Способ получения биосовместимого покрытия на имплантатах из титана и его сплавов

Изобретение относится к области медицинской техники и может использоваться при изготовлении поверхностно-пористых имплантатов для травматологии, ортопедии, различных видов пластической хирургии. Покрытие на имплантатах из титана и его сплавов состоит из диоксида титана. Способ получения покрытия осуществляют путем термического оксидирования металлической основы в газовой среде, представляющей смесь инертного (Ar, Ne, Ge) и окисляющего (O₂, СО₂) газов. Процесс оксидирования ведут при температуре 600-1000°С. В рабочий объем газовую смесь подают под давлением 1,2-1,3 атм, оксидированный имплантат охлаждают до температуры 20-30°С в среде инертного газа. Способ позволяет получить универсальное однофазное биопокрытие с высокой степенью адаптации к окружающим тканям, снизить себестоимость оксидированных имплантатов, расширить область их применения, при этом обеспечение однофазного состава и поверхностной пористости покрытия, способствует высокой стабильности фиксации и эффективности приживления имплантатов в различных тканях организма.

 

Изобретение относится к области медицинской техники и может использоваться при изготовлении поверхностно-пористых имплантатов для травматологии, ортопедии, различных видов пластической хирургии.

Сложность и трудоемкость изготовления медицинских имплантатов, а также многообразие способов нанесения на них покрытия, приводят к тому, что качества получаемого покрытия обусловливаются неодинаковыми фазово-структурными и биомеханическими параметрами, оказывающими различное влияние на свойства и функционирование имплантатов. Это свидетельствует об отсутствии унифицированного подхода к изготовлению имплантатов с требуемым качеством поверхности, позволяющим им одинаково эффективно адаптироваться к тканям организма и выполнять заданные медицинские функции. Неудовлетворительность данных показателей вызвала необходимость поиска альтернативной технологии получения биопокрытия с необходимым фазово-структурным состоянием и комплексом функциональных свойств, обеспечивающих высокую степень приживляемости имплантатов.

Известны способы нанесения биоактивных покрытий на имплантаты из титана и его сплавов [1-4], однако они не позволяют получить однофазный состав покрытия с его необходимой поверхностной пористостью и обеспечить универсальность использования имплантатов. Расширенное применение имплантатов с такими покрытиями ограничивается их конкретным медицинским назначением.

Ближайшим прототипом, по мнению авторов, является способ оксидирования металлов и сплавов путем воздействия на них парогазовой средой при повышенной температуре, равной 375-575°С, при естественной циркуляции среды и парциальном давлении пара в процессе обработки не менее 10% от общего давления среды, представляющей собой воздушно-паровую смесь с добавлением газовых примесей из аммиака, углекислого газа, азота. Процесс оксидирования ведут в зависимости от состава обрабатываемого материала в течение времени от 1 ч до 20 ч. Данный способ позволяет получить однофазный состав оксидного покрытия с повышенными защитными свойствами, и не позволяет получить покрытие с поверхностной пористостью, что необходимо для адаптации имплантатов к биологическим тканям [5].

Задачей изобретения является создание однофазного поверхностно-пористого оксидного покрытия имплантатов, способного адаптироваться к окружающим биологическим тканям в различных имплантационных условиях.

Поставленная задача решается путем оксидирование титана и его сплавов в газовой среде при повышенной температуре, равной 600-1000°С, в течение 1,5-2 ч, процесс ведут в смеси инертного (Ar, Ne, Ge) и окисляющего (O₂, СО₂) газов при следующем соотношении компонентов, %: инертный газ - 60-70, окисляющий газ - 40-30, газовую смесь в рабочий объем подают под давлением 1,2-1,3 атм, оксидированный имплантат охлаждают в инертном газе (Ar, Ne, Ge) до температуры равной 20-30°С.

Сущность изобретения заключается в том, что для создания однофазного поверхностно-пористого покрытия проводят оксидирование титана и его сплавов в нагретой до температуры 600-1000°С двухкомпонентной газовой среде, состоящей из смеси инертного (Ar, Ne, Ge) и окисляющего (О₂, СО₂) газов при соотношении компонентов, %: инертный газ - 60-70, окисляющий газ - 40-30. Такое содержание компонентов в смеси оксидирования обеспечивает недостаток окислителя, исключающий образование на поверхности металла хрупких титанонитридных и других чужеродных соединений, что соответствует получению покрытия с однофазным составом из диоксида титана. В течение 1-1,5 ч оксидирования в покрытии толщиной 40-50 мкм возникают большие внутренние напряжения, превышающие предел его прочности, вследствие чего происходит разрыв оксидной пленки на отдельные фрагменты и образование поверхностно-пористой структуры имплантата с размером пор 16-25 мкм с величиной открытой пористости 30-35%.

Пример. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом: берут готовый к формированию покрытия имплантат, помещают его в нагревательную камеру электропечи с температурой 600-1000°С, продувают рабочий объем газовой смесью из инертного (Ar, Ne, Ge) и окисляющего (О₂, CO₂) газов при содержании компонентов: инертный газ - 60-70%, окисляющий газ - 40-30%, после чего продолжают подачу указанной смеси при давлении 1,2-1,3 атм. Процесс ведут непрерывно в течение 1-1,5 ч, после чего прекращают подачу газовой смеси и помещают оксидированный имплантат в камеру охлаждения печи, заполняют ее объем инертным газом (Ar, Ne, Ge) и охлаждают готовое изделие в течение 15-20 мин до температуры 20-30°С. Получаемое покрытие характеризуется однородным фазовым составом из диоксида титана, толщиной 40-50 мкм, размером пор 16-25 мкм, суммарной открытой пористостью 30-35%, адгезией 50 МПа, необходимыми для эффективного биомеханического взаимодействия имплантата с биоструктурами. Данные параметры покрытия соответствуют условиям надежной фиксации и приживлению имплантатов в различных тканях и органах.

Положительный эффект (однофазный состав и поверхностная пористость) достигается за счет формирования покрытия в нагретой газовой среде из смеси инертного (Ar, Ne, Ge) и окисляющего (O₂, СО₂) газов, взятых в определенном процентном соотношении: инертный газ - 60-70%, окисляющий газ - 40-30%. Оксидирование титана и его сплавов при температуре в камере печи 600-1000°С и указанном соотношении компонентов газовой среды интенсифицирует рост толщины покрытия, обеспечивает образование однофазной структуры титанооксидного слоя, исключает опасность самовозгорания титана. За счет этого достигается фазовая однородность состава покрытия, состоящего из диоксида титана, с наличием на его поверхности открытых пор, создающих благоприятные условия для адаптации имплантатов к окружающим тканям.

Источники информации

1. Патент РФ № 2146535. Способ изготовления стоматологического имплантата с плазмонапыленным многослойным биоактивным покрытием.

2. Патент РФ № 2134082, 1997 г. Способ изготовления имплантатов для наружного чрескостного остеосинтеза.

3. Патент РФ № 2192892, 2000 г. Способ создания биосовместимой поверхности на имплантатах из титана и его сплавов.

4. А.с. № 19950910. Биоактивное покрытие на имплантат из титана.

5. Патент РФ № 2189400, 2002 г. Способ оксидирования металлов и сплавов и устройство для его реализации.

Способ получения биосовместимого покрытия на имплантатах из титана и его сплавов, включающий оксидирование титана и его сплавов в газовой среде при повышенной температуре в течение 1,5-2 ч, отличающийся тем, что процесс оксидирования ведут при температуре 600-1000°С в газовой среде, состоящей из смеси инертного (Ar, Ne, Ge) и окисляющего (О₂, СО₂) газов при следующем соотношении компонентов: 60-70% и 40-30% соответственно в рабочий объем газовую смесь подают под давлением 1,2-1,3 атм, оксидированный имплантат охлаждают до температуры 20-30°С в среде инертного газа.