Способ формирования покрытия на имплантате из сплава титана
Владельцы патента RU 2681329:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к анодированию сплавов титана, и может быть использовано в травматологии, ортопедии и стоматологии. Способ включает анодирование имплантата импульсным током в условиях искрового разряда при напряжении 170-200 В и температуре 10-20°С в течение 15-30 мин при постоянном перемешивании в электролите, содержащем раствор фосфорной кислоты с концентрацией 10%, порошок СаО до пересыщенного состояния и 10% порошка гидроксиапатита дисперсностью менее 70 мкм, при этом электролит дополнительно содержит 2,5-15 мас.% раствора хитозана, полученного при растворении сухого порошка хитозана в уксусной кислоте с концентрацией 4,5%, а анодирование ведут, пропуская ток положительной полярности со скоростью подъема напряжения 1-3 В/сек, с частотой следования импульсов 50 Гц и длительностью импульса 9,7 мс. Технический результат: получение эластичных и пористых покрытий на имплантате. 5 ил., 1 табл., 5 пр.
Изобретение относится к области электролитического нанесения покрытий с помощью химических реакций на поверхности, а именно к анодированию тугоплавких металлов или их сплавов и может быть использовано в травматологии, ортопедии и стоматологии.
Известен способ нанесения покрытия на имплантат из титана и его сплавов [RU 2221904 С1, МПК (2000.01) C25D 11/26, A61F 2/02, опубл. 20.01.2004], выбранный в качестве прототипа, включающий анодирование имплантата импульсным или постоянным током в условиях искрового разряда при напряжении 90-200 В с частотой следования импульсов 0,5-10,0 Гц при температуре 20-35°С в растворе фосфорной кислоты в течение 10-30 мин при постоянном перемешивании. Анодирование ведут в растворе фосфорной кислоты с концентрацией 5-25%, содержащем порошок СаО до пересыщенного состояния, или в растворе фосфорной кислоты с концентрацией 5-25%, содержащем порошок СаО до пересыщенного состояния и дополнительно 5-10% суспензии гидроксиапатита дисперсностью менее 70 мкм для создания суспензии.
Толщина полученных покрытий составляет 5-40 мкм.
Техническим результатом предложенного изобретения является разработка способа формирования покрытия на имплантате из сплава титана, позволяющего получить эластичные и пористые покрытия.
Способ формирования покрытия на имплантате из сплава титана, также как в прототипе включает анодирование имплантата импульсным током в условиях искрового разряда при напряжении 170-200 В и температуре 10-20°С в течение 15-30 мин при постоянном перемешивании в электролите, состоящем из раствора фосфорной кислоты с концентрацией 10%, порошка СаО до пересыщенного состояния и 10% порошка гидроксиапатита дисперсностью менее 70 мкм.
Согласно изобретению анодирование ведут, пропуская ток положительной полярности со скоростью подъема напряжения 1-3 В/сек, с частотой следования импульсов 50 Гц и длительностью импульса 9,7 мс в электролите, дополнительно содержащем 2,5-15 мас. % раствора хитозана, полученного при растворении сухого порошка хитозана в уксусной кислоте с концентрацией 4,5%.
Предложенный способ формирования покрытия на имплантате из сплавов титана позволяет получить пористые покрытия с эластичностью 1 мм, толщиной 2-5 мкм. Количество пор на 1500 мкм2 составляет от 3925±535 до 8311±736 шт. с диаметром пор на поверхности покрытий от 0,6±0,3 до 0,8±0,3 мкм.
Таким образом, полученные покрытия по сравнению с прототипом обладают большим количеством и диаметром пор, что способствует лучшей интеграции имплантата в живой организм. Эластичность покрытий увеличена минимум на 6 мм. Количество пор увеличено на 393-4779 шт. на 1500 мкм2, а диаметр пор на поверхности покрытий - на 0,1-0,3 мкм.
На фиг. 1-4 приведены снимки поверхности покрытия на имплантате, сформированного предложенным способом.
На фиг. 5 приведен снимок поверхности покрытия на имплантате, сформированного способом-прототипом.
В таблице 1 представлены результаты осуществления способа.
Использовали имплантаты размером 50×20×0,5 мм3 из сплава титана ВТ-6, которые для удаления оксидной пленки и загрязнений подвергали травлению в водном растворе азотной и плавиковой кислот, взятых в объемных отношениях HN:HF:H2O=1:2,5:2,5, при температуре 15-20°С в течение 10-15 секунд с последующей нейтрализацией в 1% водном растворе гидроксида натрия и многократной промывкой дистиллированной водой.
Пример 1
Для получения электролита подготовили раствор фосфорной кислоты с концентрацией 10%, к которому добавили порошок СаО до пересыщенного состояния, 10% порошок гидроксиапатита дисперсностью менее 70 мкм, и 2,5 мас. % раствора хитозана, полученного при растворении сухого порошка хитозана в 4,5% уксусной кислоте.
Полученный электролит вылили в электролитическую ванну, поместили в нее подготовленный имплантат и формировали покрытие с использованием установки для микродугового оксидирования [https://doi.org/10.1063/1.5001611].
Через раствор пропустили ток положительной полярности с напряжением 170 В со скоростью подъема напряжения 1 В/сек, с частотой следования импульсов 50 Гц и длительностью импульса 9,7 мс в течение 15 минут. Процесс вели при температуре 10°С при постоянном перемешивании.
После формирования покрытия, имплантат извлекли из электролитической ванны, промыли под проточной водой в течение 15 минут и прокипятили в дистиллированной воде в течение часа. После извлечения из дистиллированной воды поверхность имплантата осушили безворсовой салфеткой и поместили в воздушный стерилизатор для окончательного выпаривания влаги при температуре 105°С в течение 30 минут.
Исследование морфологии поверхности покрытия имплантата провели с помощью сканирующей электронной микроскопии, используя электронный микроскоп JEOL-6000. Морфология полученной поверхности покрытия показана на снимке, представленном на фиг. 1.
Измерение диаметра и подсчет количества пор на полученном снимке было проведено с помощью программы «ImageJ». Количество пор составило 3925±535 шт. на 1500 мкм2. Диаметр пор составил 0,6±0,3 мкм (таблица 1). Эластичность полученного покрытия, измеренная с использованием прибора «Изгиб», составила 1 мм. Толщина покрытия, измеренная с помощью прибора для измерения геометрических параметров КОНСТАНТА К5, составила 2 мкм.
Пример 2.
Состав используемого электролита, отличался от примера 1, использованием 5 мас. % раствора хитозана. Покрытие формировали при напряжении 180 В со скоростью подъема напряжения 2 В/сек, с частотой следования импульсов 50 Гц и длительностью импульса 9,7 мс в течение 20 минут. Процесс вели при температуре 15°С. На фиг. 2 показана морфология полученного покрытия. В таблице 1 приведены результаты исследования полученного покрытия.
Пример 3.
Состав используемого электролита, отличался использованием 10 мас. % раствора хитозана. Покрытие формировали при напряжении 190 В со скоростью подъема напряжения 3 В/сек, с частотой следования импульсов 50 Гц и длительностью импульса 9,7 мс в течение 20 минут. Процесс вели при температуре 20°С. На фиг. 3 показана морфология полученного покрытия. В таблице 1 приведены результаты исследования полученного покрытия.
Пример 4.
Состав используемого электролита, отличался от приведенного в примере 1, использованием 15 мас. % раствора хитозана. Покрытие формировали при напряжении 200 В со скоростью подъема напряжения 3 В/сек, с частотой следования импульсов 50 Гц и длительностью импульса 9,7 мс в течение 30 минут. Процесс вели при температуре 10°С. На фиг. 4 показана морфология полученного покрытия. В таблице 1 приведены результаты исследования полученного покрытия.
Пример 5.
Для нанесения покрытия по способу-прототипу подготовили раствор электролита, состоящий из фосфорной кислоты с концентрацией 10%, к которому добавили порошок СаО до пересыщенного состояния и 10% порошок гидроксиапатита дисперсностью менее 70 мкм.
Полученный электролит вылили в электролитическую ванну, поместили в нее подготовленный имплантат и формировали покрытие с использованием установки для микродугового оксидирования. Через раствор пропустили ток положительной полярности с напряжением 200 В, с частотой следования импульсов 10 Гц в течение 30 минут. Процесс вели при температуре 20°С при постоянном перемешивании. На фиг. 5 показана морфология полученного покрытия. В таблице 1 приведены результаты исследования полученного покрытия.
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ИМПЛАНТАТЕ ИЗ СПЛАВА ТИТАНА
Способ формирования покрытия на имплантате из сплава титана, включающий анодирование имплантата импульсным током в условиях искрового разряда при напряжении 170-200 В и температуре 10-20°С в течение 15-30 мин при постоянном перемешивании в электролите, состоящем из раствора фосфорной кислоты с концентрацией 10%, порошка СаО до пересыщенного состояния и 10% порошка гидроксиапатита дисперсностью менее 70 мкм, отличающийся тем, что электролит дополнительно содержит 2,5-15 мас. % раствора хитозана, полученного при растворении сухого порошка хитозана в уксусной кислоте с концентрацией 4,5%, а анодирование ведут, пропуская ток положительной полярности со скоростью подъема напряжения 1-3 В/сек, с частотой следования импульсов 50 Гц и длительностью импульса 9,7 мс.
