Способ изготовления имплантатов для чрескостного остеосинтеза

 

Используется в травматологии и ортопедии для изготовления имплантатов наружного чрескостного остеосинтеза. Сущность изобретения: на металлическую основу имплантата наносится плазменным напылением многослойное биологически активное покрытие, включающее первый переходный слой из титана зернистостью 3 - 5 мкм при дистанции напыления 70 - 80 мкм толщиной 5 - 10 мкм, дополнительный второй упрочняющий переходный слой из смеси порошка титана зернистостью 50 - 70 мкм с массовой долей 20 - 50 % и порошка корунда Al₂O₃ зернистостью 20 - 40 мкм с массовой долей 50 - 80 % при толщине слоя 20 - 40 мкм, силе тока 540 - 560 А и дистанции напыления 100 мм, третий барьерный слой из порошка корунда Al₂O₃ зернистостью 5 мкм, толщиной 20 - 25 мкм при том же режиме плазменного напыления и четвертый биоактивный слой из порошкового гидроксилапатита зернистостью 40 - 70 мкм, напыленный при дистанции 70 мм до толщины 20 - 30 мкм. Технический результат: обеспечение необходимой прочности и плавного перехода от структуры и свойств компактного металла имплантата к структуре и свойствам наружного биоактивного слоя, а также обеспечение надежных барьерных свойств для ограничения глубины прорастания костной ткани и снижения ее травмируемости при удалении имплантата. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии и может быть использовано при изготовлении металлических стержней и спиц для аппаратов наружного чрескостного остеосинтеза.

Существующие и применяемые остеофиксаторы как имплантаты с ограниченной продолжительностью функционирования изготовляются из металлов или сплавов, обеспечивающих необходимые при остеосинтезе прочность и коррозийную стойкость.

Однако используемые металлы не позволяют достигнуть благоприятного взаимодействия поверхности фиксатора с костной тканью, обуславливают явления металлоза и резорбции. В результате повышается травмирование костной ткани, ослабляется прочность закрепления фиксаторов в кости, нарушается их нормальное функционирование.

Известны способы изготовления металлических внутрикостных имплантатов с нанесением покрытий, обеспечивающих биоактивность поверхности /1,2,3/. Но из-за значительных различий в физико-механических свойствах металла и биопокрытия прочность поверхностного слоя оказывается недостаточной.

Указанный недостаток можно устранить, применяя технологию нанесения биоактивного многослойного покрытия плазменным методом, являющимся наиболее эффективным, позволяющим получать покрытия с заданными свойствами.

Из известных способов изготовления внутрикостных имплантатов ближе всего по сущности и характеру получаемого результата соответствует данному изобретению способ, включающий плазменное напыление двух переходных слоев титана, прочного слоя из смеси титана с гидроксилапатитом, биоактивного слоя гидроксилапатита /4, прототип/.

Недостатком данного способа является то, что биоактивность и высокая пористость получаемого покрытия обуславливают глубокое прорастание в него костной ткани, которое препятствует удалению фиксаторов, вызывая разрушение кости.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является предотвращение металлоза и резобрции костной ткани, ослабления прочности закрепления остеофиксаторов, повреждения кости при их удалении.

На поверхность фиксатора из компактного металла или сплава наносится плазменным напылением при различных режимах сложное покрытие, состоящее из четырех слоев /фиг.1/. Перед напылением поверхность металлического фиксатора 1 подвергается очистке и активации путем обдува абразивным порошком. Затем на поверхность наносится плазменной струей порошок титана зернистостью 3 - 5 мкм при силе тока дуги плазмотрона 540-560 A и дистанции напыления 80 мм с образованием переходного слоя 2 толщиной 5 - 10 мкм. Второй переходный слой 3 состоит из смеси порошка титана зернистостью 50 - 70 мкм с массовой долей от 20 до 50% и порошка корунда Al₂O₃ зернистостью 20 - 40 мкм с массовой долей от 50 до 80%. Диапозон изменения состава выбран таким образом, чтобы обеспечить максимальную адгезию и плотность покрытия, он наносится при том же режиме напыления до получения толщины 20 - 40 мкм. Третий слой 4 из порошкового корунда Al₂O₃ зернистостью 5 мкм наносится при том же режиме напыления до толщины 20 - 25 мкм, характеризуется отсутствием пор и выполняет роль барьера для процесса прорастания костной ткани. Четвертый наружный слой 5 состоит из порошкового гидроксилапатита с биоактивными свойствами, зернистостью 40 - 70 мкм, наносится при силе тока 450 - 540 A и дистанции 70 мм, приобретая толщину 20 - 30 мкм и повышенную пористость. Этим обеспечивается биосовместимость поверхности фиксатора с костной тканью и ее прорастание в поры наружного слоя, другие слоя создают плавный переход от свойств компактного металла фиксатора к заданным свойствам покрытия /табл.1/.

Варианты изменения состава второго слоя, его адгезии и плотности приведены в табл.2.

Напыление производится при напряжении тока дуги плазмотрона 28 - 30 B, в защитной среде аргона с его расходом 20 - 40 л/мин, скорость перемещения плазмотрона при напылении устанавливается в пределах 80 - 700 мм/мин, частота вращения планшайбы с фиксаторами 160 об/мин.

Таким образом, отличительная особенность способа заключается в том, что для создания барьера, ограничивающего глубину прорастания костной ткани в многослойное покрытие фиксатора с биоактивной поверхностью, и для предотвращения связанного с этим разрушения костной ткани при удалении фиксатора предлагается технология плазменного напыления двух новых промежуточных слоев, содержащих Al₂O₃ : второго упрочняющего и третьего барьерного.

Источники информации: 1. Патент Японии N 2-14061, A 61 L 27/00, 1990.

2. Патент Японии N 2-23179, A 61 F 2/28, 1990.

3. Патент Германии N 4006379, A 61 F 2/28, 1991.

4. Патент России N 2074674, A 61 F 2/28, 1997.

Формула изобретения

Способ изготовления имплантатов для чрескостного остеосинтеза, заключающийся в плазменном напылении на металлическую основу имплантата многослойного биологически активного покрытия, включающего напыленный на металлическую основу первый переходный слой титана зернистостью 3-5 мкм при дистанции напыления 70-80 мм толщиной 5-10 мкм и четвертый биоактивный слой, полученный напылением гидроксилапатита зернистостью 40-70 мкм при дистанции напыления 70 мм толщиной 20-30 мкм, отличающийся тем, что дополнительно напыляют второй упрочняющий переходный слой из смеси порошка титана зернистостью 50-70 мкм с массовой долей 20-50% и порошка корунда Al₂О₃ зернистостью 20-40 мкм с массовой долей 50-80% при толщине слоя 20-40 мкм, силе тока 540-560 А и дистанции напыления 100 мм, а также третий барьерный слой из порошка корунда зернистостью 5 мкм, толщиной 20-25 мкм при том же режиме плазменного напыления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2