Способ модифицирования поверхности титановых имплантатов порошковыми биокерамическими материалами


 


Владельцы патента RU 2549984:

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 способу модифицирования поверхности титановых имплантатов порошковыми биокерамическими материалами. При осуществлении способа проводят термообработку поверхности титановых имплантатов аргоно-плазменной струей при токе дуги 150-250 А, продолжительности 2,5-3,0 мин на дистанции обработки 80-120 мм с последующей струйной обработкой термоактивированной поверхности порошковым биокерамическим материалом дисперсностью частиц 150-500 мкм при давлении струи 0,6-0,7 МПа в течение 10-15 сек. Способ является технологически простым, позволяет модифицировать поверхность титановых имплантатов биокерамическими частицами и обеспечивает создание высокоэффективной остеоинтеграционной поверхностной структуры имплантатов. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к способам формирования биокерамических покрытий на титановых имплантатах для стоматологии, травматологии и ортопедии, и может использоваться при изготовлении внутрикостных и чрескостных имплантационных конструкций.

При модифицировании поверхности титановых имплантатов наиболее часто применяют способы плазменного напыления порошковых биокерамических покрытий. При этом механическая прочность таких порошковых покрытий во многих случаях находится на низком уровне, часто наблюдается отскок частиц порошка от подложки при соударении с ней. Кроме того, не всегда удается получить высокоразвитую морфологию плазменно обработанных поверхностей имплантатов для обеспечения их эффективной остеоинтеграции. Известные технологические способы создания биокерамических слоев на имплантатах отличаются повышенной сложностью и трудоемкостью, а механическая прочность получаемых порошковых покрытий находится на низком уровне, что сильно ограничивает функциональную надежность титановых имплантационных конструкций.

Известен способ изготовления имплантатов с биокерамическим покрытием (гидроксиапатит, биоситалл), наносимым методом плазменного напыления [патент РФ №2157245, МПК: A61L 27/06, A61F 2/28, опубл. 10.10.2000 г.], в котором в качестве основы имплантатов используется титановая лента, из которой просекают сетку с квадратными или ромбовидными ячейками с величиной сторон 0,8-2,5 мм и шагом 0,05-0,1 мм. На поверхность сетки методом плазменного напыления наносят слой титана толщиной 50-100 мкм из порошка дисперсностью 60-150 мкм, который затем покрывают слоем биокерамики (гидроксиапатит, биоситалл) толщиной 30-50 мкм из порошка дисперсностью 40-60 мкм. Плазмонапыленное покрытие может быть однослойным (титан) или двухслойным (титан+биокерамика), односторонним или двусторонним.

Недостатком данного способа является отсутствие развитой остеоинтеграционной структуры поверхности титановых имплантатов и технологическая сложность их модифицирования порошковыми биокерамическими материалами.

Известен способ нанесения гидроксиапатитовых покрытий, включающий смешивание порошка гидроксиапатита со связующим веществом, в качестве которого используют фосфатные связки, взятые в соотношении к порошку 1,0-1,5:1,5-2,0, сушку и термообработку обжигом при температуре 250-600°C [патент РФ №2158189, МПК: B05D 7/24, B05D 7/14, A61L 27/00, опубл. 27.10.2000 г.].

Однако недостатком данного способа является отсутствие технической возможности получения биокерамического слоя (гидроксиапатитового покрытия) с развитой остеоинтеграционной структурой, а также высокая технологическая сложность нанесения частиц порошка биокерамики на поверхность титановых имплантатов.

Ближайшим прототипом, по мнению автора, является способ нанесения гидроксиапатитового покрытия на имплантаты [патент РФ №2417107, МПК: A61L 27/30, B05D 7/24, A61L 27/32, опубл. 27.04.2011 г.], включающий смешивание порошка гидроксиапатита с биологически совместимым связующим веществом в виде фосфатной связки при соотношении связки и порошка 1,0-1,5:1,5-2,0, нанесение получаемой суспензии на металлическую поверхность, сушку и последующую термообработку аргоно-плазменной струей при токе дуги 300-500 A, продолжительности 0,5-2,0 мин на дистанции 40-100 мм.

Однако существенным недостатком данного способа является технологическая сложность модифицирования поверхности имплантатов порошковым биокерамическим материалом.

Задачей изобретения является получение развитой остеоинтеграционной структуры поверхности титановых имплантатов путем создания технологически простых условий их модифицирования порошковыми механически прочными биокерамическими материалами.

Технический результат изобретения заключается в повышении морфологической гетерогенности поверхности имплантатов и в повышении прочности ее срастания с костью.

Поставленная задача достигается за счет того, что в предлагаемом способе модифицирования поверхности титановых имплантатов порошковыми биокерамическими материалами, включающем термообработку поверхности титановых имплантатов аргоно-плазменной струей, согласно предлагаемому техническому решению, термообработку поверхности титановых имплантатов аргоно-плазменной струей проводят при токе дуги 150-250 A, продолжительности 2,5-3,0 мин на дистанции обработки 80-120 мм с последующей струйной обработкой термоактивированной поверхности порошковым биокерамическим материалом дисперсностью частиц 150-500 мкм при давлении струи 0,6-0,7 МПа в течение 10-15 сек. При этом в качестве порошковых биокерамических материалов применяют механически прочные оксиды титана, тантала, циркония, алюминия. В результате предварительной термообработки имплантатов аргоно-плазменной струей происходит термическая активация титановой поверхности с увеличением ее пластичности, что облегчает внедрение и способствует прочному закреплению в ней частиц порошкового биокерамического материала при последующей струйной обработке имплантатов.

Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что активирующая термообработка поверхности имплантатов путем воздействия на нее аргоно-плазменной струи проводится при токе дуги 150-250 A, продолжительности 2,5-3,0 мин на дистанции 80-120 мм для увеличения уровня пластичности поверхностных титановых слоев, а потом осуществляется порошково-струйная обработка термоактивированной поверхности частицами биокерамического материала дисперсностью 150-500 мкм при давлении струи 0,6-0,7 МПа в течение 10-15 сек для формирования морфологически развитой остеоинтеграционной структуры имплантатов.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что процесс модифицирования поверхности титановых имплантатов порошковыми биокерамическими материалами осуществляют сначала путем предварительной активирующей термообработки поверхности имплантатов аргоно-плазменной струей при токе дуги 150-250 A, продолжительности 2,5-3,0 мин на дистанции 80-120 мм, за счет чего титановая поверхность разогревается до температуры 170-200°C при повышении ее пластичности и снижении твердости, а затем производят струйную обработку (обдувку) такой термически активированной поверхности порошковым биокерамическим материалом (механически прочные оксиды титана, тантала, циркония, алюминия) дисперсностью 150-500 мкм при давлении струи 0,6-0,7 МПа в течение 10-15 сек. При этом в процессе струйной обработки происходит внедрение частиц порошкового биокерамического материала в разогретую титановую поверхность, которые, при охлаждении поверхности, сопровождающемся повышением уровня ее твердости и снижением пластичности, прочно закрепляются в ней с формированием развитой и морфологически гетерогенной биокерамической структуры.

Данные технологические условия модифицирования поверхности титановых имплантатов отличаются от способа по прототипу меньшей трудоемкостью и простотой осуществления процесса, позволяют создавать поверхностные биокерамические структуры с высокой механической прочностью и морфологической гетерогенностью.

Значения тока дуги 150-250 A при предварительной аргоно-плазменной обработке титановых имплантатов обеспечивают придание поверхности необходимого пластического состояния и пониженной твердости для уменьшения сопротивления внедрению частиц порошкового биокерамического материала при последующей струйной обработке поверхности. При этом значения тока дуги меньше 150 A не обеспечивают получение высокопластичного состояния титановой поверхности, что затрудняет внедрение и закрепление частиц порошкового биокерамического материала в поверхностном металлическом слое, а значения тока дуги больше 250 A приводят к необратимым структурно-химическим изменениям в титановой основе, к деформированию самой конструкции имплантата и к снижению прочностных характеристик поверхности.

Значения продолжительности воздействия аргоно-плазменной струи, составляющие 2,5-3,0 мин, выбраны исходя из условий обеспечения высокой пластичности титановой поверхности при термообработке. Отклонение от указанных значений временного режима не позволяет добиться такого состояния поверхности имплантата, при котором происходит эффективное внедрение и закрепление в ней частиц порошкового биокерамического материала при струйной обработке.

Значения дистанции обработки аргоно-плазменной струей меньше 80 мм приводят к чрезмерному нагреву титановой поверхности с опасностью ее локального оплавления, а значения дистанции, превышающие 120 мм, не обеспечивают термическую активацию поверхности, при которой происходит существенное повышение уровня ее пластичности.

Значения дисперсности частиц порошкового биокерамического материала, находящиеся в интервале 150-500 мкм, выбраны из условий получения такой морфологической структуры поверхности, которая обладает высокой остеоинтеграционной способностью.

Значения давления порошковой струи на уровне 0,6-0,7 МПа являются технологически наиболее целесообразными, т.к. при меньших значениях давления не удается обеспечить внедрение и прочное закрепление частиц порошкового биокерамического материала в поверхности термообработанных титановых имплантатов, а при больших значениях давления порошковой струи происходит существенное деформирование титановой поверхности, сопровождающееся ее наклепом и значительным изменением физико-механических свойств.

Значения продолжительности струйной обработки титановых имплантатов частицами порошкового биокерамического материала, составляющие 10-15 сек, позволяют сформировать морфологически развитую биокерамическую структуру имплантатов. В случае, если струйная обработка проводится меньше 10 сек, то не удается модифицировать всю поверхность титановых имплантатов частицами порошкового биокерамического материала, а в случае, если струйная обработка осуществляется больше 15 сек, происходит отскок частиц порошкового биокерамического материала от термоактивированной поверхности имплантатов вследствие ее охлаждения, которое приводит к потере высокой пластичности и повышению твердости поверхностных слоев.

Пример 1. Берут титановый имплантат, закрепляют его на оснастке в камере плазменной установки типа ВРЕC и с помощью плазмотрона проводят предварительную активирующую термообработку его поверхности аргоно-плазменной струей при значении тока дуги 250 A, продолжительности 2,5 мин, на дистанции 80 мм. За счет такой термообработки титановая поверхность разогревается до температур порядка 170-200°C, что сопровождается повышением уровня ее пластичности и снижением твердости поверхностных слоев. Затем выключают плазмотрон и в камере плазменной установки с закрепленным термоактивированным имплантатом проводят струйную обработку (обдувку) поверхности имплантата частицами оксида циркония дисперсностью 150 мкм при давлении порошковой струи 0,6 МПа в течение 10 сек. Данную обработку проводят с помощью пескоструйного аппарата, компрессор которого создает необходимое давление подачи порошка оксида циркония. При этом в процессе струйной обработки происходит внедрение частиц оксида циркония в разогретую титановую поверхность, которые при охлаждении поверхности прочно закрепляются в ней с формированием развитой и морфологически гетерогенной биокерамической структуры.

Пример 2. Берут титановый имплантат, закрепляют его на оснастке в камере плазменной установки типа ВРЕC и с помощью плазмотрона проводят предварительную активирующую термообработку его поверхности аргоно-плазменной струей при значении тока дуги 150 A, продолжительности 3,0 мин, на дистанции 120 мм. За счет такой термообработки титановая поверхность разогревается до температур порядка 170-200°C, что сопровождается повышением уровня ее пластичности и снижением твердости поверхностных слоев. Затем выключают плазмотрон и в камере плазменной установки с закрепленным термоактивированным имплантатом проводят струйную обработку (обдувку) поверхности имплантата частицами оксида титана дисперсностью 500 мкм при давлении порошковой струи 0,7 МПа в течение 15 сек. Данная обработка проводится с помощью пескоструйного аппарата, компрессор которого создает необходимое давление подачи порошка оксида титана. При этом в процессе струйной обработки происходит внедрение частиц оксида титана в разогретую титановую поверхность, которые при охлаждении поверхности прочно закрепляются в ней с формированием развитой и морфологически гетерогенной биокерамической структуры.

Получаемая заявляемым способом модифицирования поверхность титановых имплантатов характеризуется следующими параметрами: адгезией, МПа - 25-27, относительной шероховатостью (безразмерный параметр) 0,6-0,75, плотностью распределения частиц биокерамики (плотностью микровыступов), 1/см - 120-190.

Положительный эффект предполагаемого изобретения, заключающийся в повышении морфологической гетерогенности поверхности имплантатов и в повышении прочности ее срастания с костью, достигается за счет получение развитой остеоинтеграционной структуры поверхности титановых имплантатов путем создания технологически простых условий их модифицирования порошковыми механически прочными биокерамическими материалами.

1. Способ модифицирования поверхности титановых имплантатов порошковыми биокерамическими материалами, включающий термообработку поверхности титановых имплантатов аргоно-плазменной струей, отличающийся тем, что термообработку поверхности титановых имплантатов аргоно-плазменной струей проводят при токе дуги 150-250 А, продолжительности 2,5-3,0 мин на дистанции обработки 80-120 мм с последующей струйной обработкой термоактивированной поверхности порошковым биокерамическим материалом дисперсностью частиц 150-500 мкм при давлении струи 0,6-0,7 МПа в течение 10-15 сек.

2. Способ модифицирования поверхности титановых имплантатов порошковыми биокерамическими материалами по п. 1, отличающийся тем, что в качестве порошковых биокерамических материалов применяют оксиды титана, тантала, циркония, алюминия.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к способу получения оксидного биосовместимого покрытия на чрескостном металлическом имплантате. Способ заключается в оксидировании имплантата в смеси перегретого водяного пара и наночастиц серебра при температуре 500-550°C, давлении подачи смеси 1,2-1,3 атм в течение 1,5-2,0 ч при предварительном удалении воздуха из рабочего объема печи путем подачи в него под давлением 3-4 атм перегретого пара.
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности. В предлагаемом зубном протезе, содержащем полимерный каркас с нанесенным на него облицовочным покрытием, облицовочное покрытие состоит из промежуточного диффузионного слоя и верхнего облицовочного слоев, облицовочное покрытие выполнено из бесцветных оксидов металлов, выбранных из группы: оксид циркония, оксид алюминия, оксид титана.

Группа изобретений относится к компоненту эндопротеза сустава и предназначено для того, чтобы вместе с сопряженной поверхностью скольжения (26) другого компонента протеза (11, 23) или костной контропорой сустава или мягкой ткани образовывать подвижное соединение.

Изобретение относится к медицине и представляет собой имплантат, имеющий покрытие, которое выделяет ионы серебра в организм человека и в результате оказывает противомикробное воздействие.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для изготовления внутритканевых эндопротезов на титановой основе. Способ изготовления имплантатов включает многослойное плазменное напыление на металлическую основу имплантатов биологического активного покрытия, при этом первым и вторым слоями дистанционно напыляют титан, третьим слоем наносят механическую смесь порошка титана и гидроксиапатита, а четвертый слой формируют на основе гидроксиапатита.
Изобретение относится к области медицины и касается цементных материалов для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. Описаны кальцийфосфатные цементные материалы, которые получают на основе порошков тетракальциевого фосфата и/или трикальцийфосфата.
Изобретение относится к медицине. Описан способ получения кальций-фосфатных стеклокерамических материалов, который может быть использован в медицине, а именно в стоматологии и ортопедии для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, для формирования зубных пломб, зубных паст.

Изобретение относится к изготовлению кардиоимплантатов из сплава на основе никелида титана с эффектом памяти формы (ЭПФ) и сверхэластичности с модифицированным ионно-плазменной обработкой поверхностным слоем, предназначенных для длительной эксплуатации в сердечно-сосудистой системе организма и обладающих коррозионной стойкостью, биосовместимостью и нетоксичностью в биологических средах.

Изобретение относится к медицинским изделиям и к способу получения медицинских изделий. .

Изобретение относится к медицине, а именно к изготовлению сетчатых эндопротезов для реконструктивно-восстановительной хирургии из гидрофобных полипропиленовых и поливинилиденфторидных мононитей, имеющих в структуре и на поверхности серебро.
Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к способу получения оксидного биосовместимого покрытия на чрескостном металлическом имплантате. Способ заключается в оксидировании имплантата в смеси перегретого водяного пара и наночастиц серебра при температуре 500-550°C, давлении подачи смеси 1,2-1,3 атм в течение 1,5-2,0 ч при предварительном удалении воздуха из рабочего объема печи путем подачи в него под давлением 3-4 атм перегретого пара.

Изобретение относится к области медицины, а именно к хирургическим устройствам и предназначено для повышения надежности пластики при паховых грыжах. Устройство состоит из двух прямоугольных частей одинаковой длины и разной ширины, одну из которых, более широкую из нерассасывающегося материала, используют для укрепления задней стенки пахового канала, а другую, более узкую шириной до 1 см, используют в формировании нижней части передней стенки пахового канала.

Изобретение относится к медицине, конкретно к имплантируемому устройству, включающему биологически совместимый, биологически разлагаемый полимер, смешанный с TMC278 (рилпивирин) и с одним или несколькими усиливающими высвобождение агентами, выбранными из группы, состоящей из полоксамеров, полисорбатов и сочетания диметилсульфоксида (ДМСО) и поли(винилпирролидона) (ПВП).

Изобретение относится к медицине. Хирургический имплантат для лечения недержания содержит биосовместимую сетку и центрирующее устройство.

Изобретение относится к медицине. Биоактивный пористый 3D-матрикс для тканевой инженерии включает резорбируемый частично-кристаллический полимер с пористостью 60-80% и размером пор от 2 до 100 мкм.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для изготовления внутритканевых эндопротезов на титановой основе. Способ изготовления имплантатов включает многослойное плазменное напыление на металлическую основу имплантатов биологического активного покрытия, при этом первым и вторым слоями дистанционно напыляют титан, третьим слоем наносят механическую смесь порошка титана и гидроксиапатита, а четвертый слой формируют на основе гидроксиапатита.

Изобретение относится к медицине, конкретно к реконструктивной хирургии дефектов слизистой оболочки полости рта. Описана матрица из биосовместимого, нерассасывающегося пространственно-сшитого полимера, полученного путем экспонирования УФ-светом фотополимеризующейся композиции, содержащей олигомеры метакрилового ряда, выполнена в виде эластичной прозрачной для света двухслойной пленки, сплошной слой которой гладкий, а другой слой - в виде рельефного рисунка, выполнен высотой, равной половине толщины матрицы, с образующим элементом в форме кольца, который не имеет общей стороны с соседствующими элементами.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к реконструктивно-восстановительной хирургии для выполнения атензионной надапоневротической пластики при паховых грыжах.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к реконструктивно-восстановительной хирургии для выполнения ненатяжной герниопластики вентральных грыж. Эндопротез сетчатый основовязаный усиленный для пластики вентральных грыж прямоугольной формы с закругленными углами по первому варианту выполнен с использованием нерассасывающихся полипропиленовых мононитей разной толщины, в структуре которого непосредственно в основной зоне сформирована усиленная зона, состоящая из центральной прямоугольной площадки, от середины каждой стороны которой перпендикулярно отходят полосы, фиксирующие положение площадки над грыжевым дефектом.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в стоматологии, травматологии и ортопедии. Описан способ получения наноструктурированнного кальций-фосфатного покрытия для медицинских имплантатов, заключающийся в распылении мишени из стехиометрического гидроксиапатита Ca10(PO4)6(OH)2 в плазме высокочастотного магнетронного разряда в атмосфере аргона при давлении 0.1-1 Па и плотностью мощности на мишени 0.1-1 Вт/см2 в течение 15-180 мин на расстоянии от мишени до подложки в интервале от 40 до 50 мм, где формирование наноструктуры производится после нанесения покрытия в ходе контролируемого термического отжига при температуре 700-750°C в течение 15-30 мин.

Изобретение относится к области медицины (медицинской техники), а именно к хирургическим устройствам, и предназначено для повышения удобства и надежности пластики при паховых грыжах. Устройство для пластики при паховых грыжах в виде синтетического сетчатого протеза со сформированными браншами имеет прикрепленный к нему для придания ему плоской формы в ране съемный каркас. Форма и размеры каркаса после его прикрепления к синтетическому сетчатому протезу позволяют оставить края последнего, в том числе вдоль линии разреза для формирования бранш, свободными на необходимую для фиксации синтетического сетчатого протеза к тканям организма ширину. Съемный каркас синтетического сетчатого протеза, поры которого имеют свойства эластического растяжения и сокращения, выполнен в форме трезубца из металлической проволоки определенной толщины в зависимости от размеров пор синтетического сетчатого протеза, при этом съемный каркас фиксируют к синтетическому сетчатому протезу многократно проводя концы зубцов сквозь синтетический сетчатый протез параллельно длинным краям последнего в направлении его бранш. Каждый зубец каркаса имеет на конце округлое утолщение. Устройство упрощает процедуру фиксации в тканях синтетического сетчатого протеза при пластике по поводу паховой грыжи. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх