СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИМПЛАНТАТОВ
METHOD FOR MAKING IMPLANTS

Изобретение относится к медицине, а именно к челюстно-лицевой хирургии и травматологии, и может быть использовано для изготовления внутритканевых эндопротезов на титановой основе.
Известно бактерицидное медицинское покрытие (заявка на патент РФ №2007118567, МПК: A61L 15/00, опубл. 27.11.2008), состоящее из структурно-упорядоченного нормально ориентированного к поверхности основы полимера, отличающееся тем, что покрытие выполнено из монокристаллического углерода, легированного атомами серебра.
Использование полимера в качестве основы ограничивает применение данного покрытия в челюстно-лицевой хирургии и травматологии ввиду нерешенной проблемы морфологии покрытия и ограниченных прочностных свойств основы.
3
Известен способ получения серебросодержащего порошка гидроксиапатита (Баринов С.М. Биокерамика на основе фосфатов кальция / С.М. Баринов, B.C. Комлев. - М.: Наука, 38-50 с.), отличающийся тем, что в работе проводили ионообменную обработку кристаллов ГА в 0,02%-ном растворе AgNO, выдержку порошка на воздухе при комнатной температуре осуществляли в течение 48 ч, осадок фильтровали, промывали горячей водой и высушивали при 180°C
В предложенном методе не решена проблема насыщения плазмонапыленных покрытий серебросодержащим раствором.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ изготовления внутрикостных имплантатов, (патент РФ на изобретение №2074674, МПК A61F 2/28, опубл. 10.03.1997 г.), заключающийся в том, что на титановую основу имплантата методом плазменного напыления наносят систему покрытий из четырех слоев - двух слоев титана или гидрида титана различной дисперсности и толщины, третьего слоя из механической смеси титана или гидрида титана или гидроксилапатита с соотношением соответственно 60-80 мас.% и 20-40 мас.% и наружного слоя - гидроксилапатита.
Данный способ позволяет получать покрытие с высокими значениями прочности, однако способ не позволяет получать бактерицидное покрытие.
Задача заявляемого изобретения заключается в получении покрытия с бактерицидными свойствами с помощью финишной ультразвуковой обработки в растворе нитрата серебра, что обеспечивает развитую морфологию поверхности и создание антимикробного эффекта в прилежащих к эндопротезу тканях.
3
Технический результат заключается в получении покрытия с бактерицидными свойствами путем финишной ультразвуковой обработки в растворе нитрата серебра (AgNO).
3
Поставленная задача решается тем, что при осуществлении способа изготовления имплантатов, заключающемся в многослойном плазменном напылении 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, согласно заявляемому техническому решению, имплантаты с многослойным биоактивным покрытием помещают в емкость с раствором нитрата серебра с концентрацией 0,04% AgNO, помещенную в дополнительную емкость с водой, и проводят обработку со стороны поверхности напыленного многослойного биоактивного покрытия ультразвуковым излучением.
2
Финишную обработку в растворе нитрата серебра осуществляют в течение 35 с при интенсивности ультразвука 9,6 Вт/см и частоте 22 кГц.
3
Изобретение поясняется чертежами: Фиг.1 - Схема установки для многоместной обработки поверхности медицинских имплантатов с воздействием ультразвука; Фиг.2 - Рентгеновская дифрактограмма покрытия, подвергнутого обработке в растворе нитрата серебра AgNO.
3
4
3
3
4
3
Где позициями на чертеже обозначены: 1 - электродвигатель вращения кассеты с имплантатами; 2 - эксцентриковый привод возвратно-поступательного движения кассеты; 3 - электродвигатель возвратно-поступательного движения; 4 - ультразвуковой генератор; 5 - механизм регулировки положения кассеты; 6 - ультразвуковой пьезокерамический преобразователь с фокусирующим излучателем; 7 - механизм регулировки положения излучателя; 8 - уплотнительное кольцо; 9 - емкость; 10 - съемная ячейка; 11 - обрабатываемый имплантат; 12 - кассета; 13 - шпиндель; 14 - гильза; 15 - пик, соответствующий фазе AgPO; 16, 17, 18 - пики, соответствующие фазе AgNO и AgPO; 19, 20 - пики, соответствующие фазе AgNO.
Способ изготовления имплантатов заключается в следующем.
Предварительную подготовку поверхности медицинского имплантата осуществляют, например, с помощью струйной обработки порошком электрокорунда с размером частиц 200-250 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.).
3
4
-9
2
Затем выполняют ультразвуковое обезжиривание, например, путем загрузки имплантатов, прошедших воздушно-абразивную обработку, в ультразвуковую ванну УЗУМИ-2 со специальным раствором (3…6 г/л NaPO 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 г/см.
Далее осуществляют формирование многослойного покрытия, например, с помощью электроплазменного напыления на установке ВРЕС 744.3227.001. Режимы плазменного напыления при формировании первых двух слоев такие, как напряжение, ток дуги и дистанция напыления выбирают экспериментальным путем, результаты которого представлены в таблице.
Таблица 1
Экспериментальное определение технологических параметров плазменного напыления двух первых слоев
Технологический параметр
Единицы измерения
Значение при напылении титана
Ток плазменной дуги
А
450-500
Напряжение дуги
В
35-37
Дистанция напыления
мм
80-90
Дисперсность порошка
мкм
100-120
Расход плазмообразующего газа
л/мин
55-60
Выбранные технологические режимы плазменного напыления объясняются следующим образом.
Увеличение мощности дуги значительно повышает энтальпию и температуру плазменной струи, температуру, скорость и дисперсность напыляемых частиц, что обусловливает рост плотности покрытия, производительности напыления и коэффициент использования материала. Наиболее рациональное регулирование мощности дуги, параметров напыления и качества получаемого покрытия обеспечивается при максимально возможном напряжении при 35-37B и силы тока 450-500 А.
Слишком малые дистанции не обеспечивают необходимого прогрева частиц, а также значения их скорости, создают опасность перегрева напыляемой поверхности и всего изделия, а чрезмерно большая дистанция вызывает падение температуры и скорости плазменного потока в зоне формирования покрытия. Зернистость частиц порошка выбирается из условия необходимости их быстрого нагрева до температуры плавления и распыления.
Повышение расхода плазмообразующего газа снижает теплофизические характеристики потока частиц, плотность покрытия и эффективность напыления, увеличивая при этом дисперсность и скорость частиц. В зависимости от требуемых показателей дисперсности частиц и плотности покрытия следует устанавливать наименьший возможный расход плазмообразующего газа на уровне 55-60 л/мин.
Плазменное напыление третьего и четвертого слоя производят при силе тока 430-450 А, напряжении 35-37 B, дистанции 50 и 80 мм, дисперсности 40-90 мкм и расходе аргона 65-70 л/мин. Технологические режимы плазменного напыления третьего и четвертого слоя выбираются из соображений, описанных выше.
Плазменное напыление позволяет формировать покрытие с развитым микрорельефом и необходимой пористостью применительно к изделиям медицинского назначения (Лясникова А.В. Материалы и покрытия в медицинской практике / В.Н. Лясников, А.В. Лясникова, Т.Г. Дмитриенко. - Саратов: Научная книга, 2011. - 300 с.).
3
3
Далее готовят раствор нитрата серебра 0,04% AgNO, растворенного в воде, например, дистиллированной, и помещают его установку для многоместной обработки поверхности медицинских имплантатов (фиг.1) с преобразователем на пьезокерамических элементах ЦТС-19 или ЦТС-24 размерами 52×22×8 мм, питание которого осуществляют от ультразвукового генератора 4, выполненного в виде УГТ-901 или УГТ-902 мощностью соответственно 250 и 150 Вт. Рабочую частоту преобразователя выбирают - 22 кГц. Высокая производительность обеспечивается многоместной обработкой. В емкость 9, выполненную из титана или нержавеющей стали, заливают водопроводную воду и в нее же помещают излучающую часть ультразвукового преобразователя 6, закрепленную на механизме регулировки положения излучателя 7. При этом для предотвращения протекания жидкости цилиндрическую часть излучателя соединяют со стенкой емкости 9 через уплотнительные кольца 8. Емкость 10, выполненную в виде сменной ячейки из оргстекла с толщиной стенки не более 1 мм, заполняют раствором нитрата серебра (AgNO) и размещают на необходимом расстоянии от фокусирующей части излучателя посредством электродвигателя вращения кассеты с имплантатами 1, эксцентрикового привода возвратно-поступательного движения кассеты 2 и электродвигателя возвратно-поступательного движения 3. В съемную ячейку 10 опускают шпинделя 13, закрепленные на гильзе 14 и кассете 12, с обрабатываемыми имплантатами 11.
Использование рабочей частоты преобразователя 22 кГц обусловлено тем, что меньшие частоты нецелесообразны вследствие высокой шумности, частоты более 22 кГц не обеспечивают нужный КПД.
3
3
3
Использование раствора нитрата серебра AgNO менее 0,04% не эффективно, т.к. не происходит удовлетворительного распределения частиц AgNO в воде, а применение более 0,04% нитрата серебра приводит к чрезмерной его взвеси в воде. Поэтому оптимальным интервалом является использование 0,04% раствора нитрата серебра AgNO в воде.
2
Финишной операцией является обработка ультразвуковым излучением, которую осуществляют в растворе нитрата серебра в течение 35 секунд при интенсивности ультразвука 9,6 Вт/см. Частоту вращения имплантатов устанавливают равной 100 об/мин, частоту обкатки - 30 об/мин, скорость возвратно-поступательного движения - 30 дв.х./мин.
2
Интенсивность ультразвукового воздействия и время обработки определяют, исходя из требований, предъявляемых к качеству поверхности. При малых интенсивностях ультразвука настройку осуществляют путем смещения частоты сигналов ультразвукового генератора 4 от резонансного значения в пределах 2,5% регулировкой переменного воздушного конденсатора (бесступенчато). При этом первоначальную настройку в резонанс осуществляют посредством индикатора часового типа с ценой деления 0,001 мм или индуктивной измерительной системы типа 214. При больших интенсивностях ультразвука - путем ступенчатого изменения выходной мощности силового трансформатора ультразвукового генератора 4. Контроль интенсивности ультразвукового воздействия осуществляют визуально по размерам кавитационной области и по изменению температуры рабочей жидкости в зоне кавитации. Оптимальным значением интенсивности при обработке медицинских имплантатов в растворе нитрата серебра является 9,6 Вт/см. Время, необходимое для качественного насыщения поверхности медицинских имплантатов ионами серебра, а также время, при котором не происходит размерной обработки поверхности, сопровождающейся разрушением внешнего слоя покрытия, выбирается равным 35 секунд (Лясникова А.В. Обоснование и реализация комбинированной механической и физико-химической обработки титановых деталей в ультразвуковом поле с учетом электроплазменного напыления композиционных покрытий: дис. … докт. техн. наук. - Саратов, 2009. - 320 с.).
3
3
4
Результаты рентгенофазового анализа показывают, что в качестве примеси к основному компоненту - гидроксиапатиту обнаруживаются фазы AgNO 16, 19, 20, 17, 18 и 15, 16, 17, 18 AgPO.
Таким образом, разработан способ изготовления имплантатов, позволяющий получать покрытие, которое будет способствовать быстрой и надежной остеоинтеграции имплантата с биологическими тканями, и обладать при этом бактерицидным эффектом.