ВЛИЯНИЕ ДИГИДРОКВЕРЦЕТИНА НА ТРЕНИЕ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА ПО СТАЛИ И СПЛАВУ Ti6Al
Аннотация
Показано, что основной причиной уменьшения срока службы и выхода из строя трибоимплантатов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) являются трибоокислительные процессы. Для ингибирования трибоокислительной стабильности и повышения срока эксплуатации имплантата использовали стабилизирующие добавки. Исследованны наиболее распространенный стабилизатор - α-токоферол, а также, впервые, в качестве термо- и трибо- окислительного стабилизатора СВМПЭ биосовместимый стабилизатор ряда флавоноидов – дигидрокверцетин. Дигидрокверцетин (ДГК) стабилизирует перекисные радикалы, образующиеся в результате трибологического процесса (трение СВМПЭ), отрывом атома водорода от ОН-групп с образованием нереакционноспособного феноксильного радикала. Проведен сравнительный анализ образцов, отличающихся введенными стабилизаторами ДГК и α-токоферолом. Образцы были получены методом прямого компрессионного прессования при температуре 190 ºС. В результате исследования термо- и трибоокислительной стабильности СВМПЭ при введении стабилизаторов было показано, что ДГК является более эффективным термоокислительным стабилизатором по сравнению с α-токоферолом, термоокислительная стабильность композиции сохраняется до температуры 230 °С. Было проведено исследование поведения при трении композиций при более высоких температурах, чем температура человеческого тела. Такие условия достигали с помощью постепенного увеличения скорости при трении. При этом у СВМПЭ и композиции с α-токоферолом наблюдалось увеличение веса вследствие трибоокислительных процессов. Введение высокоэффективного биостабилизатора термоокисления дигидрокверцетина приводит к сохранению первоначального веса образцов. При подборе контртела для разработанной композиции с ДГК было проведено исследование трения по стали 3Х13 и сплаву Ti6Al, используемого в медицине и в эндопротезах искусственных суставов. Показано, что лучшие результаты получены в случае использования стального контртела.
Литература
Korshak V.V., Gribova I.A., Krasnov A.P., Aderikha V.N. Investigation of surface layers of a polyphe-nylquinoxaline-based polymer system during friction. Trenie Iznos. 1983. V. 4. N 1. P. 221-225 (in Russian).
Krasnov A.P., Naumkin A.V., Yudin A.S., Solov'eva V.A., Afonicheva O.V., Buyaev D.I., Tikhonov N.N. Nature of initial acts of friction of ultrahigh molecular weight polyethylene with steel surface. J. Friction Wear. 2013. V. 34. N 2. P. 120-128. DOI: 10.3103/S1068366613020074.
Pogosyan A.K., Hovhannisyan K.V., Isadzhanyan A.R. Friction transfer and self-lubrication of polymers. J. Friction Wear. 2010. V. 31. N 1. P. 81-88. DOI: 10.3103/S1068366610010083.
Charnley J., Cupic. Z. The nine and ten year results of the low-friction arthroplasty of the hip. Clin. Orthop. 1973. N 95. P. 9-25.
Premnath V., Harris W.H., Jasty M., Merrill E.W. Gamma sterilization of UHMWPE articular implants: An analysis of the oxidation problem. Biomaterials. 1996. N 17. P. 1741.
Williams P., Yamamoto K., Oonishi H., Clarke I. Highly cross-linked polyethylenes in hip replacements: improved wear performance or paradox? Tribol. Transact. 2007 N 50. 2. P. 277-290
Lerf R., Zurbrügg D., Delfosse D. Use of vitamin E to protect cross-linked UHMWPE from oxidation. Biomaterials. 2010. V. 31. N 13. P. 3643-3648. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2010.01.076.
The Science of Flavoids. Ed. by E. Grotewold. New-York: Springer Science. 2006. P. 71-97.
Grupp T. M., Holderied M., Mulliez M. A., Streller R., Jäger M., Blömer W., Utzschneider S. Biotribology of a vitamin E stabilised polyethylene for hip arthroplasty - influence of artificial ageing and third-body particles on wear. Acta Biomat. 2014. N 3. P. 10.
Mehmood M.S., Walters B.M., Yasin T., Ahmad M., Jahan M.S., Mishra S.R., Ikram M. Correlation of residual radical's with three phase morphology of UHMWPE: Analysis for the dependence on heat involved during vitamin E diffusion. Eur. Polymer J. 2014. N 53. P. 13–21. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2014.01.013.
Shen J., Costa L., Xu Y., Cong Y., Cheng Y., Liu X., Fu J. Stabilization of highly crosslinked ultra high molecular weight polyethylene with natural polyphenols. Polym. Degrad. Stability. 2014. V. 105. P. 197-205. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2014.04.018.
Krasnov A.P., Aderikha V. N., Tikhonov N. N., Naumkin A.V. On systematization of nanofillers of polymer com-posites. Friction and wear. 2010. V. 31. N 1. P. 93-108.
Afonicheva O.V., Mit' V.A., Vasil'kov A.Y., Said-Galiev E.E., Naumkin A.V., Nikolaev A.Y., Aderikha V.N., Tikhonov N.N. Categorization system of nanofillers to polymer composites. J. Friction Wear. 2010. V. 31. N 1. P. 68-80. DOI: 10.3103/S1068366610010071.
Takahashi Y., Yamamoto K., Shishido T., Masaoka T., Tateiwa T., Puppulin L., Pezzotti G. Strain-induced microstructural rear-rangement in ultra-high molecular weight polyethylene for hip joints: A comparison between conventional and vitamin E-infused highly-crosslinked liners. J. Мech. Behav. Biomed. Mater. 2014. N31. p. 31-44. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2012.12.009.
Oral E., Greenbaum E.S., Malhi A.S., Harris W.H., Muratoglu O.K. Characterization of blends of alpha-tocopherol and UHMWPE. Biomaterials. 2005. N 26. P. 6657.
Oral E., Wannomae K.K., Rowell S.L., Muratoglu O.K. Migration stability of alpha-tocopherol in irradiated UHMWPE. Bio-materials. 2006. N 27. P. 2434.
Reno` F., Cannas M. UHMWPE and vitamin E bioactivity: an emerging perspective. Biomaterials. 2006. N 27. P. 3039.
Krasnov A.P., Tikhonov N.N., Yudin A.S., Afonicheva O.V., Naumkin A.V., Volkov I.O., Buzin M.I., Bulgakov V.G., Gavryushenko N.S., Said-Galiev E.E., Nikolaev A.Yu., Khokhlov A.R. Tribochemical behavior of ultrahigh-molecular polyethylene and its nanoporous analogue modified by a-tocopherol. Treniye Smazka Mashinakh Mekh. 2012. N 4. P. 31-37 (in Russian).
Kugach B.B., Nikul'shina N.I., Ishchenko V.I. Dosage forms of flavonoids. Khim. Farm. Zhurn. 1988. V. 22. P. 1018-1025 (in Russian).
Rice-Evans C.A., Miller N.J., Paganga G. Antioxidant properties of phenolic compounds. Trends Plant Sci. 1997. V. 2. P. 152-159.
Goroshkov M.V., Shaposhnikova V.V., Askadsky A.A., Blago-datskikh I.V., Naumkin A.V., Salazkin S.N., Krasnov A.P. Effect of the molecular weight of polyarylene ether ketones on the tribological properties. J. Friction Wear. 2018. V. 39. N 2. P. 114-120. DOI: 10.3103/S1068366618020058.
