Способ изготовления внутрикостных имплантатов с биоактивным покрытием

Авторы патента:

Лясникова Александра Владимировна (RU)

A61L27/12 - фосфорсодержащии материалы, например апатит

A61K6/00 - Лекарства и медикаменты для терапевтических, стоматологических или гигиенических целей (изготовление специальных лекарственных форм A61J; химические аспекты или использование материалов для дезодорации воздуха, для дезинфекции или стерилизации или для бандажей, перевязочных средств, впитывающих прокладок или хирургических приспособлений A61L; соединения как таковые C01, C07,C08,C12N; мыла C11D; микроорганизмы как таковые C12N)

A61F2/28 - кости (суставы A61F 2/30)

Владельцы патента RU 2530573:

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 челюстно-лицевой хирургии и травматологии, и может быть использовано для изготовления внутритканевых эндопротезов на титановой основе. Описан способ изготовления внутрикостных имплантатов с биоактивным покрытием, заключающийся в послойном нанесении плазменным напылением на титановую основу имплантата четырех слоев, при этом первым слоем напыляют порошок титана дисперсностью 3-5 мкм, дистанцией напыления 70-80 мм и толщиной 5-10 мкм, вторым слоем напыляют порошок титана дисперсностью 50-100 мкм, дистанцией напыления 100 мм, толщиной 50-115 мкм, третьим слоем наносят механическую смесь порошков титана дисперсностью 40-70 мкм и гидроксиапатита дисперсностью 5-10 мкм с соотношением 60-80 и 20-40 мас.% соответственно, дистанцией напыления 80 мм и толщиной слоя 15-20 мкм, четвертый слой формируют на основе механической смеси биоактивных порошков на основе гидроксиапатита дистанцией 70 мм и толщиной 20-30 мкм, согласно заявляемому техническому решению при формировании четвертого слоя смешивают порошок гидроксиапатита дисперсностью 70-90 мкм в количестве 60% от общего количества смеси с порошком фторгидроксиапатита дисперсностью 40-70 мкм в количестве 40% от общего количества смеси. Внутрикостные имплантаты обладают высокими остеоинтеграционными свойствами и характеризующимися развитым микрорельефом и однородностью поверхности. 1 ил., 1 табл.

Известен способ нанесения гидроксиапатитового покрытия на имплантат из биоинертных материалов и их сплавов (патент РФ на изобретение №2417107, МПК A61L 27/30, B05D 7/24, A61L 27/32 С1, опубл. 27.04.2011), который осуществляется путем смешивания порошка гидроксиапатита с биологически совместимым связующим веществом в виде фосфатной связки при соотношении связки и порошка 1,0-1,5:1,5-2,0, нанесения получаемой суспензии на металлическую поверхность, сушки и последующей термической обработки аргоно-плазменной струей при токе дуги 30-500 А, продолжительностью 0,5-2,0 мин на дистанции 40-100 мм.

Однако полученные биоактивные покрытия не обладают достаточной прочностью и развитой морфологией поверхности.

Известен способ изготовления внутрикостного стоматологического имплантата с плазмонапыленным многослойным биоактивным покрытием (патент РФ на изобретение №2146535, МПК A61L 27/00, F61C 8/00, опубл. 20.03.2000 г.), в котором повышение адгезии покрытия и достижение необходимой пористой структуры решается путем плазменного напыления на титановую основу имплантата при различных режимах системы покрытий из пяти слоев, состоящих из пяти слоев: первых двух из титана или гидрида титана, последующих двух слоев из смеси титана или гидрида титана с гидроксиапатитом кальция, отличающихся содержанием компонентов в слоях, и наружного, пятого слоя из гидроксиапатита кальция

Однако данный способ является дорогостоящим и трудоемким, при этом он не обеспечивает получение покрытия с развитым микрорельефом и однородностью.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ изготовления внутрикостных имплантатов (патент РФ на изобретение №2443434, МПК A61L 27/02, A61L 27/06, A61L 27/12, A61F 2/28, В82В 3/00, опубл. 27.02.2012 г.), заключающийся в послойном напылении, при этом первым слоем напыляют титан дисперсностью 3÷5 мкм, дистанцией напыления 70÷80 мм и толщиной 5÷10 мкм, вторым слоем напыляют титан дисперсностью 50÷100 мкм, дистанцией напыления 100 мм, толщиной 50÷115 мкм, третьим слоем наносят механическую смесь титана дисперсностью 40÷70 мкм и гидроксиапатита дисперсностью 5÷10 мкм с соотношением 60÷80 и 20÷40 мас.% соответственно, дистанцией напыления 80 мм и толщиной слоя 15÷20 мкм, четвертый слой наносят дистанцией напыления 70 мм, толщиной 20÷30 мкм, а при приготовлении четвертого слоя смешивают порошки оксида алюминия или гидроксиапатита дисперсностью 40÷90 мкм с порошком гидроксиапатита дисперсностью менее 40 мкм или порошком оксида алюминия дисперсностью 1÷3 мкм в количестве 70÷95 мас.% и 5÷30 мас.% соответственно, смесь перемешивают, отжигают в течение 1,5÷3 ч и перетирают.

Однако данный способ не позволяет получить биосовместимое покрытие с развитой морфологией поверхности.

Задачей предлагаемого изобретения является создание внутрикостных имплантатов с биосовместимым покрытием, обладающих высокими остеоинтеграционными свойствами и характеризующимися развитым микрорельефом и однородностью поверхности.

Технический результат заключается в получении покрытия с развитым микрорельефом и однородностью поверхности с помощью механической смеси гидроксиапатита и фторгидроксиапатита, используемой в качестве компонента, входящей в состав плазмонапыленного покрытия.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления внутрикостных имплантатов с биоактивным покрытием, заключающимся в послойном нанесении плазменным напылением на титановую основу имплантата пяти слоев, при этом первым слоем напыляют порошок титана дисперсностью 3-5 мкм, дистанцией напыления 70-80 мм и толщиной 5-10 мкм, вторым слоем напыляют порошок титана дисперсностью 50-100 мкм, дистанцией напыления 100 мм, толщиной 50-115 мкм, третьим слоем наносят механическую смесь порошков титана дисперсностью 40-70 мкм и гидроксиапатита дисперсностью 5-10 мкм с соотношением 60-80 и 20-40 мас.% соответственно, дистанцией напыления 80 мм и толщиной слоя 15-20 мкм, четвертый слой формируют на основе механической смеси биоактивных порошков на основе гидроксиапатита дистанцией 70 мм и толщиной 20-30 мкм, согласно заявляемому техническому решению при формировании четвертого слоя смешивают порошок гидроксиапатита дисперсностью 70-90 мкм в количестве 60% от общего количества смеси с порошком фторгидроксиапатита дисперсностью 40-70 мкм в количестве 40% от общего количества смеси.

Изобретение поясняется чертежом: Фиг.1 - Структура покрытия.

Где позициями на чертеже обозначены:

1 - титановая основа,

2 - первый слой,

3 - второй слой,

4 - третий слой,

5 - четвертый слой.

Способ изготовления внутрикостных имплантатов с биоактивным покрытием заключается в следующем.

Первым слоем 2 (фиг.1) напыляют титан дисперсностью 3÷5 мкм, дистанцией напыления 70÷80 мм и толщиной 5÷10 мкм на титановую основу 1, вторым слоем 3 (фиг.1) - титан дисперсностью 50÷100 мкм, дистанцией напыления 100 мм, толщиной 50÷115 мкм, третьим слоем 4 (фиг.1) наносят механическую смесь титана дисперсностью 40÷70 мкм и гидроксиапатита дисперсностью 5÷10 мкм с соотношением 60÷80 и 20÷40 мас.% соответственно, дистанцией напыления 80 мм и толщиной слоя 15÷20 мкм, четвертым слоем 5 (фиг.1) наносят покрытие с дистанцией напыления 70 мм, толщиной 20÷30 мкм. Для приготовления четвертого слоя 5 готовят механическую смесь, например, с помощью стеклянной палочки, порошка гидроксиапатита (ГА) дисперсностью 70-90 мкм в количестве 60% от общего количества смеси с порошком фторгидроксиапатита (ФГА) дисперсностью 40-70 мкм в количестве 40% от общего количества смеси.

При плазменном напылении порошка гидроксиапатита происходит его диспергирование, поэтому при использовании порошка гидроксиапатита дисперсностью 70-90 мкм в количестве 60% от общего количества смеси позволяет получить оптимальное покрытие с желаемой морфологией и однородностью (табл.1).

Использование фторгидроксиапатита дисперсностью 40-70 мкм в заявленном процентном соотношении обосновано тем, что использование порошка фторгидроксиапатита в количестве менее 40% от общего количества смеси не приведет к желаемому повышению морфологии, т.е. значений параметров шероховатости, и однородности биоактивного покрытия, а использование его более 40% от общего количества смеси будет способствовать изменению пористой структуры биоактивного покрытия (табл.1), обеспечивающей прорастание костной ткани в структуру покрытия без образования соединительно-тканой капсулы, т.е. остеоинтеграцию.

Таблица 1
Параметры шероховатости плазмонапыленной механической смести порошков ФГА и ГА в зависимости от дисперсности исходных порошков
Номер опыта	Параметры шероховатости	Дисперсно сть порошка ГА, мкм	Дисперсно сть порошка ФГА, мкм	Содержа ние порошка ГА в смеси, %	Содержа ние порошка ФГА в смеси, %
R_z, мкм	R_max, МКМ	S_m, МКМ
1	39,19	58,37	47,53	60	30	60	40
2	43,61	59,24	65,72	70	40
3	44,2	60,2	66,3	80	50
4	44,9	60,9	67,1	85	60
5	45,6	61,5	68,2	90	70
6	38,53	96,1	46,14	100	80
7	55,11	41,18	77,31	110	90

При использовании порошка фторгидроксиапатита в качестве компонента биоактивного покрытия образуется большее количество кроветворных клеток и меньшее - стромальных клеток, что на основании данных литературы можно считать положительным фактором, способствующим построению костной ткани и стимуляции остеоинтеграции (Курдюмов С.Г. Фторгидроксиапатит для дентальной имплантации/С.Г. Курдюмов, А.И. Воложин, В.П. Орловский//Современные проблемы имплантологии: труды VI Международной научно-технической конференции. - Саратов, 2002. - С.69-71).

Предварительную подготовку поверхности медицинского имплантата осуществляют, например, с помощью струйной обработки порошком электрокорунда с размером частиц 150-250 мкм под давлением 6,5 атм (Лясникова А.В. Стоматологические имплантаты. Исследование, разработка, производство, клиническое применение / А.В. Лясникова и др. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. - 254 с.; Лясникова А.В. Биосовместимые материалы и покрытия нового поколения: особенности получения, наноструктурирование, исследование свойств, перспективы клинического применения / А.В. Лясникова и др. - Саратов: Научная книга, 2011. - 220 с.).

Затем выполняют ультразвуковое обезжиривание, например, путем загрузки имплантатов, прошедших воздушно-абразивную обработку, в ультразвуковую ванну УЗУМИ-2 со специальным раствором (3…6 г/л Na₃PO₄ и 3…6 г/л поверхностно-активного вещества ОП-10), частота ультразвуковых колебаний составляет 35 кГц, продолжительность обработки - 5 мин. Благодаря такому обезжириванию загрязненность поверхности имплантата остаточными органическими веществами снижается до уровня 10^-9 г/см².

После чего производят послойное плазменное напыление покрытий на образцы из титана марки ВТ1-00 в соответствии с патентом РФ №2443434.

Послойное плазменное напыление покрытий осуществляли в атмосфере в струе защитного газа аргона, при этом расход плазмообразующего газа составлял 20÷40 л/мин, скорость перемещения плазмотрона при напылении 80÷700 мм/мин, напряжение дуги 30-40 В, скорость вращения детали 110÷160 об/мин. Напыление последних слоев на проводили при токе плазменной дуги 450-500А, с дистанцией напыления 100 мм.

Таким образом, разработан способ изготовления внутрикостных имплантатов с биоактивным покрытием, позволяющий получать покрытие, которое будет способствовать быстрой и надежной остеоинтеграции имплантата с биологическими тканями, и обладать при этом развитой морфологией и однородностью поверхности.

Способ изготовления внутрикостных имплантатов с биоактивным покрытием, заключающийся в послойном нанесении плазменным напылением на титановую основу имплантата четырех слоев, при этом первым слоем напыляют порошок титана дисперсностью 3-5 мкм, дистанцией напыления 70-80 мм и толщиной 5-10 мкм, вторым слоем напыляют порошок титана дисперсностью 50-100 мкм, дистанцией напыления 100 мм, толщиной 50-115 мкм, третьим слоем наносят механическую смесь порошков титана дисперсностью 40-70 мкм и гидроксиапатита дисперсностью 5-10 мкм с соотношением 60-80 и 20-40 мас.% соответственно, дистанцией напыления 80 мм и толщиной слоя 15-20 мкм, четвертый слой формируют на основе механической смеси биоактивных порошков на основе гидроксиапатита дистанцией 70 мм и толщиной 20-30 мкм, отличающийся тем, что при формировании четвертого слоя смешивают порошок гидроксиапатита дисперсностью 70-90 мкм в количестве 60% от общего количества смеси с порошком фторгидроксиапатита дисперсностью 40-70 мкм в количестве 40% от общего количества смеси.

Изобретение относится к медицине. Описан двухфазный материал заменителя костной ткани на основе фосфата кальция / гидроксиапатита (САР/НАР), включающий ядро из спеченного CAP и как минимум один равномерный и закрытый эпитаксически нарастающий слой нанокристаллического НАР, нанесенный сверху на ядро из спеченного CAP, причем эпитаксически нарастающие нанокристаллы имеют такой же размер и морфологию, что и у минерала костей человека, то есть длину от 30 до 46 нм и ширину от 14 до 22 нм.

Способ получения карбонатгидроксилапатита из модельного раствора синовиальной жидкости человека // 2526191

Изобретение относится к области медицины. Описан способ получения карбонатгидроксилапатита, приближенного к неорганическому матриксу костной ткани из модельного раствора синовиальной жидкости человека, в котором готовят модельную среду указанного состава: CaCl2 - 1.3431 г/л, Na2HPO4·12H2O - 7.4822 г/л, NaCl - 2,8798 г/л, MgCl2∙6H2O - 0.4764 г/л, Na2SO4 - 1.6188 г/л, КСl - 0.3427 г/л, осаждение проводят при концентрации карбонат-ионов 24 ммоль/л, температуре 22-25°С, значении рН 7.4±0,05 в течение 30 дней.

Способ получения шихты для композиционного материала на основе карбоната кальция и гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических операциях // 2523453

Изобретение относится к способу получения шихты для композиционного материала на основе карбоната кальция - гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических операциях.

Способ изготовления внутрикостных имплантатов с антимикробным эффектом // 2512714

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии. Описан способ изготовления внутрикостных имплантатов, включающий послойное нанесение плазменным напылением на металлическую основу имплантата биологического активного покрытия, при этом первым и вторым слоями дистанционно напыляют титан, третьим слоем наносят механическую смесь порошка титана и гидроксиапатита, четвертый слой формируют на основе гидроксиапатита или оксида алюминия, при этом при формировании четвертого слоя смешивают порошок бемита дисперсностью не более 50 нм с порошками гидроксиапатита или оксида алюминия в количестве 5-20% порошка бемита от общего количества веществ, при этом бемит берут в виде суспензии, приготовленной с добавлением поверхностно-активного вещества, растворенного в дистиллированной воде концентрацией 0,25-5%, обработанного в ультразвуковой ванне, затем полученную суспензию из бемита и гидроксиапатита или оксида алюминия обрабатывают в ультразвуковой ванне, сушат, отжигают и измельчают.

Отверждаемый биокомпозиционный материал для замещения костных дефектов // 2508131

Изобретение относится к области медицины, в частности к травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, стоматологии, нейрохирургии, а именно к остеопластичным составам биокомпозиционных материалов, предназначенным для лечения заболеваний и повреждений костной системы человека, и может быть использовано в качестве материала, способного в организме полностью биодеградировать и заменяться новой костной тканью, для регенерации костных клеток, биологического наполнителя при дефектах костной ткани, остеокондуктивного и остеоиндуктивного биологического опорного каркаса для регенерации костной ткани.

Остеогенный биорезорбируемый материал для замещения костных дефектов и способ его получения // 2504405

Изобретение относится к области медицины, а именно к инъекционным биорезорбируемым составам биокомпозиционных материалов, предназначенных для лечения заболеваний и повреждений костной системы человека, в качестве материала, способного в организме полностью биодеградировать и заменяться новой костной тканью, для регенерации костных клеток, остеокондуктивного и остеоиндуктивного биологического опорного каркаса для регенерации костной ткани, применяемых в травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, нейрохирургии.

Биоматериалы на основе фосфата кальция // 2501571

Изобретение относится к медицине. Описан биоматериал на основе фосфата кальция, предпочтительно на основе гидроксиапатита, или на основе материала, содержащего гидроксиапатит, такого как двухфазные фосфаты кальция и кальцийфосфатные цементы, и его применение для получения имплантата или для установки протеза с целью обеспечения регенерации костной ткани.

Способ получения нанокристаллического кремнийзамещенного гидроксиапатита // 2500840

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.

Способ получения канафита // 2499767

Изобретение относится к способу получения канафита, т.е. гидратированного двойного пирофосфата натрия кальция (Na2Ca2PO7*4H2O).

Пористые микросферы на основе биофосфатов кальция и магния с регулируемым размером частиц для регенерации костной ткани // 2497548

Изобретение относится к пористым гранулам-микросферам с регулируемым размером частиц для регенерации костной ткани. Указанные микросферы имеют размер в диапазоне 1-1000 мкм, имеют сквозные поры с размером 1-100 мкм и общую пористость 40-75%.

Многокомпонентное биоактивное нанокомпозиционное покрытие с антибактериальным эффектом // 2524654

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к биосовместимым износостойким нанокомпозиционным тонкопленочным материалам, используемым в качестве покрытий при изготовлении имплантатов, предназначенных для замены поврежденных участков костной ткани.

Способ получения наноструктурированного кальций-фосфатного покрытия для медицинских имплантатов // 2523410

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.

Устройство зонтичное (окклюдер) с модифицированным поверхностным слоем // 2522932

Изобретение относится к медицине. Описано устройство зонтичное (окклюдер) с модифицированным поверхностным слоем для окклюзии ушка левого предсердия.

Способ изготовления внутрикостных имплантатов с антимикробным эффектом // 2512714

Способ изготовления кардиоимплантата из сплава на основе никелида титана с модифицированным ионно-плазменной обработкой поверхностным слоем // 2508130

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.

Покрытие на имплант из титана и его сплавов и способ его приготовления // 2502526

Изобретение относится к области медицины. Описано покрытие на имплант из титана и его сплавов, состоящее из двух слоев.

Травитель для титана // 2496819

Изобретение предназначено для подготовки поверхности титана перед нанесением биоактивных покрытий на поверхность имплантата. Травитель для титановых имплантатов содержит фосфорную кислоту, окислитель и воду при следующих количественных соотношениях компонентов, мас.%: фосфорная кислота 23-65, пероксид водорода 3-30, вода - остальное.

Способ модифицирования титановой поверхности // 2495678

Способ изготовления внутрикостного стоматологического имплантата с углеродным нанопокрытием // 2490032

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к ортопедической стоматологии. .

Медицинские изделия и способ их получения // 2485979

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

Состав грязевой лечебно-профилактический // 2530570

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к составу грязевому лечебно-профилактическому. Состав грязевой лечебно-профилактический содержит предварительно подготовленные илово-глинистые отложения озера Тамбукан, Витепсол W 35, Витепсол Н 15, полиэтиленгликоль 1500, кремофор RH, а также углекислотные растительные экстракты, выбранные из группы, в которую входят, по меньшей мере, ива белая, облепиха, дуб, календула, солодка, шиповник, шалфей и/или углекислотный экстракт прополиса, взятые в определенном соотношении.