Библиографическое описание:

Коварда В. В., Марчук А. К. О возможности применения продукции нанотехнологий (магнитных жидкостей и МРС) в травматологии и ортопедии для повышения конкурентоспособности протезно-ортопедических изделий // Молодой ученый. — 2012. — №6. — С. 169-173.

Академик РАН С.Ю. Глазьев в своем докладе «Развитие российской экономики в условиях глобальных технологических сдвигов», подготовленном в начале 2007 года, показывает, что согласно выявленным закономерностям глобального технико-экономического развития, в недрах доминирующего и вступившего ныне в фазу роста «современного» (пятого) – информационного – технологического уклада, «ключевым фактором которого являются микроэлектроника и программное обеспечение», начинает формироваться воспроизводственная структура «нового» (шестого) технологического уклада: «Уже видны ключевые направления его развития: биотехнологии, основанные на достижениях молекулярной биологии и генной инженерии; нанотехнологии; системы искусственного интеллекта; глобальные информационные и интегрированные высокоскоростные транспортные сети… Между пятым и шестым технологическими укладами существует преемственность. Постсоветская Россия, в которой «расширение пятого технологического уклада носит догоняющий и имитационный характер» (ибо происходит на импортной базе), отстает и в отношении становления шестого. Однако «это отставание происходит в фазе эмбрионального развития и может быть преодолено в фазе роста…нужно до крупномасштабной структурной перестройки мировой экономики освоить ключевые производства ядра нового технологического уклада, дальнейшее расширение которого позволит извлекать «интеллектуальную ренту» в глобальном масштабе». Российская наука имеет достаточный для этого потенциал уже полученных знаний и весьма перспективные достижения, своевременная производственная реализация которых способна обеспечить лидирующее положение отечественных предприятий на гребне очередной «длинной волны» экономического роста; однако наша индустрия (за исключением атомной и авиакосмической промышленности) не располагает механизмами этой реализации, и их «скорейшее создание является решающим фактором будущего развития страны» [1]. Результаты дальнейших исследований отражены в работе [2].

Таким образом, только производство высокотехнологичной продукции позволит предприятиям России продолжать развиваться в условиях конкурентной борьбы. Уже в настоящее время многие организации используют результаты НИОКР (например, нанотехнологий) или же выпускают продукцию высокой степени переработки. Это особенно важно для таких отраслей, как протезно-ортопедическая, имеющую не только большую экономическую, но и, в первую очередь, социальную нагрузку. Развитие научного потенциала на ПрОП и их связь с научными и проектными учреждениями – основа перманентного совершенствования качества продукции, развития и процветания предприятий, снижения себестоимости продукции, экономии государственных средств и помощи в реабилитации инвалидов (и всех нуждающихся в протезно-ортопедической помощи, тем более, что заболевания «молодеют» и прогрессируют).

О
дним из наиболее значительных достижений нанотехнологий стал синтез магнитных жидкостей. Магнитные жидкости – это уникальный технологический искусственно синтезированный материал, обладающий жидкотекучими и магнитоуправляемыми свойствами с широкими перспективами применения в технике, медицине, биологии, экологии.

Встречающиеся в природе жидкости с магнитным полем взаимодействуют слабо. Тем не менее, возможность управления жидкостью при помощи магнитного поля привлекательна для решения различных технических задач. Для этого были созданы искусственные сильномагнитные жидкие среды – магнитные жидкости, представляющие собой коллоидные растворы высокодисперсных ферромагнетиков в жидкостях-носителях, таких как вода, жидкие углеводороды, кремний- и фторорганические жидкости [3]. Это удивительные жидкости, поверхность которых зависит от магнитного поля и образует в нем что-то вроде ежа (рис. 1) [5]. В середине 60-х годов они были практически одновременно синтезированы в США и России. В настоящее время магнитные жидкости активно изучают также в большинстве развитых стран: в Японии, Франции, Германии, Великобритании, Нидерландах, Израиле.

Магнитные жидкости уникальны тем, что высокая текучесть в них сочетается с высокой намагниченностью – во много раз большей, чем у обычных жидкостей. Секрет такой высокой намагниченности заключается в том, что в обычную жидкость, например в керосин (жидкий углеводород), внедряется огромное количество мелких частиц (размер которых около 10 нанометров), которые представляют собой миниатюрные постоянные магниты. Каждая такая частица покрыта тонким слоем защитной оболочки, что предотвращает слипание частиц (рис. 2), а тепловое движение разбрасывает их по всему объему жидкости. Поэтому, в отличие от обычных суспензий частицы в магнитных жидкостях не оседают на дно, и последние могут сохранять свои рабочие характеристики в течение многих лет.



Каждая частица хаотически вращается и перемещается в жидкой среде под действием теплового движения. Внешнее магнитное поле ориентирует магнитные моменты частиц (рис. 3), что приводит к изменению магнитных, реологических и оптических свойств раствора. Высокая чувствительность свойств раствора к внешнему магнитному полю позволяет управлять поведением магнитных жидкостей и использовать их в прикладных задачах.






































Магнитные жидкости (МЖ) не относятся к материалам массового спроса. Как правило, их производят небольшими партиями и используют в высокотехнологичных устройствах и приборах: системах герметизации ввода вращающихся валов, антифрикционных узлах и демпферах, в ультразвуковой дефектоскопии и высококачественных громкоговорителях, магнитных сепараторах редких элементов, датчиках наклона и высокочувствительных измерителях ускорений, микроманометрах и исполнительных механизмах роботов.

В последнее время медики все чаще обращаются к использованию магнитных частиц для выполнения различных задач, возникающих в процессе лечения. Перспективность такой практики объясняется тем, что магнитными частицами можно управлять с помощью внешнего магнитного поля, при этом не требуется проникновение в больной орган [5].

Магнитная жидкость применяется для заживления язв и стойких свищей, помогает сохранить зрение, используется для транспортировки лекарственных сред к больному органу (в качестве «курьера»), активно исследуется метод «магнитожидкостной гипертермии», некоторые исследования показывают, что магнитные наночастицы разрушают раковые клетки.

Таким образом, магнитные жидкости применяются в технике и медицине, экологии и биологии. В ортопедии и травматологии с технической точки зрения магнитные коллоиды могут быть применены для смазки шарнирных соединений и создания различных демпферов. Так, амортизаторы находят все большее применение при протезировании нижних конечностей, потому что они обеспечивают демпфирование ударных волн. С давних пор хорошо себя показали торсионные адаптеры, чьё упругое поворотное движение относительно поворотной оси протеза улучшает процесс движения и снижает усилие среза [6]. Такие амортизаторы применяются при изготовлении протезов фирмой ОТТО БОКК.

В США уже разрабатываются протезы с использованием магнитожидкостных (магнитореологических) амортизаторов [7] (рис. 4).

В данных устройствах жесткость демпфера может изменяться в зависимости от напряженности и направления магнитного поля. Исследования в данном направлении ведутся и в России [8, 9].


  1. Глазьев С.Ю. Перспективы развития российской экономики в условиях глобальной конкуренции (заключительный раздел доклада «Развитие российской экономики в условиях глобальных технологических сдвигов» к обсуждению на заседании экономической сессии Отделения общественных наук РАН) / Российский экономический журнал. №1-2. 2007. С.3-25.

  2. Стратегия опережающего развития России в условиях глобального кризиса / С.Ю. Глазьева. – Москва: Экономика, 2010. – 255 с.

  3. Фертман В.Е. Магнитные жидкости – естественная конвекция и теплообмен. Минск: Наука и техника, 1978. 206 с.

  4. www.ferrolabs.com

  5. Глущенко Н.Н., Байтукалов Т.А., Богословская О.А., Ольховская И.П., Арсентьева И.П., Фолманис Г.Э. Дисперсные наносистемы – основа ранозаживляющих лекарственных сред / Сб. науч. трудов Всероссийской научной конференции «Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем», Ставрополь, 2007. С. 237-241.

  6. Недер М., Недер Г.Г. Протезы. Краткий учебный курс. Протезы нижних конечностей. / Под ред. Ф. Бломке. 2000.

  7. www.rheonetic.com

  8. Коварда В.В. Исследование упруго-диссипативных свойств колебательной системы с магнитожидкостным инертным элементом. Диссертация … кандидата физико-математических наук. – Курск. 2005. 123 с.

  9. Коварда В.В. Экспериментальной исследование затухания колебаний столбика магнитной жидкости // Сб. тр. 18-ой сессии Российского акуст. общества. Т. 1, М.: ГЕОС 2006. С. 58 – 61.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle