Формування електретного корундового шару на поверхні імплантата

Номер патенту: 107609

Опубліковано: 10.06.2016

Автор: Шпаковський Володимир Васильович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб формування біоактивного покриття на імплантат, що включає очищення поверхні імплантата й нанесення покриття методом мікродугового оксидування в присутності біоактивної речовини, який відрізняється тим, що формування на поверхні імплантата корундового шару з 100 % адгезією до матеріалу основи та з електретними властивостями відбувається при гальваноплазмовій обробці у лужному електроліті шляхом утворення оксиду алюмінію, в основному зі структурою a-Аl2О3, а одержання електретних властивостей здійснюється за допомогою поляризуючих електродів з напругою між ними 800-1000 В й щільністю струму більше 50 А/дм2, при цьому імплантат виконується з алюмінію або його сплавів.

Текст

Дивитися

Реферат: Спосіб формування біоактивного покриття на імплантат включає очищення поверхні імплантата й нанесення покриття методом мікродугового оксидування в присутності біоактивної речовини. Формування на поверхні імплантата корундового шару з 100 % адгезією до матеріалу основи та з електретними властивостями відбувається при гальваноплазмовій обробці у лужному електроліті шляхом утворення оксиду алюмінію, в основному зі структурою -Аl2О3. Одержання електретних властивостей здійснюється за допомогою поляризуючих електродів з напругою між 2 ними 800-1000 В й щільністю струму більше 50 А/дм . Імплантат виконується з алюмінію або його сплавів. UA 107609 U (54) ФОРМУВАННЯ ЕЛЕКТРЕТНОГО КОРУНДОВОГО ШАРУ НА ПОВЕРХНІ ІМПЛАНТАТА UA 107609 U UA 107609 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області медицини й медичної техніки, зокрема до електролітичного формування біоактивних покриттів на імплантати й протези. Може застосовуватися для заміни функцій різних суглобів, корекції сегментів хребта, лікування переломів кінцівок. Ортопедичні імплантати виготовляють із біоінертних матеріалів: титану, алюмінію, цирконію або танталу і їхніх сплавів, потім наносять покриття з біоактивних матеріалів. До них належать металокераміка з оксиду титану, ванадію, цирконію й алюмінію. Ці матеріали, як правило, мають на своїй поверхні захисний шар, що перешкоджає виходу з імплантата іонів і проникненню в нього агресивних молекул з навколишньої біологічної рідини і є переважно діелектриками, що перешкоджає прояву електрохімічних і гальванічних явищ навколо імплантата. Ці покриття одержують пресуванням і спіканням, вакуумно-конденсаційним, газотермічним і плазмоводуговим напилюванням а також методом мікродугового оксидування. Це дозволяє одержувати покриття з різних біоінертних матеріалів із заданими якостями біоактивності на імплантатах складної форми. В основному покриття представляє спеціально сформований шар металооксиду з п'ятиокису танталу (Та2О5), діоксиду титану, нікеліду титану. Відомий імплантат і спосіб обробки поверхні імплантата (пат. RU № 2314772, А61С 8/00, 2008.), що полягає в тому, що при обробці поверхні імплантата, призначеного для імплантації в кісткову тканину, забезпечують мікрошорсткість, що включає пори й піки. Діаметр пор близько 1 мкм, глибина пор близько 500 нм, ширина піка на рівні половини глибини пор від 15 до 150 % діаметра пор. Винахід дозволяє поліпшити прикріплення імплантата з кісткової тканини. Недоліком відомого способу є те, що в ньому відсутні біоактивні властивості, оскільки сформована шорсткувата поверхня не містить кальцій-фосфатних сполук, що підвищують остеоінтеграцію імплантата з кістковою тканиною, а також покриття не має електретних властивостей. Відомий спосіб нанесення біоактивного шару на поверхню металевих біоінертних імплантатів (авт. св. SU 1743024, А 61 F 2/200, 1990), що полягає в газотермічному напилюванні гідроксилапатиту (Са10(РО4)6(ОН)2). До недоліків даного способу належить низька міцність зчеплення з титаном і його сплавами, труднощі нанесення гідроксилапатиту газоплазмовим способом і плазмовим напилюванням в порівнянні з покриттям, нанесеним мікродуговим оксидуванням. При цьому ефективність використання порошку становить близько 20 %. Відомо біоактивне покриття на імплантаті з титану й спосіб його одержання (пат. RU № 2385740, A61L 27/54? A61F 2/02, 2010), яке утримує кальцій-фосфатні сполуки, має багаторівневу пористу структуру із шорсткуватою поверхнею, багаторівневість якої сформована попередньою механічною й хімічною обробкою поверхні титанового імплантата з нанесенням кальцій-фосфатного біоактивного покриття мікродуговим оксидуванням у водному розчині електроліту на основі ортофосфорної кислоти, гідроксилапатиту й карбонату кальцію наступної сполуки: Н3РО4, Са10(РО4)6(ОН)2, СаСО3. Товщина покриття становить 10-40 мкм з пористістю 35-45 % із середнім розміром пор 3-8 мкм, шорсткістю 2,5-5 мкм, адгезійною міцністю 30-35 МПа й містить кальцій-фосфати в рентгеноаморфному стані. Перед нанесенням покриття поверхню титанового імплантата піддають піскоструминній обробці й хімічному травленню. Це забезпечує остеоінтеграцію кісткових кліток. Недоліком відомого способу є необхідність попередньої механічної та хімічної обробки поверхні титанового імплантата, знаходження в електроліті розчину шкідливої ортофосфорної кислоти, більша трудомісткість утворення покриття, низька адгезійна міцність покриття у 30-35 МПа, яка може призвести до його відшаровування, крім того, отримане покриття не має електретних властивостей. Найбільш близьким до заявлюваної корисної моделі, що, по сукупності істотних ознак, вибрано за прототип, є спосіб формування біоактивного покриття на імплантат (пат. RU № 2194536, A61L 27/00, А61K 6/093, 2002), що включає очищення поверхні імплантата й 2 нанесення покриття в режимі мікродугового оксидування із щільністю струму 0,05 А/м і напрузі 120-500 В при безперервному перемішуванні електроліту в присутності біоактивної речовини гідроксилапатиту. Для утворення біоактивного покриття використовуються кальцій-фосфатні сполуки. При цьому імплантат виконаний з титану, алюмінію, цирконію і їхніх сплавів. До недоліків даного способу належить знаходження в електроліті гідроксилапатиту зі змістом речовин кальцію й фосфору, великої кількості оксидів Mn,SiO2, NiO2, Fe2O3, МnО, а також кальцій фосфатних сполук КН2РО4+СаСl2Н2О, СаН4O2Р2, які самі не є біоактивними, але здатні утворювати покриття, що мають біоактивні властивості. У зв’язку з тим, що мікродугове оксидування відбувається в режимі електрофорезу, тобто на поверхню імплантата наноситься шар покриття, цей шар не має 100 % адгезію до основного металу й можливо його відшаровування, крім того, отримане покриття не має електретних властивостей. Задача даної корисної моделі полягає в застосуванні низькозатратної технології в створенні біоактивного ортопедичного імплантата з корундовим шаром із 100 % адгезією до матеріалу 1 UA 107609 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 основи, виконання імплантата з більш дешевшим, чим титанові сплави, алюмінієм і його сплавами, та з електретними властивостями, що поліпшують лікувальний ефект. Поставлена задача вирішується тим, що формування на поверхні імплантата біоактивного електретного корундового шару відбувається при гальваноплазмовій обробці у лужному електроліті шляхом утворення оксиду алюмінію, в основному зі структурою -Аl2О3 (корунд), а одержання електретних властивостей здійснюється за допомогою поляризуючих електродів з 2 напругою між ними 800-1000 В і щільністю струму більше 50 А/дм , при цьому імплантат виконаний з алюмінію і його сплавів. Аналогічних технічних рішень зі схожими ознаками, при проведенні патентноінформаційного пошуку, не виявлено. Це свідчить про те, що запропонована корисна модель є новим і промислово придатним рішенням. Технічний результат досягається тим, що ортопедичний імплантат виготовляється з алюмінієвого сплаву, а формування корундового шару на складній поверхні імплантата здійснюється методом гальваноплазмової обробки в лужному електроліті шляхом утворення оксиду алюмінію Аl2О3 в основному зі структурою -Аl2О3 (корунд). Який має 100 % адгезію до матеріалу основи, тому, що корундовий шар утворюється у результаті оксидування матеріалу основи з алюмінієвого сплаву, має пористість 20-40 %, шорсткість 1,5-2 мкм. Електретний стан корундового шару досягається зовнішньою поляризацією за допомогою поляризуючих 2 електродів з напругою між ними 800-1000 В та щільністю струму більше 50 А/дм . У зоні мікродугових коронних розрядів температура досягає 1600-2000 °C та розігріває поверхню розрядного каналу. При закінченні розряду температура в зоні розряду знижується до 30-40 °C. У результаті лавиноподібного потоку електронів, що проникають у глиб поверхні корундового -4 2 шару, створюється стабільний негативний поверхневий гомозаряд із щільністю - 3,910 А/м , а наступне охолодження зони розряду до кімнатної температури «заморожує» заряд. Така величина заряду близько відповідає щільності природного заряду кісткової тканини. Електризація оксидних біопокриттів підвищує їх біоактивність, а з обліком природного негативного заряду кліток тромбоцитів, забезпечує тромборезистентність, поліпшує трофік кості й процес остеоґенезу, а також знижує ймовірність відторгнення імплантатів, забезпечує ефективне приживлення імплантата й швидке загоєння операційної рани. Ці покриття мають монополярний гетерогенний негативний поверхневий заряд, що наближає його якості до властивостей біотканини й забезпечує тромборезистентність. Формування корундового шару здійснюється в такий спосіб: Імплантат з необхідними розмірами виготовляється з алюмінієвого сплаву Д16, промивається, на анодному тримачі встановлюється в циліндричний сітковий катод з нержавіючого сплаву й завантажується у ванну з лужним електролітом. Включається насос, що подає електроліт у зону обробки, на анод і катод подається імпульсна напруга зі збільшеним анодним періодом. У процесі оксидування відбувається окислювання алюмінію й легуючих елементів, що перебувають у поверхневому шарі. Оксид алюмінію має 100 % адгезію з алюмінієм, а оксиди легуючих елементів - слабку й у катодний період вони випадають із зони окислювання в електроліт. У поверхневому шарі в основному залишаються оксиди алюмінію зі структурою -Аl2О3. У зоні мікродугових коронних розрядів при температурі близько 2000 °C корундовий шар електризується й одержує стабільний негативний поверхневий гомозаряд. При товщині корундового шару порядку 100 мкм обробка закінчується, імплантат промивається й висушується. Пропонований спосіб дозволяє надавати імплантатам біоінертні електретні властивості, використовувати дешеві алюмінієві сплави, знизити собівартість імплантата. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб формування біоактивного покриття на імплантат, що включає очищення поверхні імплантата й нанесення покриття методом мікродугового оксидування в присутності біоактивної речовини, який відрізняється тим, що формування на поверхні імплантата корундового шару з 100 % адгезією до матеріалу основи та з електретними властивостями відбувається при гальваноплазмовій обробці у лужному електроліті шляхом утворення оксиду алюмінію, в основному зі структурою -Аl2О3, а одержання електретних властивостей здійснюється за допомогою поляризуючих електродів з напругою між ними 800-1000 В й щільністю струму 2 більше 50 А/дм , при цьому імплантат виконується з алюмінію або його сплавів. 2 UA 107609 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: C23C 26/00, A61F 2/02, A61L 27/00, A61L 27/54

Мітки: електретного, шару, корундового, формування, поверхні, імплантата

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/5-107609-formuvannya-elektretnogo-korundovogo-sharu-na-poverkhni-implantata.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Формування електретного корундового шару на поверхні імплантата</a>

Подібні патенти