Способ изготовления имплантата с электретными свойствами для остеосинтеза

 

Изобретение относится к медицинской технике, а точнее к травматологии и ортопедии для получения устройств, оптимизирующих процессы остеорепарации при лечении повреждений и заболеваний опорно-двигательной системы. Цель изобретения: повышение эффективности производства для изготовления в рамках одного технологического цикла. Имплантат после ионной очистки в тлеющем разряде нагревают в диапазоне 250-400^oС в вакууме не менее 10^-2 Па. после чего магнетронным распылением танталовой мишени в смеси аргона с кислородом напыляют пленку окиси тантала Та₂O₅, причем последовательностью указанных операций за счет ионной бомбардировки пленки окиси тантала в процессе ее нанесения обеспечивают ее электретные свойства и повышение эффективности производства для изготовления в рамках одного технологического цикла. Распыление танталовой мишени проводят в смеси аргона с парциальным давлением 10^-1-1 Па и кислорода с парциальным давлением, необходимым для образования стехиометрического окисла Ta₂O₅. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в травматологии и ортопедии для получения устройств, оптимизирующих процессы остеорепорации при лечении повреждений и заболеваний опорно-двигательной системы.

Применяемые в настоящее время для оперативного лечения имплантаты, покрытые диэлектриком в электретном состоянии, создают нормальный биопотенциал в области остеосинтеза, что предупреждает развитие атрофии и снижения прочности костной ткани, а также некроз и деформацию поверхностей крупных суставов, сокращая при этом сроки лечения и сводя к минимуму послеоперационные осложнения.

Для создания электретных покрытий необходимо обеспечивать высокую чистоту и заданный стехиометрический состав пленок диэлектриков в электретном состоянии, определяющих функциональные возможности имплантируемых конструкций для остеосинтеза. При этом важнейшим фактором является оптимальный режим их изготовления.

Известен способ изготовления имплантата с электретными свойствами для остеосинтеза (1) путем последовательного осаждения многослойного покрытия на имплантат, который помещают в камеру установки вакуумного испарения, в качестве исходного изделия используют имплантат из титана, на который последовательно наносят покрытие из тантала в качестве подслоя и затем его окись в качестве электретного слоя. Этот способ реализуют на электроннолучевой установке со сменной мишенью из тантала и его окиси.

Указанный способ весьма эффективен для изготовления плоских имплантатов, имеющих длину не более 10 см. Для конструкций имплантатов сложной формы (Г-образной и других форм), которые начинают использоваться в современной медицине, более перспективен способ изготовления имплантата в электродуговой установке (2).

Сущность этого способа заключается в том, что имплантат помещают в камеру вакуумного испарения, производят очистку в тлеющем разряде, затем наносят покрытие слоем тантала электрической дугой, осуществляют остывание имплантата в вакууме, после чего извлекают имплантат из камеры вакуумного испарения и помещают его в электролитическую ванну, где проводят окисление слоя тантала. После электролитического окисления обеспечивают электретные свойства пленки окиси тантала в коронном разряде.

В качестве недостатков этого способа следует отметить многоцикличность изготовления имплантата: - нанесение тантала на имплантат в электродуговой установке; - окисление тантала в электролитической ванне; - получение электретных свойств в коронном разряде.

Кроме того, электродуговые установки используют массивные катоды из тантала, весом около 1 кг и стоимостью свыше 10000 долларов США, по мировым ценам.

Использовать полностью всю массу катода в процессе его электродугового испарения не удается из-за необратимого выхода из строя катодного узла технологической установки вследствие изменения межэлектродных расстояний, которые возникают при изменении геометрии катода в процессе его испарения.

Поэтому практически для получения качественного покрытия танталовая мишень используется в среднем только на 35-40%, что определяет высокую себестоимость готовых изделий.

Основной задачей изобретения является повышение эффективности производства для изготовления имплантатов в рамках одного технологического цикла.

Цель достигается тем, что при создании имплантата для остеосинтеза с электретными свойствами путем осаждения покрытия на имплантат из титана, который помещают в камеру технологической установки вакуумного распыления, имплантат после такой очистки в тлеющем разряде нагревают в диапазоне 250-400^oC в вакууме не хуже 10^-2 Па, после чего магнетронным распылением танталовой мишени в смеси аргона с кислородом напыляют пленку окиси тантала Ta₂O₅, причем последовательностью указанных операций за счет ионной бомбардировки пленки окиси тантала в процессе ее нанесения обеспечивают ее электретные свойства.

Кроме того, распыление танталовой мишени производят в атмосфере смеси аргона с парциальным давлением 10^-1 - 1 Па и кислорода с парциальным давлением, необходимым для образования стехиометрического окисла Ta₂O₅.

Нанесение электретного покрытия на имплантаты для остеосинтеза осуществляют на установке, схема которой показана на чертеже.

Установка (см. чертеж) состоит из вакуумной камеры 1, снабженной магнетроном с танталовой мишенью 2 с источником питания 3, вакуумным вводом вращения 4, приводом вращения имплантатов (подложек) 5, на котором размещены подложки 6. В вакуумной камере 1 смонтирован радиационный нагреватель имплантатов (подложек) 7. Напуск рабочих газов аргона и кислорода осуществляют с помощью дозирующих клапанов (натекателей) 8. Измерение степени вакуума в вакуумной камере 1 осуществляют с помощью теплоэлектрического 9 и ионизационного 10 манометров. Направление откачки для создания вакуума показано стрелкой. На чертеже условно не показано стандартное устройство ионной очистки имплантатов в тлеющем разряде.

Способ осуществляется следующим образом. Имплантаты из титана помещают в вакуумную камеру 1, производят очистку в тлеющем разряде, нагревают радиационным нагревателем до температуры 250-400^oC в вакууме не хуже 10^-2 Па, затем осуществляют напуск смеси аргона с кислородом и магнетронным распылением танталовой мишени в смеси аргона с кислородом напыляют пленку окиси тантала Ta₂O₅. Контроль степени вакуума в вакуумной камере и парциальных давлений аргона и кислорода проводят с помощью теплоэлектрического и ионизационного манометров. В процессе нанесения пленки окиси тантала Ta₂O₅ она подвергается интенсивной ионной бомбардировке, в результате которой создаются электретные свойства покрытия из окиси тантала. Благодаря этому отпадает необходимость в дальнейшей обработке нанесенного покрытия (например, в коронном разряде) с целью обеспечения электретных свойств, и изготовление имплантатов с электретными свойствами осуществляют в рамках одного технологического процесса.

Напуск рабочих газов аргона и кислорода производят следующим образом: парциальное давление аргона в диапазоне 10^-1 - 1 Па обеспечивает стабильное горение разряда магнетрона, т.е. стабильную скорость распыления танталовой мишени, а парциальное давление кислорода выбирается из условия образования стехиометрического окисла Ta₂O₅ (на два атома тантала должно приходится пять атомов кислорода).

Таким образом, предлагаемый способ изготовления имплантата с электретными свойствами для остеосинтеза позволяет получать готовый имплантат с электретными свойствами в рамках одного технологического процесса.

При разработке и совершенствовании предлагаемого способа изготовления имплантата с электретными свойствами для остеосинтеза были исследованы различные диапазоны параметров технологического процесса и получены опытные образцы имплантатов, в том числе и сложной формы. Кроме того, благодаря особенностям магнетронного способа распыления мишень из тантала послойно и равномерно распыляется по всей поверхности, что позволило поднять до 90-95% степень использования тантала мишени. Опытные образцы имплантатов прошли клинические испытания с положительными результатами.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа складывается из экономии материала мишени (тантала), сокращения количества технологических процессов, времени изготовления единицы продукции, а также срока лечения повреждений и заболеваний опорно-двигательной системы за счет сокращения расходов по социальному страхованию, больничным листам и содержанию пострадавших и больных в медицинских учреждениях.

Формула изобретения

1. Способ изготовления имплантата с электретными свойствами для остеосинтеза путем последовательного осаждения многослойного покрытия на имплантат из титана, который помещают в камеру вакуумного распыления, для нанесения покрытия из тантала при нагреве поверхности имплантата и в потоке луча тока, где при закрытой экранирующей заслонке проводят геттерное испарение части мишени из тантала, затем открывают заслонку и наносят на имплантат слой тантала заданной величины, после чего меняют материал мишени на окись тантала и наносят электретный заданный слой из окиси тантала, отличающийся тем, что вакуумное распыление тантала осуществляют в тлеющем разряде при нагреве 250-400^oC в вакууме не менее 10^-2 Па, а нанесение окиси тантала ведут магнетронным распылением в смеси аргона с кислородом в количестве, обеспечивающем стабильное горение разряда магнетрона и образования стехиометрического окисла Та₂О₅.

2. Способ изготовления имплантата с электретными свойствами для остеосинтеза по п.1, отличающийся тем, что распыление танталовой мишени производят в смеси аргона с парциальным давлением 10^-1 - 1 Па и кислорода с парциальным давлением, необходимым для образования стехиометрического окисла Та₂О₅.

РИСУНКИ

Рисунок 1