ВНУТРИЧЕЛЮСТНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ИМПЛАНТАТ С БИОКЕРАМИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к внутри-челюстным имплантационным конструкциям, и может использоваться при изготовлении цилиндрических имплантатов для зубного протезирования, выполняемых из биоинертных металлов и сплавов.
Существует множество конструктивно-технических исполнений внутричелюстных имплантатов из биоинертных металлических материалов. Однако, несмотря на широкое многообразие применяемых конструкций имплантатов, существует проблема обеспечения высоких упруго-пластических свойств их внутрикостной поверхности, приближающих физико-механические характеристики имплантатов к биофизическим и биомеханическим характеристикам кости. Кроме того, является актуальной проблема эффективной остеоинтеграции внутричелюстных металлических имплантатов, обусловленная низким уровнем биологической активности их внутрикостной поверхности и отсутствием на ней структурообразующих элементов, обеспечивающих высокопрочную биомеханическую связь имплантатов с костной тканью.
Для решения указанных проблем целесообразна разработка внутричелюстных металлических имплантатов с морфологически развитой внутрикостной поверхностью, обладающей высокой упругостью при действии жевательных нагрузок и высокими показателями биологической активности, в наилучшей степени проявляемой наноструктурированными биокерамическими материалами. Поверхность с высокой упругостью может быть получена путем расположения на ней различных структурообразующих микро- и макроэлементов из материалов с эффектом памяти формы, а придание биоактивности поверхности металлических имплантатов возможно путем нанесения покрытия на основе наноструктурированной резорбируемой биокерамики с отрицательно заряженным электретным состоянием, придающим покрытию высокие остеостимулирующие свойства.
Известен имплантат с остеоинтеграционной структурой внутрикостной поверхности, выполненный в форме цилиндра с шейкой, полусферическим апикальным основанием и имеющий на внутрикостной поверхности остеоинтеграционные элементы в виде углублений и выступов, образованных пересечением двух винтовых канавок встречного направления и треугольного профиля с одинаковым межвитковым расстоянием, составляющим 0,7-1,0 мм, и шириной канавок, равной 0,45-0,75 мм, а также глухие отверстия на середине выступов диаметром и глубиной, равными ширине винтовых канавок [патент РФ №2372875, МПК: A61C 8/00, опубл. 20.11.2009 г.].
Недостатком данного имплантата является отсутствие технических возможностей, обеспечивающих повышение упругости и биологической активности внутрикостной поверхности из-за отсутствия на ней структурообразующих элементов с термомеханической памятью формы и наноструктурированного покрытия из биоактивной керамики с остеостимулирующими свойствами для ускорения репаративного остеогенеза и ускоренной остеоинтеграции имплантата.
Известно решение [патент EP 1264606, МПК: A61L 27/32, опубл. 11.12.2002 г.], по которому металлические зубные имплантаты имеют биоактивное покрытие, состоящее из фосфата кальция в виде гидроксиапатита, частицы которого имеют размер от 50 до 150 нм.
Существенным недостатком имплантатов с таким покрытием является отсутствие на внутрикостной поверхности структурообразующих элементов с термомеханической памятью формы для повышения упругости при действии жевательных нагрузок на имплантаты и снижения давления на костную ткань, а также отсутствие остеостимулирующих свойств поверхности для ускорения репаративного остеогенеза и ускоренной остеоинтеграции вживляемых конструкций.
Известен внутрикостный зубной имплантат, содержащий цилиндрический цоколь, материал дистального участка которого имеет длину, составляющую отношение 0,4-0,75 с диаметром цоколя, и выполненный из проницаемопористого никелида титана [патент РФ №2098043, МПК: A61C 8/00, опубл. 10.12.2007 г.].
Недостатком данной конструкции является низкая биоактивность внутрикостной поверхности из-за отсутствия на ней наноструктурированного покрытия из биоактивной керамики, обладающей остеостимулирующими свойствами, для ускорения репаративного остеогенеза и ускоренной остеоинтеграции имплантата.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является внутричелюстной металлический имплантат [патент РФ №131607, МПК: A61C 8/00, опубл. 27.08.2013 г.], выполненный в форме цилиндра с полусферическим апикальным основанием и имеющий на поверхности внутрикостной части структурообразующие элементы, выполненные в виде кусочков проволоки из биоинертного металлического материала с термомеханической памятью формы длиной 0,5-2,0 мм, диаметром 0,3-0,6 мм, расположенных относительно друг друга разнонаправлено, а внутрикостная поверхность имплантата имеет наноструктурированное покрытие толщиной 5-100 мкм из частиц биоактивной керамики размером 20-350 нм.
Недостатком данного имплантата является отсутствие остеостимулирующих свойств наноструктурированного биокерамического покрытия для ускорения репаративного остеогенеза и ускоренной остеоинтеграции имплантата.
Задачей полезной модели является создание внутричелюстного металлического имплантата со структурообразующими элементами с термомеханической памятью формы и с внутрикостной поверхностью, имеющей наноструктурированное биокерамическое покрытие, обладающее остеостимулирующими свойствами для ускорения репаративного остеогенеза и прочного закрепления имплантата в кости.
Технический результат полезной модели заключается в снижении давления на костную ткань, создании эффективной остеоинтеграционной структуры внутрикостной поверхности, обеспечении прочной биомеханической связи имплантата с костной тканью и обеспечении ускоренного приживления имплантата.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом внутри-челюстном металлическом имплантате с биокерамическим покрытием, выполненном в форме цилиндра с полусферическим апикальным основанием и имеющим на всей поверхности внутрикостной части структурообразующие элементы в виде кусочков проволоки из биоинертного металлического материала с термомеханической памятью формы длиной 0,5-2,0 мм, диаметром 0,3-0,6 мм, расположенных относительно друг друга разнонаправлено, при этом внутрикостная поверхность имплантата имеет наноструктурированное покрытие из частиц биоактивной керамики, согласно новому техническому решению, наноструктурированное биокерамическое покрытие имеет отрицательно заряженное электретное состояние и выполнено толщиной 5-100 мкм с размером частиц биоактивной керамики 20-350 нм.
Изготовление предлагаемого металлического имплантата может осуществляться, например, путем токарной обработки (получение цилиндрической основы имплантата), путем применения технологической операции электрофизической обработки (закрепление кусочков проволоки из материала с термомеханической памятью формы на внутрикостной поверхности имплантата), путем порошково-плазменного напыления материалов (нанесение на внутрикостную металлическую поверхность с закрепленными кусочками проволоки наноструктурированного биокерамического покрытия), путем электризации наноструктурированного биокерамического покрытия в условиях коронного разряда или путем бомбардировки потоком электронов (создание отрицательно заряженного электретного состояния покрытия из частиц биоактивной керамики). Описание конструкции.
На фиг. приведена конструкция внутричелюстного металлического имплантата с биокерамическим покрытием, где позициями обозначены: 1 - цилиндрическая внутрикостная часть; 2 - полусферическое апикальное основание; 3 - поверхность цилиндрической внутрикостной части; 4 - кусочки проволоки; 5 - наноструктурированное биокерамическое покрытие; 6 - некомпенсированный отрицательный электрический заряд.
Внутричелюстной металлический имплантат с биокерамическим покрытием состоит из цилиндрической внутрикостной части 1 с полусферическим апикальным основанием 2 и со структурообразующими элементами, выполненными на поверхности 3 цилиндрической внутрикостной части 1 в виде кусочков проволоки 4 из биоинертного металлического материала с термомеханической памятью формы длиной 0,5-2,0 мм, диаметром 0,3-0,6 мм, расположенных относительно друг друга разнонаправлено и формирующих ее выраженную микро- и макроструктуру (фиг.). Поверхность 3 цилиндрической внутрикостной части 1 имплантата с закрепленными на ней кусочками проволоки 4 имеет наноструктурированное биокерамическое покрытие 5 (на фиг. показано в виде множества точек) из частиц биоактивной керамики размером, например, 20-350 нм и толщиной 5-100 мкм. При этом наноструктурированное биокерамическое покрытие 5 имеет отрицательно заряженное электретное состояние, характеризующееся нескомпенсированным отрицательным электрическим зарядом 6 поверхности.
Длина кусочков проволоки 4 из биоинертного металлического материала с термомеханической памятью формы, выбранная в пределах 0,5-2,0 мм, является наиболее благоприятной для формирования развитой морфологической микро- и макроструктуры поверхности. Длина кусочков проволоки 4 менее 0,5 мм не позволяет получить выраженную морфологию поверхности имплантата, а длина кусочков проволоки, превышающая 2,0 мм, создает технологическую сложность ее закрепления на поверхности цилиндрической внутрикостной части 1.
Диаметр кусочков проволоки 4 менее 0,3 мм не позволяет обеспечить требуемые упругие свойства поверхности цилиндрической внутрикостной части 1 при восприятии внешних нагрузок, а значение диаметра более 0,6 мм не позволяет создать микроструктуру поверхности, благоприятствующую эффективной остеоинтеграции имплантата.
Разнонаправленное расположение кусочков проволоки 4 на поверхности 3 цилиндрической внутрикостной части 1 позволяет создать морфологически развитую структуру, которая обеспечивает наилучшую способность имплантата к интеграции с прилегающей костной тканью. Равнонаправленное расположение кусочков проволоки 4 на поверхности 3 цилиндрической внутрикостной части 1 не создает развитую морфологию, благоприятствующую эффективной взаимосвязи имплантата с костью.
Толщина наноструктурированного биокерамического покрытия 5, выбранная в пределах 5-100 мкм, позволяет сохранять его механическую прочность при больших внешних нагрузках на имплантат и обеспечивать высокий уровень биологической активности поверхности при функционировании конструкции в кости челюсти. Толщина наноструктурированного биокерамического покрытия 5 менее 5 мкм не обеспечивает высокий уровень биологической активности поверхности имплантата, а толщина более 100 мкм приводит к разупрочнению и повышению хрупкости биокерамического покрытия.
Размер частиц биоактивной керамики, составляющей наноструктурированное биокерамическое покрытие 5, выбран исходя из условий протекания эффективной остеоинтеграции, и находится в пределах значений 20-350 нм. При размере частиц менее 20 нм не создаются необходимые условия для репаративного остеогенеза, а при размере частиц выше 350 нм формируется морфология покрытия, снижающая биоадгезию клеточных структур и биомеханическую прочность закрепления имплантата в альвеолярном гребне челюсти.
Наноструктурированное биокерамическое покрытие 5 с отрицательно заряженным электретным состоянием, характеризующимся нескомпенсированным отрицательным электрическим зарядом 6, создает благоприятный для ускорения репаративных процессов остеостимуляционный фон, повышает уровень биоактивности поверхности имплантата и приближает его физические свойства к природным физическим свойствам кости. В условиях воздействия квазистатического электрического поля, генерируемого наноструктурированным биокерамическим покрытием 5 с отрицательно заряженным электретным состоянием, на окружающие имплантат ткани происходит стимулированный рост костного регенерата и ускоренная остеоинтеграция поверхности цилиндрической внутрикостной части 1.
-8
2
-8
2
-8
2
При этом плотность нескомпенсированного отрицательного электрического заряда 6 должна иметь величину не менее 10 Кл/см. В случае, если плотность нескомпенсированного отрицательного электрического заряда 6 будет менее 10 Кл/см, наноструктурированное биокерамическое покрытие 5 не проявляет высокие электретные свойства и высокую остеостимулирующую способность поверхности цилиндрической внутрикостной части 7, т.к. естественная плотность отрицательного электрического заряда костной ткани находится на уровне 10 Кл/см и при меньшей величине плотности заряда поверхности имплантата воздействие генерируемого электрического поля на окружающие костные структуры будет не существенным без стимуляции клеточной активности и ускорения процессов репаративного остеогенеза.
Основа имплантата может изготовляться из технически чистого титана марок ВТ1-0, ВТ1-00, титановых сплавов марок ВТ6, ВТ16, циркония и сплавов на его основе, а также из других металлических материалов, обладающих биоинертностью и высокими физико-механическими характеристиками.
Структурообразующие элементы в виде кусочков проволоки 4 с термомеханической памятью формы могут выполняться из биоинертного сплава никелида титана, например, марки ТН-10, обладающего повышенными упруго-пластическими свойствами.
В качестве материала наноструктурированного биокерамического покрытия 5 могут выступать такие биологически активные керамические материалы как, например, гидроксиапатит, фторгидроксиапатит, трикальцийфосфат, фарфоровая стоматологическая керамика и др.
Для установки предлагаемого внутричелюстного металлического имплантата с биокерамическим покрытием в альвеолярном гребне челюсти выполняется цилиндрическое костное ложе, в котором фиксируется цилиндрическая внутрикостная часть 1 имплантата с полусферическим апикальным основанием 2.
В процессе приживления имплантата, когда внешние нагрузки на него не воздействуют, окружающая костная ткань прорастает в микро- и макроструктуру внутрикостной поверхности 3 имплантата, сформированную кусочками проволоки 4 из биоинертного металлического материала с термомеханической памятью формы. При этом имеющееся на поверхности 3 цилиндрической внутрикостной части 1 имплантата с закрепленными на ней кусочками проволоки 4 наноструктурированное биокерамическое покрытие 5 с отрицательно заряженным электретным состоянием, которое за счет нескомпенсированного отрицательного электрического заряда 6 поверхности и генерации собственного квазистатического электрического поля, создает остеостимуляционное воздействие на окружающую костную ткань, что усиливает остеорепаративные процессы в имплантационной зоне, тем самым, ускоряя остеоинтеграцию имплантата и сокращая сроки его приживления в 1,5-2 раза.
По завершении процесса приживления имплантата и при дальнейшем его функционировании в челюсти на конструкцию начинают действовать жевательные нагрузки, при которых создается давление на стенки костного ложа. При этом кусочки проволоки 4 из биоинертного металлического материала с термомеханической памятью формы, расположенные на внутрикостной поверхности 3 имплантата разнонаправлено относительно друг друга, обеспечивают условия повышенной упругости внутрикостной поверхности 3, снижая давление на окружающую костную ткань и приближая биомеханические условия функционирования имплантата к биомеханическим условиям функционирования естественного корня зуба.
Таким образом, предлагаемый внутричелюстной металлический имплантат с биокерамическим покрытием обладает техническими возможностями, обеспечивающими снижение давления на костную ткань при жевательных нагрузках, эффективную остеоинтеграционную структуру внутрикостной поверхности, прочную биомеханическую связь имплантата с костной тканью и ускоренное приживление конструкции за счет выполнения внутрикостной поверхности со структурообразующими элементами в виде кусочков проволоки из биоинертного металлического материала с термомеханической памятью формы, обладающими повышенной упругостью, и с наноструктурированным биокерамическим покрытием, имеющим состояние отрицательно заряженного электрета с нескомпенсированным отрицательным электрическим зарядом поверхности.