Способ формирования антимикробного покрытия
Владельцы патента RU 2504349:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) (RU)
Изобретение относится к медицине, а именно к челюстно-лицевой хирургии и травматологии, и может быть использовано для формирования антимикробного покрытия при изготовлении внутритканевых эндопротезов на титановой основе. Для этого осуществляют предварительную подготовку серебросодержащего раствора, предварительную подготовку поверхности имплантата и формирование покрытия. При подготовке серебросодержащего раствора сначала помещают порошок гидроксиапатита в 0,04% раствор AgNO3. Затем осуществляют выдержку порошка на воздухе при комнатной температуре в течение времени, необходимого для качественной пропитки частиц гидроксиапатита раствором AgNO3. Далее отфильтровывают осадок, который затем промывают горячей водой и высушивают при 200°-300°C в течение 4-6 часов, а затем отжигают при 600°-700°C в течение 2-3 часов. Предварительную подготовку поверхности имплантата осуществляют путем струйной обработки поверхности порошком электрокорунда под давлением. Формирование покрытия производят плазменным напылением сначала титанового подслоя и затем серебросодержащего порошка гидроксиапатита. При этом плазменное напыление титанового подслоя осуществляют при напряжении 35 В, силе тока 450 A, дистанции напыления 100 мм и дисперсности титанового порошка 100-120 мкм, расход аргона 55-60 л/мин. Плазменное напыление серебросодержащего порошка гидроксиапатита производят при силе тока 450 А, напряжении 35 В, дистанции 80 и 120 мм, дисперсности 70-75 мкм и расходе аргона 65-70 л/мин. Способ обеспечивает получение покрытия имплантата, способствующее быстрой и надежной остеоинтеграции этого имплантата за счет формирования развитой морфологии поверхности и создания антимикробного эффекта в прилежащих к эндопротезу тканях. 4 табл., 2 ил.
Изобретение относится к медицине, а именно к челюстно-лицевой хирургии и травматологии, и может быть использовано для изготовления внутритканевых эндопротезов на титановой основе.
Известно бактерицидное медицинское покрытие (заявка на патент РФ №2007118567, МПК: A61L 15/00, опубл. 27.11.2008), состоящее из структурно-упорядоченного нормально ориентированного к поверхности основы полимера, отличающееся тем, что покрытие выполнено из монокристаллического углерода, легированного атомами серебра.
Использование полимера в качестве основы ограничивает применение данного покрытия в челюстно-лицевой хирургии и травматологии ввиду нерешенной проблемы морфологии покрытия и ограниченных прочностных свойств основы.
Известен способ получения серебросодержащего порошка гидроксиапатита (Баринов С.М. Биокерамика на основе фосфатов кальция / С.М. Баринов, B.C. Комлев. - М.: Наука, 38-50 с.), отличающийся тем, что проводили ионообменную обработку кристаллов ГА в 0,02%-ном растворе AgNCb, выдержку порошка на воздухе при комнатной температуре осуществляли в течение 48 ч, осадок фильтровали, промывали горячей водой и высушивали при 180°C.
В предложенном методе не решена проблема формирования серебросодержащего покрытия.
Наиболее близким к предлагаемому решению является антибактериальный композиционный материал и способ его получения (по патенту РФ №2407550, МПК: A61L 15/18, А61K 33/38, В82В 1/00, А61Р 31/04, опубл. 27.12.2010) для лечения пациентов с широким спектром заболеваний различной этиологии. В изобретении предложен также способ получения антибактериального композиционного материала, включающий предварительное тестирование образца на наличие основного характера поверхности и дальнейшее восстановление серебра на поверхности порошкового носителя из водного или водно-спиртового раствора нитрата серебра с концентрацией серебра 0,1-3,0% мас. раствором таннина с концентрацией 0,05-2,0% мас. при комнатной температуре.
Данный способ не позволяет получать развитую поверхность медицинского изделия, поэтому целесообразно введение операции воздушно-абразивной обработки с последующим формированием антимикробного покрытия методом плазменного напыления.
Задача заявляемого изобретения заключается в получении серебросодержащего антимикробного покрытия методом плазменного напыления, что обеспечивает развитую морфологию поверхности и создание антимикробного эффекта в прилежащих к эндопротезу тканях.
Технический результат заключается в получении антимикробного покрытия путем плазменного напыления серебросодержащего гидроксиапатита, полученного помещением порошка гидроксиапатита (ГА) в раствор AgNO3.
Поставленная задача решается тем, что при осуществлении способа формирования антимикробного покрытия, заключающемся в подготовке серебросодержащего раствора, предварительной подготовке поверхности имплантата и формировании покрытия, согласно заявляемому техническому решению осуществляют подготовку серебросодержащего раствора, помещают порошок ГА в 0,04% AgNO3 в воде, осуществляют выдержку порошка на воздухе при комнатной температуре в течение времени, необходимого для качественной пропитки частиц ГА раствором AgNO3, отфильтровывают осадок на воронке Бюхнера, который затем промывают горячей водой, высушивают при 200°-300°C в течение 4-6 часов и отжигают при 600°-700°C в течение 2-3 часов, формирование покрытия производят плазменным напылением сначала титанового подслоя и затем серебросодержащего порошка ГА, предварительную обработку осуществляют струйной обработкой поверхности порошком электрокорунда с размером частиц 200-250 мкм под давлением 6,5 атм. Также плазменное напыление титанового подслоя осуществляют при напряжении 35 В, силе тока 450 А, дистанции напыления 100 мм и дисперсности титанового порошка 100-120 мкм, расход аргона 55-60 л/мин, а плазменное напыление серебросодержащего порошка ГА производят при силе тока 450 А, напряжении 35 В, дистанции 80 и 120 мм, дисперсности 70-75 мкм и расходе аргона 65-70 л/мин.
Изобретение поясняется схемами: фиг.1 - блок-схема получения серебросодержащего ГА, фиг.2 - технология плазменного напыления серебросодержащего гидроксиапатитового покрытия.
Подготовку серебросодержащего раствора получают следующим образом: полученный гидроаммиачным методом порошок ГА помещают в 0,04% раствора AgNO3 в воде и выдерживают при комнатной температуре в течение времени, необходимого для качественной пропитки частиц ГА раствором AgNO3, что составляет 48 часов. Осадок фильтруют на воронке Бюхнера, промывают горячей водой, высушивают при 200°-300°C в течение 4-6 часов и отжигают при 600°-700°C в течение 2-3 часов (фиг.1). Сушка и отжиг порошка ГА в течение указанного времени выбраны условия, что при сушке порошка менее 4 часов он остается влажным, а более 6 часов - частицы порошка спекаются в конгломераты, при отжиге порошка ГА менее 2 часов количество аморфной фазы носит доминантный характер, а при отжиге более 3 часов при указанной температуре увеличивается количество кристаллической фазы. Таким образом, при указанном интервале температур достигается требуемое соотношение аморфной и кристаллической фаз.
| Таблица 1 | ||
| Экспериментальное определение температуры сушки порошка ГА | ||
| № п/п | Температура сушки, °C | Показатель |
| 1 | 150 | влажная смесь |
| 2 | 200 | образование таблетки |
| 3 | 250 | образование таблетки |
| 4 | 300 | образование таблетки |
| 5 | 350 | спекание таблетки в конгломераты |
Согласно результатам, приведенным в таблице 1, целесообразно использовать интервал температур для сушки порошка ГА 200°-300°C, т.к. температура сушки менее 200°C не способствует полному удалению влаги из порошка, а температура сушки более 300°C приводит к спеканию таблетки порошка и образованию его в конгломераты.
Отжиг порошка ГА при указанном интервале температур (600°-700°C) объясняется тем, что при этих температурах происходит закрепление частиц серебра на частицах порошка ГА.
| Таблица 2 | |||
| Экспериментальное определение температуры отжига порошка ГА | |||
| № п/п | Температура отжига, °C | Степень кристалличности, % | Качественный показатель |
| 1 | 500 | 24 | - |
| 2 | 550 | 29 | - |
| 3 | 600 | 31 | + |
| 4 | 700 | 36 | + |
| 5 | 750 | 40 | - |
Предварительную подготовку поверхности имплантата осуществляют с помощью струйной обработки порошком электрокорунда с размером частиц 200-250 мкм под давлением 6,5 атм. (Лясникова А.В. Стоматологические имплантаты. Исследование, разработка, производство, клиническое применение / А.В. Лясникова и др.. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. - 254 с.; Лясникова А.В. Биосовместимые материалы и покрытия нового поколения: особенности получения, наноструктурирование, исследование свойств, перспективы клинического применения / А.В. Лясникова и др. - Саратов: Научная книга, 2011. - 220 с.)
Плазменное напыление титанового подслоя производят на опескоструенные пластинки титана на установке ВРЕС 744.3227.001 (фиг.2). Напряжение при плазменном напылении, ток дуги и дистанция напыления были получены экспериментальным путем, результаты которого представлены в таблице.
| Таблица 3 | ||
| Экспериментальное определение технологических параметров плазменного напыления титана | ||
| Технологический параметр | Единицы измерения | Значение при напылении титана |
| Ток плазменной дуги | А | 450 |
| Напряжение дуги | В | 35 |
| Дистанция напыления | мм | 100 |
| Дисперсность порошка | мкм | 100-120 |
| Расход плазмообразующего газа | л/мин | 55-60 |
Выбранные технологические режимы плазменного напыления объясняются следующим образом.
Увеличение мощности дуги значительно повышает энтальпию и температуру плазменной струи, температуру, скорость и дисперсность напыляемых частиц, что обусловливает рост плотности покрытия, производительности напыления и коэффициент использования материала. Наиболее рациональное регулирование мощности дуги, параметров напыления и качества получаемого покрытия обеспечивается при максимально возможном напряжении при 35 В и силы тока 450 А.
Слишком малые дистанции не обеспечивают необходимого прогрева частиц, а также значения их скорости, создают опасность перегрева напыляемой поверхности и всего изделия, а чрезмерно большая дистанция вызывает падение температуры и скорости плазменного потока в зоне формирования покрытия. Зернистость частиц порошка выбирается из условия необходимости их быстрого нагрева до температуры плавления и распыления.
Повышение расхода плазмообразующего газа снижает теплофизические характеристики потока частиц, плотность покрытия и эффективность напыления, увеличивая при этом дисперсность и скорость частиц. В зависимости от требуемых показателей дисперсности частиц и плотности покрытия следует устанавливать наименьший возможный расход плазмообразующего газа на уровне 55-60 л/мин.
Плазменное напыление серебросодержащего порошка ГА производят при силе тока 450 А, напряжении 35 В, дистанции 80 и 120 мм, дисперсности 70-75 мкм и расходе аргона 65-70 л/мин (фиг.2). Технологические режимы плазменного напыления серебросодержащего порошка ГА выбираются из соображений, описанных выше. В таблице 4 представлен количественный анализ серебросодержащего плазмонапыленного Ti/ГА-покрытия.
| Таблица 4 | ||||
| Количественный анализ серебросодержащего плазмонапыленного Ti/ГА-покрытия | ||||
| Режим | Содержание, % | |||
| напыления | Сa | P | Ti | Ag |
| L=80 мм | 72 | 14 | 0,8 | 13,2 |
| L=120 мм | 73 | 13 | 0,7 | 13,3 |
Таким образом, разработан способ формирования антимикробного покрытия, который в результате позволяет получать покрытие, которое будет способствовать быстрой и надежной остеоинтеграции имплантата с биологическими тканями.
Способ формирования антимикробного покрытия, заключающийся в подготовке серебросодержащего раствора, предварительной подготовке поверхности имплантата и формировании покрытия, отличающийся тем, что при подготовке серебросодержащего раствора помещают порошок гидроксиапатита в 0,04% раствор AgNO3, осуществляют выдержку порошка на воздухе при комнатной температуре в течение времени, необходимого для качественной пропитки частиц гидроксиапатита раствором AgNO3, отфильтровывают осадок, который затем промывают горячей водой, высушивают при 200°-300°C в течение 4-6 ч и отжигают при 600°-700°C в течение 2-3 ч, формирование покрытия производят плазменным напылением сначала титанового подслоя и затем серебросодержащего порошка гидроксиапатита, при предварительной подготовке поверхности имплантата осуществляют струйную обработку поверхности порошком электрокорунда под давлением, плазменное напыление титанового подслоя осуществляют при напряжении 35 В, силе тока 450 А, дистанции напыления 100 мм и дисперсности титанового порошка 100-120 мкм, расход аргона 55-60 л/мин, плазменное напыление серебросодержащего порошка ГА производят при силе тока 450 A, напряжении 35 В, дистанции 80 и 120 мм, дисперсности 70-75 мкм и расходе аргона 65-70 л/мин.
