СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИМПЛАНТАТОВ РАЗЛИЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ ИЗ СПЛАВА МАРКИ ВТ-6 С АЛМАЗОПОДОБНЫМ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЗАЩИТНЫМ НАНОПОКРЫТИЕМ
METHOD FOR MAKING IMPLANTS OF DIFFERENT CONFIGURATION FROM BT-6 ALLOY WITH DIAMOND-LIKE DIELECTRIC PROTECTIVE NANOCOATING

Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедической и хирургической стоматологии, и может быть использовано при изготовлении внутрикостных имплантатов.
В настоящее время зубные имплантаты изготовляются из титана марки ВТ1-0. (Хирургическая стоматология: Учебник / Под ред. Х50 Т.Г. Робустовой. - 4-е изд., перераб. и доп.- М.: ОО «Издательство «Медицина», 2010. - 688 с: ил.).
Однако этот материал не может считаться оптимальным. По механическим свойствам он уступает сплавам титана (предел прочности титана марки ВТ1-0 составляет 200-400 МПа, предел прочности титана марки ВТ1-0 400-550 МПа, предел прочности титанового сплава марки ВТ-6 850-1000 МПа). Увеличение прочности в сплаве марки ВТ-6 достигается за счет введения в его состав алюминия и ванадия.
Однако исследованиями показано, что имеющийся в сплаве ванадий имеет токсическое действие на биологические объекты, а степень адгезии тканей к имплантатам из титановых сплавов несколько хуже, чем к нелегированному титану.
На сегодняшний день общепризнанным является положение о недопустимости содержания в токсических элементов в имплантируемых материалах. Тем более известно, что предельно допустимая концентрация ванадия составляет 0,1 мг/л.
2
5
Известно изобретение (патент RU48475U1 от 27.10.2005 г.) его технический результат - увеличение прочности соединения имплантата с костной тканью. В имплантате внутрикостная часть покрыта слоем отрицательно заряженного электрета, в частности, пленкой оксида тантала ТаО, биосовместимого с тканями организма, толщина которого составляет более 0,5 микрон, стимулирующего остеогенез, повышающего противовоспалительную активность и предупреждающего послеоперационные осложнения. Электретная пленка наносится на имплантат методом ионно-плазменного реактивного напыления, что обеспечивает высокую адгезию пленки к поверхности имплантата, а также стерильность пленки и имплантата в целом. Получаемая пленка имеет плотную структуру и полностью покрывает внутрикостную поверхность имплантата, что исключает контакт посторонних включений с костной тканью, которые могут образоваться при механической обработке имплантата.
Однако пленки обладают низким сопротивлением и маленькими значениями ширины запрещенной зоны.
2
+
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения конструкции пластинчатого дентального имплантата с биосовместимым покрытием, содержащим зубопротезную часть, шейку и внутрикостную часть в виде пластины с клиновидной формой в ее поперечном сечении, перфорированную сквозными отверстиями, расположенными перпендикулярно продольной плоскости пластины, с определенным шагом, имеющего на поверхности внутрикостной части микропористое остеоинтеграционное покрытие, на поверхности которого имеется углеродная алмазоподобная беспористая пленка, синтезированная в процессе ионно-лучевой обработки в вакуумной среде углекислого газа (СО) пучком ионов аргона (Аr), обеспечивающая повышенную механическую прочность (патент РФ на полезную модель №174547 от 19.10.2017 г.).
2
2
2
Однако использование в качестве одного из компонентов при синтезе алмазоподобной беспористой пленки углекислого газа (СО), являющимся одновременно источником углерода и источником кислорода, и внедряющимся в синтезируемую пленку, тем самым увеличивает долю атомов углерода с sp-типом гибридизации (>65%), уменьшая электросопротивление и графитизируя алмазоподобное покрытие. Между тем пленки с высокой долей атомов углерода с sp-типом гибридизации (>65%), являются графитоподобными. Эти пленки обладают низким сопротивлением, низким внутренним напряжением и маленькими значениями ширины запрещенной зоны, большими трудозатратами и стоимостью.
Поставлена задача получения имплантата из сплава марки ВТ-6 высокой прочности, с алмазоподобным диэлектрическим защитным нанопокрытием, препятствующим проникновению атомов ванадия в окружающую костную ткань.
Поставленная задача достигается тщательной обработкой каждого имплантата не менее 5 минут в плазме аргона, используя источник углерода - газообразный метан, а источником плазмы - газообразный аргон, с дальнейшим осаждением на поверхность имплантата алмазоподобного диэлектрического покрытия а-С:Н.
Предлагаемое техническое решение осуществляют следующим образом.
Первоначально каждый имплантат подвергают тщательной обработке в плазме аргона, не менее 5 минут, для удаления естественного оксида. В качестве источника углерода используют газообразный метан, а в качестве газа-источника плазмы - используют газообразный аргон. Далее наносят на поверхность имплантата алмазоподобное, диэлектрическое покрытие методом DLC - по технологии плазменного импульсного осаждения Diamond Like Carbon. Для осаждения пленок аморфного гидрогенизированного углерода используют установку "MicroSys 400". Осаждение покрытия а-С:Н осуществляют в камере при давлении метана 6 Па, напряжение смещения 100 В, время синтеза составляет 2040 секунд, при мощности 90 Вт. При этих условиях получают покрытие толщиной 273 нм и сопротивлением 120 ГОм⋅см.
На фиг. 1 представлена микрофотография поверхности имплантата из материала ВТ-6 без покрытия, где 1 - следы механической обработки в виде концентрических колец, на фиг. 2 представлены следы механической обработки в виде концентрических колец - 1, алмазоподобное диэлектрическое нанопокрытие - 2.
Как видно из фиг. 2, алмазоподобное диэлектрическое покрытие - 2, повторяя следы механической обработки имплантата - 1, в виде концентрических колец, указывает на сплошное его покрытие. Островковых включений не наблюдается, разрывы покрытия отсутствуют, электросопротивление максимальное.
Элементный анализ поверхности имплантата с покрытием включает следующие элементы:
С - 89,0 ат. % Al - 0,73 ат. %; Si - 0,01 ат. %; Ti - 10,03 ат. %; Fe - 0,03 ат. %; V - 0,05 ат. %. Как видно из данных элементного анализа поверхность имплантата также не содержит кислорода, содержание углерода максимальное. Содержание на поверхности ванадия (0,05 ат. %) значительно меньше, чем у сплава ВТ-6 (2,11 ат. %), что указывает на минимальную токсичность.
3
Таким образом, предлагаемый способ изготовления имплантатов из сплава марки ВТ-6 с алмазоподобным диэлектрическим защитным нанопокрытием является достаточно эффективным. В результате его использования получают высококачественное покрытие из стабильного алмазоподобного диэлектрического материала, обладающего высоким сопротивлением (>10 Ом см), высокой твердостью, низким трением и высокой химической стойкостью. Тогда как при исследовании поверхности имплантата ВТ-6 без покрытия включающий элементы: Al - 3,59-5,83 ат. %; Si - 0,08-0,14 ат. %; О - 39-53 ат. %; Ti - 41-52 ат. %; Fe - 0,06-0,1 ат. %; V - 2,0-2,11 ат. %, установлено что содержание на поверхности ванадия 2,11 ат. %, указывает на токсичность имплантата. Данные свойства снижают степень миграции химических элементов, особенно ванадия, из имплантата в межтканевую жидкость, что уменьшает или предотвращает блокирование ферментов, витаминов, нарушение биохимических процессов в ротовой полости и в организме в целом, наблюдаемые вследствие введения имплантатов.
Это дает возможность использования предлагаемого сплава марки ВТ-6 с алмазоподобным диэлектрическим защитным нанопокрытием для изготовления биосовместимых имплантатов.
Сопоставительный анализ заявляемого решения показал, что совокупность существенных признаков изготовления предлагаемых имплантатов из сплава марки ВТ-6 с алмазоподобным диэлектрическим защитным нанопокрытием, полученных по технологии плазменного импульсного осаждения Diamond Like Carbon (технология DLC), не известен из уровня техники, что соответствует условию патентоспособности «Новизна».
Из уровня техники не выявлено признаков, совпадающих с признаками предлагаемого технического решения, влияющих на достижение заявленного технического результата. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».
Предлагаемый способ изготовления имплантатов из сплава марки ВТ-6 с алмазоподобным диэлектрическим защитным нанопокрытием может быть использован в ортопедической и хирургической стоматологии, что соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».