Сапфир в современной медицине и технике

 

  • Slides
  • Slides
  • Slides
  • Slides
  • Slides
  • Slides

Что касается современного использования сапфира, то его широко применяют в медицине и других областях. Так, например, из высокопрочных сапфировых пластин изготавливают бронежилеты. Конечно, стоит упомянуть, что для этих целей используется синтетический камень, а не природный.

Также сапфиры применяются в имплантологии и лазерной терапии. Как уже говорилось выше, сапфиры обладают повышенной прочностью, поэтому они незаменимы в качестве имплантантов в ткани человеческого тела. Их применение связано с тем, что сапфировые имплантанты не вступают в реакции с органическими и неорганическими кислотами и щелочами. А по инертности они даже превосходят металлы и сплавы, не уступая и драгоценным металлам.

Эндопротез из сапфира

В отличие от золота и платины, кристаллы сапфира диэлектричны, поэтому во влажной среде между ними не возникает электрохимического потенциала. Они не образуют ни с какими другими металлами гальванических пар, именно поэтому обладают большими преимуществами перед конкурирующими материалами. В частности, из сапфира изготавливают позвонки и межпозвоночные диски, которые применяются в ортопедической практике. Сапфир нетоксичен для организма, он не вызывает никаких изменений функций центральной нервной системы, печени, почек, белкового и жирового обмена, общей реактивности, а также не обладает канцерогенным, мутагенным и другими вредными видами действия. Также ортопеды обратили внимание на то, что на полированной поверхности сапфира не нарастает ткань. Оказалось, что сапфировые имплантанты обладают двояким свойством. Они могут либо быстро срастаться с окружающими тканями, либо оставаться автономными. Недавно официальный статус был присвоен эндопротезу из сапфира - разработке специалистов Харьковского института патологии позвоночника и суставов им. Ситенко. Задумка создания сверхпрочного эндопротеза возникла еще 25 лет назад. Однако, только сейчас идея была воплощена в жизнь. Срок службы такого эндопротеза предположительно может составить не менее 25 лет. Первые попытки эндопротезирования на основе сапфира были единичными, а сейчас количество таких операций достигает нескольких сотен в год. В перспективе ученые планируют значительно увеличить число операций по установке эндопротезов из сапфира.

Но ортопедия – далеко не единственная область медицины, где нашел свое новое применение сапфир. В настоящее время ведутся исследования по использованию сапфира в урологии. Кроме этого, изучают возможности применения сапфира по устранению последствий черепно-мозговых травм. Также исследуются возможности использования сапфира как нейтрального оптически прозрачного материала в офтальмологии.

Сапфировые брекеты

Не обошел стороной сапфир и стоматологию. В настоящее время широко применяются сапфировые имплантанты зубов. Интересно, что первые попытки имплантации зубов предпринимались еще до нашей эры. Так, например, Овидий (43 г. до н. э. – 18 г. н. э.) считал, что в качестве имплантантов нужно использовать слоновую кость или зубы детей рабов. Но все дело в том, что Овидий не знал, что именно натуральные по структуре материалы будут отторгаться организмом. Чем больше молекулярная структура имплантанта отличается от живой ткани, тем меньше вероятность отторжения. Иммунная система «узнает» донорские зубы, которые близки по структуре к настоящим, но не идентичны, вследствие чего вызывают аллергию, и отторгает их. Именно поэтому и начали применять имплантанты из сапфиров. Но случилось это значительно позже. Превосходная биосовместимость этого камня не гарантирует его полной адаптации в организме. Для лучшей адаптации в костной ткани поверхность сапфира полностью или частично активируют. Для этого на активируемую поверхность наносят и запекают при высокой температуре слой высокодисперсного сапфира толщиной 0,2 мм, а границы обогащают ионами натрия и кремния. В стоматологии также применяют сапфировые брекеты. Их изготавливают из монокристаллического лейкосапфира. Они прозрачные и очень прочные. Преимуществом этих брекетов является то, что на них не скапливается налет, а также они не подвержены окрашиванию.

Кроме применения сапфира в стоматологии, его успешно используют и в такой отрасли медицинской техники, как специальный инструментарий. Успех микрохирургии во многом зависит от остроты микролезвий. Чем тоньше и острее лезвие, тем больший успех будет иметь операция, производимая с его помощью. К примеру, радиус закругления кромки стального скальпеля превышает несколько микрометров. Это достаточно много. А благодаря тому что сапфир значительно тверже любой закаленной стали, из него можно изготовить лезвия с радиусом закругления кромки 40–50 нанометров (то есть на несколько порядков меньше). Это вполне соизмеримо с толщиной волокон ткани. Получается, что лезвие не режет волокна, а как бы раздвигает их. При этом значительно снижается травматизация тканей. Плюс ко всему стальное лезвие не всегда способно выдержать даже одну операцию, а сапфировое микролезвие благополучно переносит 50-200 операций.

Cапфировое стекло

Многие минералы, которые нашли применение в ювелирном деле, используются также и в технике. Сапфир благодаря его повышенной твердости применяют в буровых коронках, а также в лазерах и транзисторах. Синтетические лейкосапфиры находят применение в качестве сырья для изготовления офтальмологических скальпелей, хрусталиков глаза; для производства высокопрочных оптически прозрачных элементов (иллюминаторов в космических станциях, защитных стёкол оптических средств ракет и самолётов, защитных стёкол экранов в эксклюзивной технике: мобильные телефоны, часы и фотоаппараты); как подложки в микросхемах. Одной из последних разработок стала технология производства тонкой прозрачной брони, выдерживающей попадание бронебойной пули из крупнокалиберной снайперской винтовки. Авторство изобретения принадлежит ученым Харьковского института монокристаллов. Структура брони подобна «бутерброду», в котором послойно располагается стекло, пластмасса и сапфир. Конусная пуля, столкнувшаяся с броней, в первую очередь встречается с сапфировым слоем, который меняет форму пули и сплющивает ее. Последующие слои предназначены для остановки перемещения цилиндрической пули. Для изготовления прозрачной брони используется искусственный сапфир, упрочненный специальными запатентованными методами (замена кристаллографических характеристик, насыщение структуры сапфира различными упрочняющими связями). Преимущества изобретения очевидны – броня на основе сапфира толщиной 30 миллиметров способна обеспечить такую же защиту, как бронебойное стекло толщиной 100 миллиметров. Испытания сапфирной брони уже проведены – выстрел из бронебойного оружия с близкого расстояния привел только лишь к образованию небольших трещин. Разработкой харьковских ученых уже заинтересовались спецслужбы, военная и космическая промышленность, а также известные автомобильные концерны. Прозрачная броня может быть эффективно использована при изготовлении иллюминаторов в космических кораблях и самолетах, защитных стекол в эксклюзивной технике и бронированных окон в VIP-автомобилях.