỏm cảu được gia công từ grafit siêu mịn nhập ngoại
theo thiết kế trên Vật liệu gra: siêu mịn rất dất nên để tài dang tìm vật liệu thay thế khác có thể ứng dụng trong y học Định nội tuý ‘ 9mm 36 hoặc 3# mm a-
Hình 21: Thiết kế đình nội tuồ(a) và kết cấu sợi các bon trong nó (b} Hình 2L là thiết kế đỉnh nội tuỷ Không mấu Một số dạng kết cấu sợi đã được thử nghiệm để chế tạo định nhưng độ bên uốn, xoắn không cao kết cấu vững nhất là sợi được kết dưới dạng vải và sau đó kết cấu bằng cách cuộn tròn theo tục dinh cùng với poliamid theo tý lệ nhất đỉnh trong khuôn và ép nhiệt Tính chất của vật liệu được kết cấu theo phương pháp đó được chỉ trong bảng3 (VL Cả) 1,5 Phương pháp do: Phương pháp do các tính chất cơ học của composite được xây dựng tren co SỞ: -Đần do của Nga
-Các tiêu chuẩn ngành của Liên xô trước đây: +TC OCT 48-91.3-81 - graphit kết cấu
Phương pháp đo độ bên uốn, modul đần hồi +TC OCT 48-91.2-81 - graphit kết cấu,
Phương pháp đo độ bền nén
+TC MU 4807 - 69 -87 - graphit kết cấu
Phương pháp đo độ bển uốn và modul đàn hổi của sợi cacbon trong
Trang 29+0 “Bo ben nén: P y= F Trong đó: P: Lực nền lén mẫu nD Fe — 4 “Do bép udn: +BDo bén udn cla composite carbon: 3PI 2bh? +Độ bến uốn của sợi trong composile thầm lượng sợi là 60):
*Modul dan héi:
Trang 3030 N: Tỷ lệ sợi trong composite (%) *Độ bản tượi: — 3P ope 4ab “Trong dé: a: do.day mau b: 46 rộng mẫu
Két yud: - Kay dựng xong chương trình tính các đặc trưng: độ bén uốn, độ bền
trượt, độ bên nén và modul dần hỏi của composite sợi các bon Chương trình
cũng cho phép tính một số tính chất của sợi các bon
~ Xây dựng xong bộ chuyển dối từ hệ do sang mấy tinh - Xây dựng xong qui mình tạo mẫu đo, các khuôn tạo mẫu
Các số liệu đo độ bên cơ học, modul dân hỏi được so sánh và hiệu chỉnh với kết quá đo được trên thiết bị "Instron" của viện Niigraphit Hình 22 và bảng 3,3 hình bây một vài số liệu dược đo trên thiết bị và chương trình máy tính của
Viện NCUDCN đã dược chúng tôi xây dựng
Các thí nghiệm về đo độ dẫn nhiệt của composite được tiến hành trên
thiết bị tự động của GS Đàm Trung Đồn (ĐHKH Tự nhiên Hanoi) và thiết bị của Niigraphit theo tiêu chuẩn ngành của Nga: OCT 48-91.7-81
Trang 31
at Being 3: Anh hưởng của lồ lên tình chát cơ của nạp KHX baug composite C2 (Nạp 3" HP DU mm)
Loại nẹp Độ bến uốn | Suy giảm độ | Mođul đản
- (MPa) bền uốn(%) | hổi (Mpa) Nẹp KHX chưa khoan lỗ 525 1,56*10” Mẹp KHX có lỗ (Điểm ti lực nén giữa 2 lỗ) 188 0,73 1,55*10 Nẹp KHX có lỗ (Điểm gì lực nén trên lỗ) 262 9,42 1,69*102
1.6 ảnh hưởng của huyết thanh sinh lý ten tinh chat composite
Đã tiến hành ngâm vật liệu composite "Eatost-L” của Nga, Clvà C2 trong
huyết thanh sinh lí thời gian từ 3 tháng đến | nam và sau đó đo độ bản uốn, modul đàn hỏi, mức độ hút nước Kết quả cho thấy các tính chất trên không bị thay đổi đáng kể (bảng 6)
Kết quả này khẳng định thêm rằng các loại vật liệu nêu trên có thể làm việc lâu
dài trong cơ thể
Bảng ố: Anh lusễng của huyết thanh sinh lí lên tính chất của composite cấy ghép
Loại vật liệu Độ bên uốn | "Modulđàn' [Độ hútnước
(MPa) héi (MPa)
Composite "Intost-1" không 266 0,505*10" ngâm HTSL Composite “Intast-1" ngam 0,50610" 3% HTSL 0,9% (12 thang) bọ ot 2 Kết quả ứng dụng lâm sàng:
2-4 Phẩu thuật kết hợp xương: (Kết quả của GS Nguyễn Quang Long, Chủ nhiệm khoa Chấn Thương Chỉnh Hình và các cộng sự - BV Chợ Rấy Kết quả chỉ tiết xin xem thêm các công trình của các tác giả trên ở phần phụ lục của Báo
cáo này) ,
Để tiện so sánh chúng tôi trình bày thêm một số kết quả ở giai đoạn trước khi để tài tiến hành (giai doạn 1),
Giải đoan I:
Từ 1995 - (996 G§ Nguyễi Quang Long và các cộng sự dã thực hiện các ky
thuật kết hợp xương bằng các nẹp dug composite cic bow do Viện
Trang 32
a snghidne ten thd jue thd
Dùng tổ hợp các bon đưới dạng rắn cho 20 con thé Dưới tác dụng, ăn toàn, qua đường rạch đa mặt ngoài đùi để bộc lộ xương đùi và
đặt nẹp tổ hợp các bon ( 3 x 5mm) Nep duge cố dịnh bên trong màng xương
nhờ vít hoặc chỉ kim loại Sau đó khảu lại vết thương và bảng bảo vệ trong vài ngày, Nhóm chứng được tiến hành tương tự như với nẹp kim loại
2- Nhóm 2 : Dùng tổ hợp các bon dưới dang bột cho LÔ con thỏ Khoảng
3mm*2 bột các bon được cho vào cơ đùi thỏ qua đường tương tự như nhóm 1
Kết quả : ( Do bác sĩ Trần Minh Thang, chuyên khoa bệnh lý giải phẫu thực
hiện và doc iat cA cdc ban xét nghiệm)
Trong nhóm 1, thỏ được mổ lại tuần thứ 12 dén tudn thit 16 khi dat nep
Với nẹp composite sợi các bon : Toàn bộ nẹp được bao bọc bởi lớp mô mỏng và
can xương Có nhiều tế bào hạt non và tế bào dạng tiểu bào, đại bào Đối với
nẹp kim loại, nẹp được bao bọc nhiều can xương và một lớp tế bào dạng tiểu mô và tế bào đại bào phần ứng vật lạ
Trong nhóm 2, thổ mổ lại sau 24 tuần sau phẩu thuật đặt bột các bon vào
cơ đùi Các mẫu mô dã được lấy từ cơ xung quanh bột, hach ving ben, co tim
và gan để quan sát mô học Hầu hết các bột các bon nằm trong khoảng kế của
cơ Không có hiện-tượng viêm mãn tính Không có hiện tượng mảnh các bon
trong tổ hợp của hạch, tìm và gan Kết quả đánh giá qua thực nghiệm nhận thấy
composite các bon cố tính hợp mỏ tốt hơn so với phan tứng của nẹp kim loại, đặc biệt là chưa ghí nhận được phản ứng ác tính
Sau này xét nghiệm bệnh phẩm lấy được ở 30 trường hợp bệnh nhân được tháo bỏ nẹp đều có hình ảnh bệnh lý giải phẫu tương tự như thực hiện trén thé
Ị Phẫu thuật kết hợp xương bằng vát liêu composue ccác bon của Nga sản
xuất "JMfost- |”;
Thành phân là các ống nẹp nửa chu vi gồm 3 cỡ khác nhau cho các gãy xương đùi, xương chày và các xương dài lớn cho chí trên ( Xương quay, xương
trụ, xương cánh tay) dùng 4 kỹ thuật kết hợp xương ; Dùng nguyên ống 1/2 chu
vì + định nội tuỷ, dùng nẹp khổ hẹp 2cm cất từ nữa ống dùng một mình và cuối cing ding nẹp hẹp + định nội tuỷ
Đã phẫu thuật 78 trường hợp sau đó tổng kết được 49 trường hợp KHX được, theo đối đến kết quả chối cùng
Trang 33đời Kết quả 49 lần theo + Không có tử vong và cát cụt chi » Liểnxương 44/19 lần «ƯỊ Khớpgiả 3/49 lần hein vie:
*#ống nẹp các bon của Nga sán xuất dùng cho bệnh nhân Nga dường kính lớn
hơn ống xương người VN Khi kết hợp xương cho bệnh nhân VN, do một bên
cạnh dọc của ống nẹp rộng hơn, tạo khoảng trống giữa nẹp và thân xương dé tao
ra tình trạng ứ máu tụ, làm răng cao tỷ lệ ứ dịch và đò thứ phát Nếu sẻ hẹp và
khoan lỗ tức thì trong phẫu thuật làm cho bụi các bon từ mếp cưa và lỗ khoan
nhuộm đen các mơ mềm chung quanh Ngồi ra nếu hấp ẩm ( hơi nước) để khử
trùng nẹp trước khi mổ tạo điển kiện nẹp các bon hút ấm thêm dịch, cũng là diều kiện gây ứ dịch cao
Tuy vậy khắc phục các yếu tố trên, mạch các bon tạo ra liền xương khá dễ đàng,
** Ông nẹp "Intost-L" khỏng thể dùng KHX dùi vì khí cất theo tiêu chuẩn và
khoan lỗ thì nẹp quá yếu
Giai đoàn 2; Giai đoạn kết hợp xương bằng nẹp các bon do Đề tài thiết kế và chế thử 1997-1998
+ Đã sử dụng 4 loại nẹp các bon do Trung tâm vật liệu mới sẵn xuất hoàn chỉnh theo miu AO (Chế tạo trên cơ sở vật liệu C1 và C2)
+ Năm 1997 đã điều trị cha 79 xương gây
+ Trong đồ có 42 trường hợp được theo dõi đến kết quả cuối cùng :
Gãy xương đùi 40 trường hợp Gay xương chày 01 trường hợp Xương cánh lay 01 trường hợp
Kết quả : (40 trường hợp gãy xương đùi )
Không có tử vong, không phải cắt đoạn chỉ
Liên xương tốt — 37 lần Khép gid 0] lần
Đổi phương phấp KHX 01 lần Không theo dõi được, “O1 lần
So sánh kết quả của 2 giai đoạn :
Bảng 7: Sa sánh kết quả KHX dùng nẹp của Ngá và của Việt Naài sẵn xuất
Loại biến chứng Composite các bon của Ï Nẹp composite các bon 'Nga chế tạo do Việt nam sản xuất
{- Nhiễm trùng cấp tính tức thì 3,8% 0%
2- Ứdịch và dò muộn thứ phát 36.5% 48%
Nbugm đen mô mềm vùng phẫu
thuật ( Quan sắt các trường hợp 6/30 0/6
tháo bỏ nẹp carbon'khí đã liều
Trang 34Bung 8 : So sdnh ty 16 lién xuemy saue phan thadt:
Loại nạp Tỷ lệ liên xương
1 Nep composite cdc bon do Nga sản xuất 86%
2 Nep composite cdc bon do VN san xuất 92%
Từ 6/97 đến tháng 9/1998, hơn 350 ca phẩu thuật kết hợp xương bing NKHK
của VN chế thử đã được thực hiện Kết luận ;
~Tỷ lệ liên xương trên là thoả dáng phù hợp với các chỉ tiêu của thế giới -Các nẹp composite các bon VN chế tao phù hợp với cơ thể người
-Các sản phẩm của VN chế tao theo tiêu chuẩn AO là hoàn thiện cho các bác sĩ
phẫu thuật, đạt tỷ lệ liên xương cao hon cia Nga 92%/86%
-Các nẹp KHX composile các bon thực hiện nguyên tác cố định mềm cho các
gãy xương tạo nên liển xương vững chắc thứ phát trong hâù hết các trường hợp làm xương
B/ Phdu thuat tao hừnh hộp vo bằng vậi liu composite che bon 1997-1998:
{Sử dụng vật liệu do đề tài chế tạo- Composite cdc bon-poliamide C1)
“Tại bệnh viện 175 do PTS Trần Hành và cộng sự thực hiện trên 40 ca
Tai bénh vién Xanh Pon - HN do Thạc sĩ Nguyễn Công Tô thực hiện = 20.ca, “Tại bệnh viện Chg Ray do Bác sĩ Nguyễn Văn Nho và cộng sự thực hiện hơn 40
ca
Sau khi mổ tất cả các ca mổ tốt, đã theo dõi từ 1 đến 2 năm trong đồ chỉ có 2
trường hợp bị nhiễm trùng do lina lam sạch vết thương trước kh ghép Kết quả như sau :
- Đảm bảo độ chính xác, mảnh ghép áp khít vào bờ ở khyết xương, tương đối
phù hợp độ lỗi của hộp sọ, đặc biết ở vùng trầm
- Dễ cố định vững chắc, không bị xô lặch khi va chạm
- Đã vững để chống lại các chấn thương
- Cơ thể dung nạp không gây phản ứng tại chỗ hoặc bị loại trừ
- Không cắn quang nên không gây trở ngại khi tiến hành xết nghiệm Xquang
hộp sọ về sau
- Dễ và đảm bảo tiệt trùng
- Kỹ thuật mổ tương đối đơn giản
- Kích thước lớn để che phủ các khuyết xương lớn
Kết luận :
Vật liệu composile carbon Cl là vật
Trang 35
3.Kết luận về kết quá nghiên cứu khoa học và cùng nghệ:
*Đã thiết lập dược qui trình cônh nghệ cho phép chế tạo các sản phẩm : Nẹp kết hợp xương, xương sọ cấy ghép, bộ chỏm xương dùi cấy ghép các sân
phẩm được thử nghiệm lâm sàng với số lượng lớn
* Đã thiết kế sản phẩm, chế tạo 8 bộ khuôn ép các sản phẩm đó
*Đã chế tao hun 350 nẹp kết hợp xương các loại, 200 xương sọ, trần cấy
ghép, 5 bộ chỏm xương dùi và một số đỉnh nội tuỷ
#*Đã xây dựng xong hệ do các đặc trưng cơ học: modul, độ bên của conaposite đồng thời hệ đo có thể đo cả dặc trưng cơ học của sợi các boa ( phần
này nằm ngoài nội dung đã đãng kí)
Ngoài ra để tài đã tiến hành do dác trưng nhiệt của xương và so sánh với
đặc trưng đó của vật liêu cấy ghép , một còng trình nghiên cứu cơ bản về cấu
trúc nanocomposile và ứng dụng cho hệ sinh học - Vật liệu thay thế xương- collagen- hydroxyapatit-nước liên kết
Những việc chưa làm được: Thứ nghiệm trong phòng thí nghiệm và thứ nghiệm lâm sàng còn quá ít đối với bộ chỏm xương đài và định nội my
#INhững kết quả nghiên cứu của để tài đã được công bố trong 8 công trình
trong và ngoài nước ( một số bài báo dược tình bày trong phần phụ lục):
f Phan Van An, Bui Cong Khe, V4 Kostikov, "Preparution of carbon materials for medicine" Proc of 9th International Conference on Biomedical
Engineering 3-6/12/1997, Singapore
2 Nguyen Quang Long, Truong Quan Tuan, Do Phuoc Hung, Trinh Xian Le, “The use of carbon fibre composite plates for fixation of human fractures”
Proc of 9th International Conference on Biomedical Engineering 3-6/12/1997,
Singapore
3 Phan Van An, Bui Cong Khe, Tran Hanh, “Development and application of
carbon cloth reinforced plastics for replacement of the cranial vault defects"
Proc of First Asian-Australasian Conference on Composite Materials (ACCM-
L) 7-9/10/1998, Osaka, Japan
4 Phan Van An, Bulionkov N.A., "Vital problems of the Structure of Nanocomposites and Possibilities of their Modular Design" Proc of First
Asian-Australasian Conference on Composite Materials (ACCM-1) 7-
9/10/1998, Osaka, Japan
S Phan Van An, Bui Cong Khe, Va Thank Huong, Pham Kim Chỉ, Đã Việt
Hưng," Chế tạo vật liệu cấy gháp tá lợp sợi các bọn dàng trong chấn thương
chẳnh hành và phẩu thuật thần kinh”, Báo cáo sẽ được trình bày và đăng trong kĩ yếu Hội nghị y học TP Hồ Chí Minh nhân dịp 300 năm thành lập Sài Gòn, 18-
21/11/1998, TP HCM ⁄
6 Nguyễn Quang Long, Trường Quan Tudn va DS “Nẹp tổ hợp các bon điều trị cúc gãy xương do tại nạn hat thông" Nghiên cứu Khoa Học- Y học TP Hồ Chí
Minh, tap 1 s6 4, 1997
7 Nguyễn Quang Lang, Đỗ Phước Hàng và các DS “Nẹp rổ hợp các bạn diễu trị các gây thân xương dài” Báo cáo sẽ được trình bày và đăng trong kỈ yếu
Trang 36Hoi nghi y hoc TP Hé Chi Minh nhan dip 300 nim thành lập Sài Gòn, 18- 21/11/1998, TP HCM
8 Pham Van An, “ Các bon= Vật liệu V-Sinh”, Báo cáo tại Hội thảo "Chiến lược phát triển Vật liệu Y -Sinh", Hanoi , 1998
4 Kết quả về đào tạo và hợp tác quốc tế:
Đã có thêm một số cần bộ trẻ tham gia làm việc và sẽ được đào tạo nâng
cao kiến thức theo chuyên ngành này
Đã có sự hợp tác rất tốt và nhịp nhàng giữa những nhà vật liệu và các giáo
sư, bắc sĩ phẩu thuật
Đã có 3 nghiên cứu sinh đang làm luận án ứng dụng lâm sàng vật liệu này Ngoài CHLB Nga, đã thiết lập thêm quan hệ hợp tác trong lĩnh vực này với:
- Vién Vat ligu composite Kaiserslautem (institut fur Verbundwerkstoffe GmbH)- CHLB Duc - Trường Téng Hop Swansea (University College of Swansea) - Vuong Quéc Anh - Viện Nghiên Cứu Vật liệu Singapore Ð, KẾT LUẬN CHƯNG:
- Các mục tiêu của dễ tài đã hoàn thành: Có cỏng nghệ đáp ứng việc chế tạo một số sản phẩm cho chấn thương chỉnh hình : Nẹp kết hợp xương các loại, xương sọ, trán cấy ghép, chỏm xương đùi và định nội tuỷ Tính năng của các sản
phẩm niêu trên tốt hơn các sản phẩm tương tự của Nga trước đây, cho pháp ứng
dụng rộng rãi hơn trong phẩu thuật chỉnh hình và phẩu thöật thần kinh
- Các sản phẩm của để tài đã dược thử nghiệm lam sàng với số lượng lớn Kết quả thử nghiệm đã được phân tích đánh giá kĩ lưỡng cho phép ứng dụng để điều
Trang 3791431) 201-8 rae 631 3882-290
Insticute of New Technologies Promucion serermnsromarosn
Dr Phin van sa” SE eon
Chief of Materials Department tenes Nanas scene
25 Le Thanh Tong Sragrensacasts Reseashaseas —— Hanoi Viemam panne {ARE NACHRICHT VOM 11.02.98
Déar Dr van An
After my retum to Germany [ earned stom my supervisor, Prof, Klaus Friedrich, that vou had
to canes! your visic co TVW at the ana of last year for health reasons, f hone chat you nave
and that you are back = goad hes’
Wich this Tener { would like t assure you thar our Instinste is still very interested in establishing a collaboration with you and we would be pleased to weicome you in Kaiserslaurem in the medr funiré, If you could give us a couple of optional dates for this visit -
{would be more than happy to arrange everything trom our end
In order to give you a better idea on the structure and the available facilities here, I have enclosed a brochure car you
Lam looinng, foreword to-your reply - Best regards =} 0 “>> a ` ‘ Q 4 ues wae ff | - il) :
Dwwl.-tau/ Sirgen Krebs + Prat Dr-lng Klaus Fredrich
Sexeatific Assistant : Seteninfic Director
Trang 38InsriruT FOR Yuk BUNDWERKSTOFFE Gait CENTRE OF NEW MATERIALS Hi Mr Dr Phan Van An CA Ki Mi, ATM hân TÊN xu
25 Le Thanh Tong Str Staunyeryra vest K senshi ths Laevaning Hanoi - Vietnam EZ SAUSI LK ter ot9R LI $
St -tmaias BE Hangar ead Dave
16.09.97
Your fax message of 14.10.97
Dear Dr Phan Vaa An,
with this fetter I would like to renew our invitation to you for a visit of our institute Concerning
the date, we can arrange a visit between Dec.13 and Dec.17, 1997 Again, please confirm the suggested time ,
Finally we would mention again to assist you in inaking a hotel reservation
We are looking forward to your reply and remain meanwhile
with kind regards,
Prof Dr.-Ing K Friedrich Research Director
Trang 39Department of Materials Engineering, University College of Swansea, Swansea 342 8PP, Wales, UK Tel: 01792 205678 Fax: 29524 E-mail address: g.m, jenkins@'swansea.ae.uk Dr Phan Van An Chief of the Department of New Materials Technology, 25 Le Thanh Tong, Hanoi Viemam apnl 30 1997 Dear Dr Phan Van An,
Thank vou for your fener of the [8th March 1997 [ was most interested in your letter and would be pleased to collaborate with vou and your colleagues in developing aew materiais and applications in my chosen field: Carbons end Carbon Composites, I enclose ‘short curriculum vitae and publication list From this you will note that I have been working
in Huntsville, Alabama, over the last nine years, Jeveloping new technology for manufacturing large pieces of hollow ware of glassy polymeric carbon tor crystat growth applications and, most recently, for synthesis of fullerenes by pyrolysis of hydrocarbon gases [ have also been working on the use of this material for new lithium-carbon batteries, I started a company in Sovansea (0 manufacture heart vaives out of this carbon Unfortunately, the design chosen by my colleagues was 100 intricate for large scale production and sa F have now resigned as
dixector of that company I have now retired from both the Universities of Wales and Alabama, although I have been given laboratory, library and computer facilities in my old Department in Swansea, Please fesl free to communicate with me, care of the Department of Materials
Engineering at Swansea Since I no longer have industrial or formal academic links f shall be tree to work with your Department in any new developments that may be agreed, and indeed - look forward fo such co-operation,
Yours sinveceiy, #
Trang 40MYC LUC CAC BAL BAO DA CONG BO
L Phan Van An, Bui Cong Khe, VI Kostikov, "Preparation of carbon
materials for medicine” Proc of 9th International Conference on Biomedical
Engineering 3-6/12/1997, Singapore
2 Nguyen Quang Long, Truong Quan Tuan, Do Phuoc Hung, Trink Xuan
Le, "The use of carbon fibre composite plates for fixation of human
fractures", Proc of 9th Intemational Conference on Biomedical Engineering
3-6/12/1997, Singapore
3 Phan Van An, Bui Cong Khe, Tran Hanh, "Development ang application
of carbon cloth reinforced plastics for replacement of the cranial vault defects" Proc of First Asian-Australasian Conference on Composite Materials (ACCM-1) 7-9/10/1998, Osaka, Japan,
4 Phan Van An, Bulionkov N.A., "Vital problems of the Structure of
Nanocomposites and Possibilities of their Modular Design” Proc of First
Asian-Australasian Conference on Composite Materials (ACCM-1) 7- 9/10/1998, Osaka, Japan
5 Phan Van An, Bui Cong Khe, Vu Thanh Huong, Pham Kim Chi, Đỗ Việt
dưng," Chế tạo vật liệu cấy ghép-tổ hợp sợi các bon dùng trọng chấn thương
chỉnh hình về phẩu thuật thần kinh" Báo cáo sẽ được trình bày và đăng trong kĩ yếu Hội nghị y học TP Hồ Chí Minh nhân dịp 300 năm thành lập Sài
Gòn, 18-21/11/1998, TP HCM
6.Nguyễn Quang Long, Trương Quan Tuấn và ĐS "Nẹp tổ hợp các bon điều
trị các gấy xương do tai nạn biết thông" Nghiên cứu Khoa Học- Y hoc TP
Hồ Chí Minh, tập 1 số 4, 1997
7 Nguyễn Quang Long, Đỗ Phước Hùng và các ĐS “Nẹp tổ hợp các bon
điêu trị các gẫy thân xương dài”, Báo cáo sẽ được trình bày và đăng trong kỉ yếu Hội nghị y học TP Hồ Chí Minh nhân dịp 300 năm thành lập Sài Gòn,