Антиадгезивное антибактериальное покрытие для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали
ANTI-ADHESIVE ANTIBACTERIAL COATING FOR ORTHOPEDIC IMPLANTS FROM TITANIUM AND STAINLESS STEEL

Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии, ортопедии и общей хирургии, а именно к антиадгезивному антибактериальному покрытию для ортопедических, в том числе внутрикостных имплантатов для крупных и мелких суставов, а также элементов крепления позвоночника и длинных костей скелета пациента из титана и нержавеющей стали, и может быть использовано при хирургическом лечении пациентов в условиях травматолого-ортопедических, хирургических и других стационаров.
Известно многокомпонентное биоактивное нанокомпозиционное покрытие с антибактериальным эффектом для металлических, полимерных и природных костных имплантатов, предназначенных для замены поврежденных участков костной ткани, (см. патент РФ №2524654, МПК A61L 27/02, 27.07.2014 г.).
Однако известное покрытие при своем использовании обладает следующими недостатками:
- не обеспечивает высокие антиадгезивные свойства подготовленного к применению металлического ортопедического имплантата,
- не препятствует образованию бактериальной биопленки на поверхности металлического ортопедического имплантата,
- не обеспечивает высокие антибактериальные свойства подготовленного к применению металлического ортопедического имплантата,
- не обеспечивает высокую биологическую совместимость в различных физиологических средах организма пациента,
- не обеспечивает надежную защиту поверхности имплантированного металлического ортопедического имплантата от возникновения процессов перипротезной инфекции.
Задачей изобретения является создание антиадгезивного антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали.
Техническим результатом является надежное обеспечение высоких антиадгезивных свойств подготовленного к применению металлического ортопедического имплантата, надежное препятствие образованию бактериальной биопленки на поверхности металлического ортопедического имплантата, обеспечение высоких антибактериальных свойств подготовленного к применению металлического ортопедического имплантата, надежное обеспечение высокой биосовместимости в различных физиологических средах организма пациента, а также обеспечение надежной защиты поверхности имплантированного металлического ортопедического имплантата от возникновения процессов перипротезной инфекции.
Технический результат достигается тем, что предложено антиадгезивное антибактериальное покрытие для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали, характеризующееся тем, что на поверхность предварительно очищенных методом ионного травления ионами аргона используемых для имплантации ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали нанесено плазменным напылением двухкомпонентное антиадгезивное антибактериальное биосовместимое нанопокрытие толщиной от 9 до 1180 нм, содержащее наногранулы шарообразной формы из высокочистого серебра размером 4,5-9,5 нм с нанесенным на их поверхность сплошным защитным углеродным нанопокрытием из тетраэдрического алмаза типа ta-C толщиной 0,4-1,2 нм. При этом в качестве высокочистого серебра наногранул покрытия используют серебро не ниже 99,9% чистоты.
Среди существенных признаков, характеризующих предложенное антиадгезивное антибактериальное покрытие для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали, отличительными являются:
- нанесение на поверхность предварительно очищенных методом ионного травления ионами аргона используемых для имплантации ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали плазменным напылением двухкомпонентного антиадгезивного антибактериального биосовместимого нанопокрытия толщиной от 9 до 1180 нм, содержащего наногранулы шарообразной формы из высокочистого серебра размером 4,5-9,5 нм с нанесенным на их поверхности сплошным защитным углеродным нанопокрытием из тетраэдрического алмаза типа ta-C толщиной 0,4-1,2 нм,
- использование в качестве высокочистого серебра наногранул покрытия серебра не ниже 99,9% чистоты.
Экспериментальные исследования предложенного антиадгезивного антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали показали его высокую эффективность. Антиадгезивное антибактериальное покрытие для металлических ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали при своем использовании надежно обеспечило высокие антиадгезивные свойства поверхности подготовленного к применению металлического ортопедического имплантата, обеспечило надежное препятствие образованию бактериальной биопленки на поверхности металлического ортопедического имплантата, обеспечило высокие антибактериальные свойства подготовленного к применению металлического ортопедического имплантата, надежно обеспечило высокую биологическую совместимость в различных физиологических средах организма пациента, а также позволило достичь надежную защиту поверхности подготовленного к использованию для имплантации металлического ортопедического имплантата от возникновения процессов перипротезной инфекции.
Антиадгезивное антибактериальное нанопокрытие для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали, нанесенное плазменным напылением на поверхность подготовленного к имплантации металлического ортопедического имплантата, выполнено двухкомпонентным толщиной от 9 до 1180 нм и содержащим наногранулы шарообразной формы из высокочистого серебра размером 4,5-9,5 нм с нанесенным на их поверхность сплошным защитным углеродным нанопокрытием из тетраэдрического алмаза типа ta-C толщиной 0,4-1,2 нм, при этом использовано в качестве высокочистого серебра наногранул покрытия серебро не ниже 99,9% чистоты.
Реализация предложенного антиадгезивного антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали иллюстрируется следующими практическими примерами.
Пример 1. На выполненные из титана марки ВТ1-0 три плоских образца нанесли предложенное антиадгезивное антибактериальное покрытие.
При этом использовали предварительно очищенный методом ионного травления ионами аргона образцы, на поверхность которых плазменным напылением нанесли двухкомпонентное антиадгезивное антибактериальное биосовместимое нанопокрытие толщиной 1180 нм, содержащее наногранулы шарообразной формы из высокочистого серебра размером 4,5 нм с нанесенным на их поверхности сплошным защитным углеродным нанопокрытием из тетраэдрического алмаза типа ta-C толщиной 1,0 нм. При этом в качестве высокочистого серебра наногранул покрытия использовали серебро не ниже 99,9% чистоты.
7
Затем на поверхность антиадгезивного антибактериального покрытия каждого плоского образца из титана марки ВТ1-0 в лаборатории ФГБУ «ЦИТО им. Н.Н. Приорова нанесли по 1 мл. физиологического раствора с тест-культурами микроорганизмов, выделенных от пациентов с инфекционными осложнениями после эндопротезирования крупных суставов и относящихся к виду Staphylococcus aureus MRSA, E. Coli и Pseudomonas aeruginosa, в концентрациях, содержащих 10 клеток каждой тест-культуры, соответствующей стандарту мутности 0,5 Мак Фарланд. Нанесенные растворы каждой тест-культуры равномерно распределяли на поверхности одного образца, поверхность подсушили идентично способу определения антибиотикорезистентности микроорганизмов диско-диффузионным методом. Образцы инкубировали в термостате при температуре 36°С в течение 24 час.
В результате электронного микроскопического исследования поверхности покрытия каждого образца после инкубирования были установлены высокие антиадгезивные свойства предложенного антиадгезивного антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов. При этом установлено отсутствие на поверхности каждого из трех плоских образцов из титана марки ВТ1-0 образования бактериальной биопленки штаммов Staphylococcus aureus MRSA, E. Coli и Pseudomonas aeruginosa при отсутствии роста их колоний с одновременным их угнетением до единичных колоний или до их полного отсутствия, что свидетельствует о высокой эффективности предложенного антиадгезивного антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали.
Пример 2. На выполненные из титана марки ВТ1-00 три плоских образца нанесли предложенное антиадгезивное антибактериальное покрытие.
При этом использовали предварительно очищенный методом ионного травления ионами аргона образцы, на поверхность которых плазменным напылением нанесли двухкомпонентное антиадгезивное антибактериальное биосовместимое нанопокрытие толщиной 145 нм, содержащее наногранулы шарообразной формы из высокочистого серебра размером 6,5 нм с нанесенным на их поверхности сплошным защитным углеродным нанопокрытием из тетраэдрического алмаза типа ta-C толщиной 0,8 нм. При этом в качестве высокочистого серебра наногранул покрытия использовали серебро не ниже 99,9% чистоты.
7
Затем на поверхность антиадгезивного антибактериального покрытия каждого плоского образца из титана марки ВТ1-00 в лаборатории ФГБУ «ЦИТО им. Н.Н. Приорова нанесли по 1 мл. физиологического раствора с тест-культурами микроорганизмов, выделенных от пациентов с инфекционными осложнениями после эндопротезирования крупных суставов и относящихся к виду Staphylococcus aureus MRSA, E. Coli и Pseudomonas aeruginosa, в концентрациях, содержащих 10 клеток каждой тест-культуры, соответствующей стандарту мутности 0,5 Мак Фарланд. Нанесенные растворы каждой тест-культуры равномерно распределяли на поверхности одного образца, поверхность подсушили идентично способу определения антибиотикорезистентности микроорганизмов диско-диффузионным методом. Образцы инкубировали в термостате при температуре 36°С в течение 24 час.
В результате электронного микроскопического исследования поверхности покрытия каждого образца после инкубирования были установлены высокие антиадгезивные свойства предложенного антиадгезивного антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов. При этом установлено отсутствие на поверхности каждого из трех плоских образцов из титана марки ВТ1-00 образования бактериальной биопленки штаммов Staphylococcus aureus MRSA, E. Coli и Pseudomonas aeruginosa при отсутствии роста их колоний с одновременным их угнетением до единичных колоний или до их полного отсутствия, что свидетельствует о высокой эффективности предложенного антиадгезивного антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали.
Пример 3. На выполненные из титана марки ВТ-6 три плоских образца нанесли предложенное антиадгезивное антибактериальное покрытие.
При этом использовали предварительно очищенный методом ионного травления ионами аргона образцы, на поверхность которых плазменным напылением нанесли двухкомпонентное антиадгезивное антибактериальное биосовместимое нанопокрытие толщиной 870 нм, содержащее наногранулы шарообразной формы из высокочистого серебра размером 9,5 нм с нанесенным на их поверхности сплошным защитным углеродным нанопокрытием из тетраэдрического алмаза типа ta-C толщиной 1,2 нм. При этом в качестве высокочистого серебра наногранул покрытия использовали серебро не ниже 99,9% чистоты.
7
Затем на поверхность антиадгезивного антибактериального покрытия каждого плоского образца из титана марки ВТ-6 в лаборатории ФГБУ «ЦИТО им. Н.Н. Приорова нанесли по 1 мл физиологического раствора с тест-культурами микроорганизмов, выделенных от пациентов с инфекционными осложнениями после эндопротезирования крупных суставов и относящихся к виду Staphylococcus aureus MRSA, E. Coli и Pseudomonas aeruginosa, в концентрациях, содержащих 10 клеток каждой тест-культуры, соответствующей стандарту мутности 0,5 Мак Фарланд. Нанесенные растворы каждой тест-культуры равномерно распределяли на поверхности одного образца, поверхность подсушили идентично способу определения антибиотикорезистентности микроорганизмов диско-диффузионным методом. Образцы инкубировали в термостате при температуре 36°С в течение 24 час.
В результате электронного микроскопического исследования поверхности покрытия каждого образца после инкубирования были установлены высокие антиадгезивные свойства предложенного антиадгезивного антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов. При этом установлено отсутствие на поверхности каждого из трех плоских образцов из титана марки ВТ-6 образования бактериальной биопленки штаммов Staphylococcus aureus MRSA, E. Coli и Pseudomonas aeruginosa при отсутствии роста их колоний с одновременным их угнетением до единичных колоний или до их полного отсутствия, что свидетельствует о высокой эффективности предложенного антиадгезивного антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали.
Пример 4. На выполненные из титана марки ВТ-16 три плоских образца нанесли предложенное антиадгезивное антибактериальное покрытие.
При этом использовали предварительно очищенный методом ионного травления ионами аргона образцы, на поверхность которых плазменным напылением нанесли двухкомпонентное антиадгезивное антибактериальное биосовместимое нанопокрытие толщиной 460 нм, содержащее наногранулы шарообразной формы из высокочистого серебра размером 7,5 нм с нанесенным на их поверхности сплошным защитным углеродным нанопокрытием из тетраэдрического алмаза типа ta-C толщиной 0,4 нм. При этом в качестве высокочистого серебра наногранул покрытия использовали серебро не ниже 99,9% чистоты.
7
Затем на поверхность антиадгезивного антибактериального покрытия каждого плоского образца из титана марки ВТ-16 в лаборатории ФГБУ «ЦИТО им. Н.Н. Приорова нанесли по 1 мл. физиологического раствора с тест-культурами микроорганизмов, выделенных от пациентов с инфекционными осложнениями после эндопротезирования крупных суставов и относящихся к виду Staphylococcus aureus MRSA, E. Coli и Pseudomonas aeruginosa, в концентрациях, содержащих 10 клеток каждой тест-культуры, соответствующей стандарту мутности 0,5 Мак Фарланд. Нанесенные растворы каждой тест-культуры равномерно распределяли на поверхности одного образца, поверхность подсушили идентично способу определения антибиотикорезистентности микроорганизмов диско-диффузионным методом. Образцы инкубировали в термостате при температуре 36°С в течение 24 час.
В результате электронного микроскопического исследования поверхности покрытия каждого образца после инкубирования были установлены высокие антиадгезивные свойства предложенного антиадгезивного антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов. При этом установлено отсутствие на поверхности каждого из трех плоских образцов из титана марки ВТ-16 образования бактериальной биопленки штаммов Staphylococcus aureus MRSA, E. Coli и Pseudomonas aeruginosa при отсутствии роста их колоний с одновременным их угнетением до единичных колоний или до их полного отсутствия, что свидетельствует о высокой эффективности предложенного антиадгезивного антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали.
Пример 5. На выполненные из нержавеющей стали медицинского назначения три плоских образца нанесли предложенное антиадгезивное антибактериальное покрытие.
При этом использовали предварительно очищенный методом ионного травления ионами аргона образцы, на поверхность которых плазменным напылением нанесли двухкомпонентное антиадгезивное антибактериальное биосовместимое нанопокрытие толщиной 9 нм, содержащее наногранулы шарообразной формы из высокочистого серебра размером 4,5 нм с нанесенным на их поверхности сплошным защитным углеродным нанопокрытием из тетраэдрического алмаза типа ta-C толщиной 0,4 нм. При этом в качестве высокочистого серебра наногранул покрытия использовали серебро не ниже 99,9% чистоты.
7
Затем на поверхность антиадгезивного антибактериального покрытия каждого плоского образца из нержавеющей стали медицинского назначения в лаборатории ФГБУ «ЦИТО им. Н.Н. Приорова нанесли по 1 мл физиологического раствора с тест-культурами микроорганизмов, выделенных от пациентов с инфекционными осложнениями после эндопротезирования крупных суставов и относящихся к виду Staphylococcus aureus MRSA, E. Coli и Pseudomonas aeruginosa, в концентрациях, содержащих 10 клеток каждой тест-культуры, соответствующей стандарту мутности 0,5 Мак Фарланд. Нанесенные растворы каждой тест-культуры равномерно распределяли на поверхности одного образца, поверхность подсушили идентично способу определения антибиотикорезистентности микроорганизмов диско-диффузионным методом. Образцы инкубировали в термостате при температуре 36°С в течение 24 час.
В результате электронного микроскопического исследования поверхности покрытия каждого образца после инкубирования были установлены высокие антиадгезивные свойства предложенного антиадгезивного антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов. При этом установлено отсутствие на поверхности каждого из трех плоских образцов из титана марки ВТ1-0 образования бактериальной биопленки штаммов Staphylococcus aureus MRSA, E. Coli и Pseudomonas aeruginosa при отсутствии роста их колоний с одновременным их угнетением до единичных колоний или до их полного отсутствия, что свидетельствует о высокой эффективности предложенного антиадгезивного антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали