Способ получения гидроксиапатитовых покрытий
Владельцы патента RU 2287315:
Общество с ограниченной ответственностью Концерн научно-производственное объединение "Биотехника" (RU)
Изобретение относится к области медицины, а именно к способу получения гидроксиапатитовых покрытий. Изобретение направленно на получение покрытия, обеспечивающего высокую способность к образованию костной ткани. Получение данного результата осуществляют путем нанесения суспензии на титан и его сплавы постоянным или импульсным током в условиях искрового разряда, сушки при температуре 80-120°С и обжига при температуре 600-800°С в течении 0,5-1 часа, где в качестве суспензии используют синтетический и биологический порошок гидроксиапатита при следующем соотношении компонентов, мас.%: синтетический порошок гидроксиапатита - 10-90, биологический порошок гидроксиапатита - 10-90. 1 табл., 2 ил.
Изобретение относится к медицине, конкретно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано в качестве покрытия на металлические эндопротезы, например, из титана или его сплавов.
Известен способ нанесения гидроксиапатитовых покрытий, включающий смешивание порошка гидроксиапатита со связующим веществом, сушку, обжиг при температуре 900-1000°С (1). Недостатком данного способа является высокая температура спекания, которая может явиться основной причиной брака изделий: цек и отскок покрытия.
Известен способ нанесения гидроксиапатитовых покрытий, заключающийся в том, что смешивают гидроксиапатитовый порошок со связующим веществом, причем в качестве связующего вещества используют фосфатные связки, а гидроксиапатитовый порошок и фосфатную связку берут в соотношении 1-1,5:1,5-2,0; обжиг проводят при температуре 250-600°С (2). Недостатком данного способа является то, что он не позволяет получить биоактивное покрытие, обладающее остеоиндуктивными и остеокондуктивными свойствами.
Также известен способ нанесения покрытия на имплантант из титана и его сплавов путем анодирования титана и его сплавов постоянным или импульсным током в условиях искрового разряда, причем второй слой покрытия наносят на имплантируемую в ткань часть имплантанта путем окунания 2-3 раза в суспензию, содержащую порошок гидроксиапатита и биологическое стекло, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| гидроксиапатит | 70-95 |
| биологическое стекло | 5-30 |
затем сушат его при 80-120°С и обжигают при 600-800°С в течение 0,5-1 часа (3). Недостатки описанного способа заключаются в том, что получаемые покрытия обладают недостаточной способностью к образованию костной ткани (остеоиндукции).
Задачей предлагаемого изобретения является получение покрытия, обеспечивающего высокую способность к образованию костной ткани.
Поставленная задача достигается путем нанесения суспензии на титан и его сплавы постоянным или импульсным током в условиях искрового разряда, сушки при температуре 80-120°С и обжига при температуре 600-800°С в течение 0,5-1 часа, причем в качестве суспензии используют синтетический и биологический порошок гидроксиапатита при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| синтетический порошок гидроксиапатита | 10-90 |
| биологический порошок гидроксиапатита | 10-90 |
Сущность способа демонстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Приготавливают 100 мл раствора 10% раствора фосфорной кислоты. Затем добавляют 10 г синтетического порошка гидроксиапатита и 90 г биологического порошка гидроксиапатита до предельного насыщения. Готовый к покрытию имплантат помещают в ванну, через электролит пропускают импульсный ток напряжением 120 В с частотой следования импульсов 10 Гц в течение 15 минут, сушат при 80°С и обжигают при 600° С в течение 30 минут. Толщина слоя составляет 100-150 мкм.
Пример 2.
Приготавливают 100 мл 5% раствора фосфорной кислоты. Затем добавляют 50 г синтетического порошка гидроксиапатита и 50 г биологического порошка гидроксиапатита до предельного насыщения.
Готовый к покрытию имплантат помещают в ванну, через электролит пропускают импульсный ток напряжением 80 В с частотой следования импульсов 0,5 Гц в течение 45 минут, сушат при 100°С и обжигают при 700°С в течение 45 минут. Полученная толщина покрытия составляет 150-200 мкм.
Пример 3.
К 100 мл 20% раствора фосфорной кислоты добавляют 90 г синтетического порошка гидроксиапатита и 10 г биологического порошка гидроксиапатита до предельного насыщения. Готовый к покрытию имплантат помещают в ванну, через электролит пропускают постоянный ток напряжением 150 В в течение 60 минут, сушат при 120°С и обжигают при 800°С в течение 1 часа. Толщина слоя составляет 250-300 мкм.
Имплантаты из титана и его сплавов с покрытием заявляемого состава прошли испытания на свойства к образованию костной ткани. Имплантаты были выполнены из титана марки ВТ 1-0 и его сплавов диаметром 12 мм, толщиной 1,1-1,2 мм.
Опыты проведены на самцах мышей линии Balb/c массой 20-22г, находящихся в стандартных условиях и диете. Мышей предварительно выдерживали в течении 2-3 недель в карантине, больные и нестандартные животные выбраковывались.
Каждому животному после дачи эфирного наркоза подкожно вводили по 4 диска. Для определения количества прилипающих клеток костного мозга, количества жизнеспособных клеток костного мозга и количества жизнеспособных клеток костного мозга при контакте с заявляемыми покрытиями на диски предварительно наносили столбик костного мозга, выделенного из бедренной кости путем вымывания 1-2 мл среды Д-МЕМ с 5% эмбриональной телячьей сывороткой. Эти же показатели исследовали без нанесения на диски костного мозга. Через 1 месяц животных забивали, определяли физическими методами силу сцепления дисков с окружающей тканью. Предварительную оценку размеров очагов костеобразования осуществляли с помощью бинокулярного микроскопа МБС-2, после чего делали гистологический и цитохимический анализ (кислая, щелочная фосфотаза) для определения качественного состава костных и других клеток на поверхности имплантата и реакции на него окружающей ткани.
В результате проведенных исследований было установлено, что признаков воспаления, нагноения, аллергических реакций со стороны окружающих тканей вокруг покрытий ни в одном случае не было.
Сила сцепления имплантатов к окружающим тканям была максимальной у дисков с предлагаемым покрытием.
Результаты обрабатывали методом непараметрической статистики.
Максимальная площадь выросшей из костного мозга тканевой пластинки (22,5 мм2) отмечалась при диаметре пор около 300-350 мкм. При этом показатель увеличивался пропорционально возрастанию поверхностной пористости диска.
Фотометрия показала, что структура тканей, формирующихся на биоактивных дисках, зависит от числа пор на поверхности диска. Так, тканевые пластинки активно поглощали видимый свет при 2,5-3,5 и более 5-ти пор/мм2. В интервале 3,5-4,5 поры/мм2, имеющих гипотетический диаметр 300-350 мкм (реальный размер 270-320 мкм), коэффициент поглощения и оптическая плотность тканей снижались более чем в 1,5-2,5 раза соответственно.
При оптимальной пористости на продольных срезах выросших тканевых пластинок (фиг.1, 2) определялись яркие, оксифильные участки («островки») волокнистых образований неправильной формы. В каждом из них наблюдался по крайней мере один кровеносный капилляр, заполненный эритроцитами. Между беспорядочно ориентированными оссеиновыми волокнами располагаются отросчатые клетки, похожие на остеоциты грубоволокнистой костной ткани. По периферии «отровков» наблюдались клетки, располагающиеся в один ряд и напоминающие остеобласты.
В остальных случаях (поры размером менее 250 и более 350 мкм, число пор 2,5-3,5 и более 5-ти на 1 мм2) оптические характеристики пластинок выражали преимущественный рост рыхлой неоформленной соединительной и жировой тканей (фиг.2), перемежающихся продольно ориентированными тяжами фиброзной ткани толщиной около 80 мкм. Фиброзная ткань состояла из коллагеновых волокон фибробластов, фиброцитов, включала кровеносные сосуды. В периферических отделах определялись сгущения клеток, напоминающих остеобласты и формирующих остеобласты и формирующих ряды, прилегающие к фиброзным пучкам. При линейном размере пор менее 150 мкм формирование миелокариоцитами тканевых пластинок не наблюдалось.
Результаты испытаний полученных покрытий представлены в таблице.
Данные покрытия по сравнению с известными обладают способностью к биоинженерингу, т.е. к более высокому и эффективному образованию костной ткани.
Литература
1. Ducheyene P., Radin S., Healy K., Cuckler J. M. The effect of plasmas preying on the stracture and properties of calcium phosphate ceramics. 34th Annual miting. Orthopedic Research Sociaty. Februry 1-4, 1988, Atlanta, GA:50.
2. П. №2158189, RU.
3. П. №2159094, RU.
4. П. №2233177, RU.
| Таблица | ||||||
| Количество синтетического порошка гидроксиапатита, % | Количество биологического порошка гидроксиапатита, % | Количество прилипающих клеток костного мозга | Количество жизнеспособных клеток костного мозга | Количество жизнеспособных клеток костного мозга при контакте с покрытиями | ||
| Титр экстрактов 1:8 | Титр экстрактов 1:4 | Титр экстрактов 1:8 | Титр экстрактов 1:4 | |||
| 10 | 90 | 49,41 | 38,79 | 93,06 | 90,27 | 96,46 |
| 30 | 70 | 52,94 | 40,00 | 93,06 | 95,29 | 96,87 |
| 50 | 50 | 64,71 | 56,47 | 98,00 | 97,13 | 97,17 |
| 70 | 30 | 63,53 | 49,41 | 97,13 | 96,83 | 96,25 |
| 90 | 10 | 32,94 | 29,41 | 92,17 | 94,39 | 94,27 |
Способ получения гидроксиапатитовых покрытий путем нанесения суспензии на титан и его сплавы постоянным или импульсным током в условиях искрового разряда, сушки при температуре 80-120°С и обжига при температуре 600-800°С в течение 0,5-1 ч, отличающийся тем, что в качестве суспензии используют синтетический и биологический порошок гидроксиапатита при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Синтетический порошок гидроксиапатита | 10-90 |
| Биологический порошок гидроксиапатита | 10-90 |
