Спосіб нанесення гідроксиапатитового покриття на імплантати
Власники патенту UA 2417107:
Винахід відноситься до способів нанесення гідроксиапатитових покриттів і може бути використане в медицині для виготовлення металевих імплантатів з біоактивним покриттям. Отримання покриття на імплантатах з біоінертних металів та їх сплавів здійснюють шляхом змішування порошку гідроксиапатиту з біологічно сумісною сполучною речовиною у вигляді фосфатної зв'язки при співвідношенні зв'язки та порошку 1,0-1,5:1,5-2,0, нанесення одержуваної суспензії поверхню, сушіння та подальшої термообробки аргоно-плазмовим струменем при струмі дуги 300-500 А, тривалості 0,5-2,0 хв на дистанції 40-100 мм. Технічним результатом винаходу є підвищення механічної міцності гідроксиапатитового покриття за рахунок поверхневого оплавлення частинок порошку при їх посиленому зчепленні з металевою основою та один з одним. Спосіб дозволяє наносити покриття при високоекономічній витраті гідроксиапатитового порошку, що використовується. 2 іл., 1 табл.
Винахід відноситься до галузі медицини, а саме способів нанесення біоактивних гідроксиапатитових покриттів на імплантати для стоматології, травматології та ортопедії.
Гідроксіапатитове покриття імплантатів забезпечує їхнє прискорене та ефективне приживлення в кісткових структурах за рахунок високого рівня біологічної активності поверхні. Найбільш поширеною технологією нанесення порошкових гідроксиапатитових покриттів є плазмове напилення [1-3], що полягає в пропусканні порошку гідроксиапатиту через плазмотрон, розплавлення частинок порошку в плазмовому струмені з подальшим осіданням на поверхню імплантату. Однак нанесення гідроксиапатитового покриття порошково-плазмовим методом є технологічно складним.процесом і характеризується низькою економічною ефективністю витрати напилюваного матеріалу, т.к. тільки 40-50% частинок гідроксиапатитового порошку осідає на поверхні виробу, що обробляється, а решта їх - на стінках напилювальної камери, не потрапляючи на виріб. При цьому механічна міцність покриття у багатьох випадках знаходиться на низькому рівні, часто спостерігається відскок частинок порошку від підкладки при зіткненні з нею.
Відомий спосіб виготовлення імплантатів з біокерамічним покриттям (гідроксиапатит, біоситал), методом, що наноситься плазмового напилення [4]. Недоліком даного способу є велика витрата порошкового матеріалу, що використовується і недостатній для тривалого функціонування імплантатів рівень механічної міцності покриття.
Завданням винаходу є створення економічно ефективного способу нанесення гідроксиапатитового покриття з підвищеною механічною міцністю.
Поставлена задача досягається тим, що змішують порошок гідроксиапатиту з біологічно сумісною сполучною речовиною, як якого використовують фосфатні зв'язки, взяті у співвідношенні до порошку 1,0-1,5:1,5-2,0, наносять суспензію, що отримується на поверхню імплантату, роблять сушку нанесеної суспензії для її попереднього закріплення на імплантаті і здійснюють термообробку аргоно-плазмовим струменем при струмі дуги 300-500 А, тривалості 0,5-2,0 хв на дистанції 40-100 мм.
Відмінність пропонованого способу від прототипу полягає в тому, що термообробка проводиться шляхом впливу аргоноплазмового струменя при струмі дуги 300-500 А, тривалості 0,5-2,0 хв на дистанції 40-100 мм.
Наведені межі значень технологічного режиму обробки забезпечують отримання гідроксиапатитових покриттівпідвищеною адгезією та когезією, що є основними показниками механічної міцності покриттів.
Ефективна термообробка аргоно-плазмовим струменем при значеннях режиму I 500 А, τ>2,0 хв створює небезпеку вигоряння частинок гідроксиапатиту в обсязі покриття, що формується, що є технологічно неприйнятним фактором.
Дистанція обробки (відстань від зрізу сопла плазмотрона до поверхні виробу) вибирається в залежності від дисперсності застосовуваного гідроксиапатитового порошку, а також від товщини створюваного біоактивного покриття і варіюється в межах від 40 до 100 мм для можливості поверхневого оплавлення частинок гідроксиапатиту та їх міцного взаємозв'язку з поверхнею та між собою.
При дистанції обробки менше 40 мм міцність взаємозв'язку покриття з поверхнею імплантату підвищується, але відсутні виражена шорсткість і пористість гідроксиапатитового шару, необхідні для остеоінтеграції імплантату та його надійного закріплення в кістковій тканині. При дистанції обробки, що перевищує 100 мм, виключається можливість оплавлення частинок гідроксиапатитового порошку з відсутністю умов їх посиленого взаємозв'язку з основою імплантату та один з одним, що призводить до суттєвого зниження механічної міцності покриття.
Сутність винаходу полягає в тому, що процес формування покриття здійснюється шляхом змішування порошку гідроксиапатиту з фосфатною зв'язкою, нанесення одержуваної суспензії на поверхню імплантату, сушки нанесеної суспензії для попереднього закріплення об'єму покриття на виробі і термообробки аргоно-плазмовим струменем при А00 тривалості 0,5-2,0 хв, на дистанції 40-100 мм. При цьому порошок гідроксиапатиту змішують зі сполучною речовиною для утриманнягідроксиапатитових частинок на поверхні імплантату, а термообробку аргоно-плазмовим струменем проводять для забезпечення поверхневого оплавлення частинок порошку та їх посиленого фізико-механічного взаємозв'язку з металевою основою та один з одним за рахунок ефекту приварювання частинок. Присутність в обсязі покриття непроплавлених твердих ядер частинок гідроксіапатиту створює виражену шорсткість і морфологічну гетерогенність поверхні з наявністю пористої структури, необхідної для ефективної остеоінтеграції імплантату.
Покриття, отримане заявляється способом, ілюстровано фотозображеннями, де на фіг.1 показана поверхнева, остеоінтеграційна структура гідроксиапатитового шару, сформованого на титановому (ВТ1-00) стоматологічному імплантаті, а на фіг.2 - на сталевому (12Х18
Приклад 1. Приготовляють суспензію з порошку гідроксиапатиту дисперсністю Δ=50 мкм і біологічно сумісної речовини так, щоб одержуваний розчин був насичений частинками гідроксиапатиту і містив мінімальну кількість сполучної речовини, достатню для утримання суспензії на поверхні імплантату. Як сполучну речовину беруть кальційфосфатну зв'язку і змішують її з порошком гідроксиапатиту у співвідношенні 1,0:1,5. За допомогою пензля отриману суспензію наносять на імплантат і піддають сушінню печі при температурі 50°С протягом 20 хв. Потім імплантат із закріпленою суспензією поміщають в камеру плазмової установки типу ВРЕС і проводять термообробку покриття аргоно-плазмовим струменем при значенні струму дуги I=350 А, тривалості = 1,0 хв на дистанції L=70 мм. У даних технологічних умовах відбувається оплавлення поверхні гідроксіапатитових частинок, їх приварювання до основи імплантату таодин до одного при збереженні твердих ядер обсягом частинок.
Приклад 2. Приготовляють суспензію з порошку гідроксиапатиту дисперсністю Δ=70 мкм і біологічно сумісної речовини так, щоб одержуваний розчин був насичений частинками гідроксиапатиту і містив мінімальну кількість сполучної речовини, достатню для утримання суспензії на поверхні імплантату. Як сполучну речовину беруть магнійфосфатну зв'язку і змішують її з порошком гідроксиапатиту у співвідношенні 1,2:1,9. За допомогою пензля наносять суспензію на імплантат і піддають сушінню в печі при температурі 50°С протягом 20 хв. Потім імплантат із закріпленою суспензією поміщають в камеру плазмової установки і проводять термообробку покриття аргоно-плазмовим струменем при струмі дуги I=450 А, тривалості = 1,5 хв на дистанції L=90 мм. В результаті формується біоактивне механічно міцне покриття із поверхнево-оплавлених частинок гідроксиапатитового порошку.
Отримані даним способом гідроксиапатитові покриття пройшли випробування на механічну міцність, що визначається методами нормального відриву та зсуву. Результати проведених випробувань представлені у табл.
Позитивний ефект - підвищена механічна міцність покриття при зсуві і високоекономічна витрата гідроксиапатитового порошку - досягається тим, що завдяки поверхневому оплавленню частинок при термообробці відбувається посилення їх взаємозв'язку з поверхнею імплантату і один з одним, істотно підвищуючи міцність покриття, а все кількість порошку гідроксиапат яке наноситься на поверхню імплантату у вигляді суміші зі сполучною речовиною, бере участь у процесі створення покриття за винятком відскоку частинок та їх обсипання з металевої основи.
Стоматологічні внутрішньокістковіімплантати з титану ВТ1-0, ВТ1-00, а також ортопедичні чрескостние остеофіксатори з титанових сплавів ВТ6, ВТ16 і нержавіючої сталі 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, покриті пропонованим способом. оактивного покриття, що зберігається протягом всього терміну функціонування виробів.
1. Бутовський К.Г. та ін Електроплазмове напилення у виробництві внутрішньокісткових імплантатів. Саратов: Сарат. держ. техн. ун-т, 2006. 200 с.
| Дисперсність порошку гідроксиапатиту Δ, мкм | Режим аргоно-плазмової обробки | Міцність покриття на відрив σ, МПа | Міцність покриття при зсуві σ, МПа | Міцність покриття при зсуві σ, МПа (прототип) | ||
| I, А | τ, хв | L, мм | ||||
| 50 | 350 | 1,0 | 70 | 21 | 3,8 | 2,07-3,07 |
| 70 | 450 | 1,5 | 90 | 24 | 4,7 |
Спосіб нанесення гідроксиапатитового покриття на імплантати, що включає змішування порошку гідроксиапатиту з біологічно сумісною сполучною речовиною, як якого використовують фосфатні зв'язки при співвідношенні зв'язки і порошку 1,0-1,5:1,5-2,0, нанесення одержуваної суспензії на поверхню , Сушіння і подальшу термообробку, який відрізняється тим, що термообробку проводять аргоноплазмовим струменем при струмі дуги 300-500 А, тривалості 0,5-2,0 хв на дистанції обробки 40-100 мм.