Способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов

Изобретение относится к медицине. Описан способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов, включающий анодирование титана и его сплавов, а процесс ведут в растворе фосфорной кислоты концентрацией 5-25% и серной кислоты концентрацией 5-10%, дополнительно содержащем порошок CaO до пересыщенного состояния и 5-10% суспензии гидроксилапатита дисперсностью менее 70 мкм в этом пересыщенном растворе, при постоянном или импульсном токе напряжением 80-250 вольт в условиях искрового разряда с частотой следования импульсов 0,3-15,0 Гц в течение 10-40 мин, при постоянном перемешивании и температуре 20-35°С и дополнительно помещают в специальную среду, обладающую остеогенной и противомикробной активностью, на 30-60 минут при температуре 20-37°С. Покрытия применяют для усиления фиксации вводимых имплантатов, когда обычными способами не удается добиться их стабильного взаимодействия с костной тканью и при наличии инфекционного процесса. 1 табл., 3 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способу нанесения нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного биоактивного покрытия на титан и его сплавы, и может быть использовано в медицинском материаловедении, нанотехнологии, травматологии, ортопедии и стоматологии.

Известен способ анодирования металлов импульсным током в условиях искрового разряда, при котором оксидное покрытие на титане и его сплавах содержит оксиды титана, кальция, фосфора. Полученное покрытие с преобладающим содержанием оксида титана, солей титанатов кальция и фосфора обладает высокими биосовместимыми свойствами с умеренно выраженной способностью к остеокондукции и остеоиндукции, что снижает их «биологическую» фиксацию с костной тканью. Они не обладают противомикробной и антибактериальной активностью, что снижает их эффективность при лечении инфицированных травм и заболеваний (БИ №23, 20.08.2000, RU 2154463; Патент РФ №2221904 20.01.2004, Способ нанесения покрытия на имплантат из титана и его сплавов, Игнатов В.П., Верещагин В.И., Шахов В.П., Мишунина Н.В., Петровская Т.С.).

Задачей изобретения является оптимизации способа нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на титановые имплантаты, обладающего повышенными остеокондуктивными, остеоиндуктивными свойствами и противомикробной активностью.

Поставленная задача достигается тем, что анодирование титана и его сплавов импульсным током в условиях искрового разряда или постоянного тока ведут в растворе фосфорной кислоты концентрацией 5-25% и серной кислоты концентрацией 5-10%, дополнительно содержащем порошок CaO до пересыщенного состояния и 5-10% суспензии гидроксилапатита, дисперсностью менее 70 мкм, в этом пересыщенном растворе.

Отличие заявляемого способа заключается в том, что процесс ведут в растворе фосфорной кислоты концентрацией 5-25% и серной кислоты концентрацией 5-10%, пересыщенном СаО растворе, и 5-10% суспензии гидроксилапатита дисперсностью менее 70 мкм в этом пересыщенном растворе. Затем поверхность имплантата перед введением в организм в течение 30-60 минут при температуре 20-37°С обрабатывают специальной средой, обладающей остеогенной и противомикробной активностью.

Впервые создан способ нанесения биоактивного покрытия на титан и его сплавы, позволяющий получить новый, неизвестный ранее положительный результат, заключающийся в получении биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия, обладающего противомикробным действием.

Сущность способа заключается в следующем. Берут раствор фосфорной кислоты концентрацией 5-25% и серной кислоты концентрацией 5-10%, дополнительно добавляют порошок СаО до пересыщенного состояния и к этому пересыщенному раствору добавляют 5-10% порошка гидроксилапатита с дисперсностью менее 70 мкм для создания суспензии. Готовый к покрытию имплантат помещают в раствор. Через раствор пропускают постоянный или импульсный ток напряжением 80-250 вольт с частотой следования импульсов 0,3-15,0 Гц в течение 10-40 мин. Процесс ведут при постоянном перемешивании и температуре 20-35°С. При этом получают толщину покрытия 3-30 мкм. После стерилизации имплантата при температуре 180°-200°С в течение 30-60 минут его помещают в специальную среду, обладающую остеогенной и противомикробной активностью, на 30-60 минут при температуре 20-37°С. Для лучшего понимания сущности изобретения предлагаем конкретные примеры.

Пример 1

Имплантаты были выполнены из титана марки ВТ-1-0 или его сплава ВТ 6, имели диаметр 12 мм и толщину 1,1-1,2 мм. К 5%-ному раствору фосфорной кислоты и 5-10% серной кислоты добавляют порошок СаО до пересыщенного состояния. Затем добавляют 10% порошка гидроксилапатита с дисперсностью менее 70 мкм для получения суспензии. Готовый к покрытию имплантат помещают в приготовленный раствор. Через раствор пропускают постоянный ток напряжением 80 вольт, в условиях искрового разряда с частотой следования импульсов 15,0 Гц в течение 10 мин. Процесс ведут при постоянном перемешивании и температуре 20°С в течение 60 мин. Имплантат обрабатывают при температуре 150°С в течение 30 минут и помещают на 30 минут при 37°С в среду с антимикробными добавками и остеогенными факторами. Полученная толщина покрытия составляет 15 мкм с развитой нано- и микроструктурой поверхности [Фиг.1. Поверхности нано- и микротекстурированного кальцийфосфатного покрытия на титане марки ВТ 1-0 (заявляемое изобретение). Видны многочисленные микро- и нанопоры. Сканирующая электронная микроскопия, Ув.6752х].

Пример 2.

Имплантаты были выполнены из титана марки ВТ-1-0 или его сплава ВТ 6, имели диаметр 12 мм и толщину 1,1-1,2 мм. К 25%-ному раствору фосфорной кислоты и 10% серной кислоты добавляют порошок СаО до пересыщенного состояния. Затем добавляют 5% порошка гидроксилапатита с дисперсностью менее 70 мкм для получения суспензии. Готовый к покрытию имплантат помещают в приготовленный раствор. Через раствор пропускают постоянный ток напряжением 250 вольт, в условиях искрового разряда с частотой следования импульсов 0,3 Гц в течение 40 мин. Процесс ведут при постоянном перемешивании и температуре 35°С в течение 30 мин. Имплантат обрабатывают при температуре 200°С в течение 30 минут и помещают на 60 минут при 20°С в среду с антимикробными добавками и остеогенными факторами. Полученная толщина покрытия составляет 50 мкм. Имплантаты из титана и его сплавов, полученные заявляемым способом, прошли испытания на остеокондуктивные, противомикробные свойства (Staphylococcus aurous) по стандартным методам в системах in vivo и in vitro (Фриденштейн А.Я., Лурия Е.А. Клеточные основы кроветворного микроокружения. - М.: Медицина, 1980, 210 с.; Репин B.C., Сухих Г.Т. Медицинская клеточная биология. - М.: Медицина. - 1998. - 200 с.; Pottard J., Walker J. Basic cell cultural protocols. - Totowa. - Human Press. - 1997. - 175 p.; Хенч Л., Джоунс Д. Биоматериалы, искусственные органы и инжиниринг тканей. - М. - 2007. - 304 с.). В качестве контроля использовали имплантаты, полученные способом-прототипом и имеющие состав по прототипу. Через 1,5 месяца определяли физическими методами силу сцепления дисков с окружающей тканью. Оценивали размеры очагов костеобразования с помощью цифрового и морфометрического анализа. Было установлено, что признаков воспаления, нагноения, аллергических реакций со стороны окружающих тканей вокруг покрытий ни в одном случае не было. В прототипе в 20% случаев наблюдались признаки нагноения и воспаления (табл.1). Сила сцепления имплантатов с окружающими тканями была максимальной у дисков, полученных предлагаемым способом, без образования капсулы, а минимальная - у дисков, полученных по способу-прототипу и имеющих состав по прототипу (табл.1). Биоактивные материалы, содержащие дополнительно нано- и микротекстурированное кальцийфосфатное покрытие, обработанные специальной средой, обладающей остеогенной и противомикробной активностью к Staphylococcus aurous (заявляемое изобретение), не вызывают вокруг себя нагноения, воспаления, аллергических реакций, образование капсулы, хорошо сцеплены с окружающей тканью и обладают высокими остеокондуктивными свойствами [Фиг.2. Макропрепарат поверхности дисков с кальцийфосфатным покрытием. Образец 1 (прототип) и образец 2 с нано- и микроструктурированным кальцийфосфатным покрытием (заявляемое изобретение) после 35 суток подкожной имплантации мышам линии Balb/c на 14 сутки (эктопическое костеобразование)]. На поверхности заявляемого изобретения виден активный процесс образования костной ткани. На прототипе данный процесс выражен минимально, а при введении Staphylococcus aurous наблюдалось нагноение [Табл.1, Фиг.3. Гистологический срез эктопического очага костеобразования, выросшего на поверхности дисков с нано- и микроструктурированным кальцийфосфатным покрытием (заявляемое изобретение) после 35 суток подкожной имплантации мышам линии Balb/c. На поверхности заявляемого изобретения виден активный процесс образования и роста костной ткани. Окраска по Ван-Гизону, ув. 400х].

Покрытия, полученные заявляемым способом, могут быть рекомендованы для усиления фиксации вводимых имплантатов, когда обычными способами не удается добиться их стабильного взаимодействия с костной тканью. Заявляемые имплантаты приобретают свойства «естественной» костной ткани, что особенно важно при лечении переломов, имеющих длительный персистирующий (незаживающий) характер, и у пациентов с нарушенным остеогенезом. Данные покрытия, в отличие от прототипа, могут быть использованы при наличии угрозы инфицирования имплантата.

Выводы

1. Примеры 1 и 2 (прототип) не приводят к образованию капсулы. Остеокондуктивные свойства минимальны. У них наблюдается умеренное развитие воспаления и нагноения. Они могут быть использованы в простых случаях при лечении переломов, эндопротезировании и иных заболеваниях опорно-двигательного аппарата, когда не надо вызывать выраженную реакцию с окружающими тканями при отсутствии признаков инфицирования тканей.

2. Предлагаемый способ (примеры 1, 2), содержащий дополнительно структурированные кальцийфосфаты, обработанные специальной средой, не вызывающие нагноения (при добавлении в среду Staphylococcus aurous), воспаления, образования соединительнотканной капсулы, обладающие высокими остеокондуктивными свойствами, что увеличивает их интеграцию с поврежденной костью, может быть использован при сложных заболеваниях, нарушении процессов костеобразования, когда иные методы не дают позитивного результата.

Способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов.

Табл.1
Биологические свойства поверхностей га титане марки ВТ-1, полученных в опытах на мышах линии Balb/c.
Наименование Сцепление с окружающими тканями Остеокондуктивность, площадь образования кости в мм2 Воспаление, % Капсула Нагноение, при добавлении в среду Staphylococcus aurous, %
Прототип + 10,2±1,1 3 + 57,5±7,3
ВТ-1-0
Прототип + 10,7±1,5 5 - 60,9±4,1
ВТ 6
Заявляемое +++ 50,3±3,1*# - - 0
изобретение
ВТ 1-0
Заявляемое +++ 55,9±4,5* - - 0
изобретение
ВТ 6

Способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов, включающий анодирование титана и его сплавов, отличающийся тем, что процесс ведут в фосфорной кислоте концентрацией 5-25% и серной кислоте концентрацией 5-10%, дополнительно содержащих порошок CaO до пересыщенного состояния и 5-10% суспензии гидроксилапатита дисперсностью менее 70 мкм в этом пересыщенном растворе, при постоянном или импульсном токе напряжением 80-250 В в условиях искрового разряда с частотой следования импульсов 0,3-15,0 Гц в течение 10-40 мин при постоянном перемешивании и температуре 20-35°С и дополнительно помещают в специальную среду, обладающую остеогенной и противомикробной активностью, на 30-60 мин при температуре 20-37°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к микроэлектронике, оптической и оптоэлектронной технике, к нелитографическим микротехнологиям формирования на подложках тонкопленочных рисунков из наносимых на ее поверхность веществ.

Изобретение относится к способам создания нанокомпозитного люминофора в виде кварцевого стекла SiO2, включающего нанокластеры меди Сu+, который может быть использован при создании светоизлучающих и светосигнальных устройств, например плазменных дисплейных панелей, световых матричных индикаторов, светофоров.

Изобретение относится к области создания композиционных полимерных материалов. .
Изобретение относится к упрочнению режущего инструмента. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к методам интенсивной проработки структуры металла пластической деформацией. .

Изобретение относится к способам активации металлоксидных катализаторов. .

Изобретение относится к медицине. .

Изобретение относится к нанесению металлических нанослоев химическим способом, в частности на серебряные электрические контакты кремниевых солнечных элементов. .

Изобретение относится к области сканирующих микроскопов ближнего поля, в частности к элементам, обеспечивающим наблюдение и регистрацию в сканирующих микроскопах ближнего поля оптических сигналов, локально усиленных спектров поглощения или эмиссии, преобразованных методами гигантского комбинационного рассеяния.

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к выращиванию кристаллов из парогазовой фазы. .
Изобретение относится к способу получения антимикробных стабилизированных частиц солей металлов. .
Изобретение относится к медицине. .

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, и касается лекарственных средств для восстановления тканей пародонта и устранения послеоперационной ретракции тканей альвеолярных отростков при проведении пародонтологических и имплантологических вмешательств.
Изобретение относится к медицине, а именно к хирургии грыж. .

Изобретение относится к медицине, в частности к стоматологии. .
Изобретение относится к области фармацевтики, более конкретно к фармацевтической композиции для доставки с регулируемым высвобождением биологически активных соединений субъекту, содержащей: а) комплекс биологически активного соединения, содержащего по меньшей мере одну основную функциональную группу, и полианиона, являющегося производным гексагидроксициклогексана, содержащего по меньшей мере две отрицательно заряженные функциональные группы; и б) фармацевтически приемлемый носитель, содержащий биоразлагаемый нерастворимый в воде полимер.

Изобретение относится к медицине, конкретно к способу обработки поверхности титановых имплантатов, позволяющему формировать биоактивную поверхность. .

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности, а именно к созданию устройства для доставки лекарственных средств, видимого в рентгеновских лучах, для подкожного введения контрацептива или проведения гормонозаместительной терапии, содержащего одно отделение, состоящее из (i) ядра из термопластичного полимера, нагруженного (а) контрацептивно эффективным или терапевтически эффективным количеством дезогестрела или 3-кетодезогестрела, и (b) примерно 4-30 мас.% рентгеноконтрастного материала, и (ii) оболочки из термопластичного полимера, покрывающей ядро и не содержащей лекарственного средства.
Изобретение относится к медицине. .

Изобретение относится к медицине

Наверх