Способ получения биоактивного покрытия на основе кремнийзамещенного гидроксиапатита

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения биоактивного покрытия на основе кремнийзамещенного гидроксиапатита, включающий воздушно-абразивную обработку с использованием порошка электрокорунда дисперсностью 250-300 мкм в течение 4-6 мин, затем для формирования покрытия проводят электроплазменное напыление подслоя из порошка титана с дисперсностью 100-150 мкм в течение 5-10 с при токе дуги 300 А с дистанции напыления 150-200 мм и расходе плазмообразующего газа 20 л/мин, после чего проводят электроплазменное напыление кремнийзамещенного гидроксиапатита с дисперсностью до 90 мкм в течение 12-15 с при токе дуги 350 А с дистанции напыления 50-100 мм и расходе плазмообразующего газа 20 л/мин. Способ направлен на повышение адгезии и биоактивности покрытия. 1 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, которые могут быть использованы для получения, биосовместимого покрытия металлических внутрикостных имплантатов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, в том числе в стоматологии.

Известен способ получения проводящих нанокомпозитных покрытий, содержащих металл в кремний-углеродной матрице (патент РФ на изобретение №229747). Для этого в вакуумной камере с помощью плазмотрона создают поток плазмы паров кремнийсодержащего жидкого углеводорода в присутствии аргона с парциальным давлением, более чем в три раза превышающим парциальное давление паров кремнийсодержащего жидкого углеводорода, и поток частиц металла с помощью магнетрона. Покрытие осаждают на подложкодержатель с подложками, выполненный с возможностью изоляции от потока частиц.

Недостатком данного способа является получение покрытий с невысокой биосовместимостью и отсутствием биоактивности, необходимых для протекания процесса остеоинтеграции.

Известен способ получения биологически активного керамического покрытия на основе гидроксиапатита методом погружения (патент US на изобретение №6569489 В1, опубл. 27.05.2003), включающий несколько стадий. Сначала подготавливают подложку и получают водный раствор, имеющий уровень рН=6,0-7,5, температуру ниже или равную 100°С и содержащий ионы кальция, фосфата и карбонат-ионы. Затем погружают заготовку изделия в раствор и выдерживают в течение времени, достаточного для формирования керамического покрытия при рН раствора <8.0.

Однако в описанном выше способе не решена проблема формирования покрытия с развитой морфологией и высокими значениями адгезии.

Наиболее близким к заявляемому способу получения биоактивного покрытия является способ нанесения покрытий методом высокочастотного магнетронного распыления (Остеоиндуктивные покрытия на основе кремнийзамещенного гидроксиапатита: физико-химические свойства и invitro исследование / М.А. Сурменева, А. Ковтун, Р.А. Сурменев и др. // Новые технологии создания и применения биокерамики в восстановительной медицине: материалы III Международной научно-практической конференции. - 2013. - С. 154-159), заключающийся в предварительной обработке поверхности для создания развитого рельефа и магнетронном напылении при рабочем давлении 0,1 Па, расстоянии между мишенью и подложкой 40 мм, времени напыления 3 ч (ВЧ-мощность 290 Вт) и 5 ч (ВЧ-мощность 200 Вт).

Недостатком отмеченного способа является невозможность создания покрытий, обладающих достаточной толщиной для использования в сложных клинических ситуациях в ортопедии и стоматологии (например, для модификации покрытий жидкими веществами с целью придания им различных свойств). Кроме того, недостатком является использование сложного дорогостоящего оборудования, а также длительное время проведения операции напыления.

Задачей заявляемого изобретения является получение методом электроплазменного напыления кремнийзамещенного покрытия на основе гидроксиапатита с развитой морфологией поверхности и повышенными адгезией и биоактивностью.

Технический результат заключается в повышении адгезии и биоактивности за счет использования кремнийзамещенного гидроксиапатита (Si-ГА) дисперсностью до 90 мкм, используемого в качестве компонента, входящего в состав плазмонапыленного покрытия, и получении покрытия с развитой морфологией поверхности.

Поставленная задача решается тем, что при осуществлении способа получения биоактивного покрытия на основе кремнийзамещенного гидроксиапатита, заключающемся в предварительной подготовке поверхности и формировании покрытия. Новым является то, что для создания развитого рельефа предварительно проводят воздушно-абразивную обработку с использованием порошка электрокорунда дисперсностью 250-300 мкм в течение 4-6 мин, затем для формирования покрытия проводят электроплазменное напыление подслоя из порошка титана с дисперсностью 100-150 мкм в течение 5-10 с при токе дуги 300 А с дистанции напыления 150-200 мм и расходе плазмообразующего газа 20 л/мин, после чего проводят электроплазменное напыление кремнийзамещенного гидроксиапатита с дисперсностью до 90 мкм в течение 12-15 с при токе дуги 350 А с дистанции напыления 50-100 мм и расходе плазмообразующего газа 20 л/мин.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом: фиг. - СЭМ-изображения поверхности плазмонапыленного Si-ГА на титановой подложке.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительную обработку поверхности медицинского изделия для создания развитого рельефа поверхности осуществляют воздушно-абразивной обработкой на аппарате АСОЗ 1.2 МЕГА порошком электрокорунда Белэкт №25 (ТУ 9391-094-45814830-2003) дисперсностью 250-300 мкм в течение 4-6 минут (Лясникова А.В., Дударева О.А. Медицинские имплантаты: учеб. пособие / А.В. Лясникова, О.А. Дударева. Москва: Прондо, 2014. - 792 с.).

Далее для формирования покрытия осуществляют электроплазменное напыление титанового подслоя с дисперсностью порошка 100-150 мкм в течение 5-10 с при токе дуги 300 А с дистанции напыления 150-200 мм и расходе плазмообразующего газа 20 л/мин на абразивно-обработанную титановую основу на полуавтоматической установке УПН-28.

Формирование покрытия завершают слоем Si-ГА с дисперсностью частиц до 90 мкм в течение 12-15 с при токе дуги 350 А с дистанции напыления 50-100 мм и расходе плазмообразующего газа 20 л/мин.

Ток дуги при электроплазменном напылении, время напыления, дистанция напыления, дисперсность порошка и расход плазмообразующего газа были получены экспериментальным путем, результаты которого представлены в таблице 1.

Выбранные технологические режимы электроплазменного напыления объясняются следующим образом.

Увеличение тока дуги значительно повышает энтальпию и температуру плазменной струи, а также температуру, скорость и дисперсность напыляемых частиц, что обусловливает рост плотности покрытия, производительности напыления и коэффициент использования материала. Наиболее рациональное регулирование тока дуги, параметров напыления и качества получаемого покрытия обеспечивается при токе дуги 300 А.

Время напыления было определено также экспериментальным путем в зависимости от типа используемого материала. Для небольшой длительности электроплазменного напыления характерен недостаточный прогрев частиц порошка и тонкий неравномерный слой покрытия, а при использовании большего времени напыления наоборот - слишком толстый слой покрытия, что негативно сказывается на прочности сцепления покрытия с основой. Поэтому при электроплазменном напылении титана целесообразно использование времени, равного 5-10 сек.

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. Оптимальной для заявляемого способа является дистанция напыления 150-200 мм.

Дисперсность частиц порошка титана выбирается из условия необходимости их быстрого нагрева до температуры плавления и распыления, поэтому наиболее рациональным является использование порошка титана с дисперсностью 100-150 мкм.

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, в заявляемом способе он определен экспериментально и составляет 20 л/мин.

Режимы электроплазменного напыления слоя Si-ГА выбираются из технологических соображений, описанных выше (таблица 2).

Анализ морфологии поверхности образцов с покрытием показал, что плазмонапыленное Si-ГА покрытие состоит из плотноупакованных частиц порошка размерами порядка 40-100 мкм, образующих агломераты размером до 200 мкм, равномерно распределенных по всей поверхности образца (Фиг., а). Так же обнаружено наличие наночастиц порошка (80-150 нм), имеющих вытянутую форму, плотно расположенных по поверхности более крупных частиц (Фиг., б). Полученные данные для плазмонапыленных частиц макроразмеров сопоставимы с соответствующими значениями для плазмонапыленных ГА покрытий, сформированных при аналогичных режимах. В то же время Si-ГА покрытия показывают развитую морфологию и наличие большого количества наноразмерных структур по сравнению с ГА покрытиями.

Установлено, что наиболее развитая морфология покрытия характерна для значений дисперсности порошка Si-ГА до 90 мкм. Напыление порошка дисперсностью менее 100 нм технологически неэффективно, т.к. происходит слипание порошка при нахождении в порошковом питателе, а также частичное го сжигание в процессе плазменного напыления. Крупные частицы (более 90 мкм) стабильно образуют агломераты, что приводит к неоднородности покрытия, что также нежелательно.

Анализ химического элементного состава плазмонапыленных покрытий производился не менее чем в пяти точках поверхности образцов (Фиг., а) и показал, что плазмонапыленное Si-ГА покрытие содержит преимущественно кислород, кальций, фосфор и кремний (таблица 3). Наличие кремния фиксируется на всех исследованных участках поверхности, что свидетельствует о равномерности распределения частиц в плазмонапыленном покрытии.

Адгезия Si-ГА определялась расчетным методом, как среднее отношение усилия отрыва склеенных образцов к площади участка отрыва (ГОСТ 27890-88). Максимальное усилие, при котором произошел отрыв плазмонапыленного покрытия, составило 4,3 кН. При этом адгезия плазмонапыленного Si-ГА покрытия составила 12,0…12,6 МПа, что превышает средние показатели адгезии для ГА плазмонапыленных покрытий (порядка 10…11 МПа), но является сопоставимыми со значениями высокристалличного ГА.

Таким образом, разработан способ получения биоактивного покрытия на основе кремнийзамещенного гидроксиапатита, обладающего развитой морфологией поверхности и повышенными адгезией и биоактивностью за счет наличия частиц кремния. Полученные электроплазменным напылением Si-ГА покрытия весьма перспективны для применения в медицинской практике, в том числе в дентальной имплантологии.

Способ получения биоактивного покрытия на основе кремнийзамещенного гидроксиапатита, заключающийся в предварительной подготовке поверхности и формировании покрытия, отличающийся тем, что для создания развитого рельефа предварительно проводят воздушно-абразивную обработку с использованием порошка электрокорунда дисперсностью 250-300 мкм в течение 4-6 мин, затем для формирования покрытия проводят электроплазменное напыление подслоя из порошка титана с дисперсностью 100-150 мкм в течение 5-10 с при токе дуги 300 А с дистанции напыления 150-200 мм и расходе плазмообразующего газа 20 л/мин, после чего проводят электроплазменное напыление кремнийзамещенного гидроксиапатита с дисперсностью до 90 мкм в течение 12-15 с при токе дуги 350 А с дистанции напыления 50-100 мм и расходе плазмообразующего газа 20 л/мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к синтезу сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4, который может быть использован в качестве среднетемпературного твердого протонпроводящего материала.

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения кремнийзамещенного гидроксиапатита, включающий синтез кремнийзамещенного гидроксиапатита методом осаждения из водного раствора реагентов, содержащих ортофосфорную кислоту, гидроксид кальция и тетраэтилортосиликат, отстаивание, выделение осадка, высушивание и термообработку осадка, отличающийся тем, что термообработку осадка ведут при температуре 200-250°С в течение 2-3 часов, затем его охлаждают в течение 1-2 часов, размалывают в течение 15 мин и производят фракционирование до 90 мкм.

Изобретение относится к технологии получения кристаллического кремний-замещенного гидроксилапатита (Si-ГА), который может быть использован в ортопедии и стоматологии.

Изобретение относится к технологии выращивания водорастворимых оптических монокристаллов группы дигидрофосфата калия (KDP), которые могут быть использованы, например, при изготовлении активных элементов параметрических преобразователей лазерного излучения для квантовой оптики.

Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов, предназначенных для использования в оптико-электронных устройствах. Способ выращивания кристаллов из пересыщенного раствора включает испарение растворителя с поверхности пересыщенного раствора, находящегося внутри кристаллизационного сосуда, конденсацию паров растворителя в верхней части сосуда, перетекание образовавшегося конденсата в нижнюю зону сосуда, при этом конденсат растворителя, собранный в верхней части кристаллизационного сосуда, основным насосом подают в расположенный вне сосуда контейнер, заполненный кристаллическим материалом, что обеспечивает постепенное контролируемое растворение материала, образовавшийся раствор из контейнера подают в зону кристаллизационного сосуда, заполненную пересыщенным раствором, часть раствора дополнительным насосом из верхней части контейнера по байпасной линии вновь направляют в нижнюю часть контейнера, в процессе выращивания кристалла обеспечивают контроль за изменением массы кристаллического вещества, которое находится внутри контейнера, причем по мере израсходования кристаллического вещества в контейнере в результате его растворения производят повторную загрузку контейнера кристаллическим материалом, не прерывая процесс выращивания кристалла.

Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, которые могут быть использованы для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, в том числе в стоматологии.

Изобретение относится к области химии, а именно к механохимическим способам получения нанокристаллического кремний-замещенного гидроксилапатита, являющегося биологически активным материалом, который может быть использован для покрытия металлических и керамических имплантатов, в качестве наполнителя для восстановления дефектов костной ткани при изготовлении медицинской керамики и композитов для стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, а также лечебных паст.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к синтезу гидросульфатфосфата цезия состава Cs5(HSO 4)2(H2PO4)3 , который может быть использован в качестве твердого протонпроводящего материала.

Изобретение относится к способам получения ориентированных монокристаллов, применяемых в лазерной физике, акустоэлектронике, оптоэлектронике для реализации пьезоэлектрических и нелинейно-оптических эффектов.

Изобретение относится к технике выращивания кристаллов из растворов солей, в частности для выращивания кристаллов группы KDP (КН2РO4), которые широко применяются для изготовления элементов нелинейной оптики.

Изобретение может быть использовано при получении бетона или железобетона. Способ получения ускорителя схватывания и затвердевания минеральных вяжущих веществ включает этап приведения во взаимодействие соединения кальция с силиказолем при мольном соотношении Si:Ca менее 0,1 в ходе реакции.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ обработки силикатного материала включает стадии приготовления первой композиции взаимодействием при температуре от 500 до 1200°C соединения карбоната щелочного металла с силикатом магния и контакта первой композиции с водой с получением второй композиции, включающей аморфный гидрат силиката магния (M-S-H); а также стадию выделения или получения оксида магния, гидроксида магния или силиката щелочного металла из второй композиции.

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения кремнийзамещенного гидроксиапатита, включающий синтез кремнийзамещенного гидроксиапатита методом осаждения из водного раствора реагентов, содержащих ортофосфорную кислоту, гидроксид кальция и тетраэтилортосиликат, отстаивание, выделение осадка, высушивание и термообработку осадка, отличающийся тем, что термообработку осадка ведут при температуре 200-250°С в течение 2-3 часов, затем его охлаждают в течение 1-2 часов, размалывают в течение 15 мин и производят фракционирование до 90 мкм.

Изобретение относится к технологии переработки кальцийсодержащих техногенных отходов борного производства. Способ включает обработку отходов борного производства раствором гидроксида щелочного металла с образования гидросиликата кальция.

Изобретение относится к технологии переработки кальций- и кремнийсодержащих техногенных отходов борного производства (борогипса) и может быть использовано при производстве игольчатого волластонита для применения в цветной металлургии, в шинной, асбоцементной и лакокрасочной промышленности, в производстве керамики.

Изобретение относится к технологии получения кристаллического кремний-замещенного гидроксилапатита (Si-ГА), который может быть использован в ортопедии и стоматологии.

Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, которые могут быть использованы для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, в том числе в стоматологии.

Изобретение относится к области химии, а именно к механохимическим способам получения нанокристаллического кремний-замещенного гидроксилапатита, являющегося биологически активным материалом, который может быть использован для покрытия металлических и керамических имплантатов, в качестве наполнителя для восстановления дефектов костной ткани при изготовлении медицинской керамики и композитов для стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, а также лечебных паст.

Изобретение относится к области медицины, а именно к производству лекарственных средств. .
Группа изобретений относится к медицине, конкретно к имплантируемой пасте, содержащей биологически активный стеклянный порошок, имеющий распределение размеров, составляющее 0,5-45 мкм, биологически активные стеклянные гранулы, имеющие распределение размеров между 100 и 4000 мкм, полиэтиленгликоль с низкой молекулярной массой, имеющий диапазон молекулярной массы, составляющий 200-700 г/моль, полиэтиленгликоль со средней молекулярной массой, имеющий диапазон молекулярной массы, составляющий 700-2500 г/моль, полиэтиленгликоль с высокой молекулярной массой, имеющий диапазон молекулярной массы, составляющий 2500-8000 г/моль, и глицерин.

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения биоактивного покрытия на основе кремнийзамещенного гидроксиапатита, включающий воздушно-абразивную обработку с использованием порошка электрокорунда дисперсностью 250-300 мкм в течение 4-6 мин, затем для формирования покрытия проводят электроплазменное напыление подслоя из порошка титана с дисперсностью 100-150 мкм в течение 5-10 с при токе дуги 300 А с дистанции напыления 150-200 мм и расходе плазмообразующего газа 20 лмин, после чего проводят электроплазменное напыление кремнийзамещенного гидроксиапатита с дисперсностью до 90 мкм в течение 12-15 с при токе дуги 350 А с дистанции напыления 50-100 мм и расходе плазмообразующего газа 20 лмин. Способ направлен на повышение адгезии и биоактивности покрытия. 1 ил., 3 табл.

Наверх