СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛАНТАНСОДЕРЖАЩЕГО ПОКРЫТИЯ
METHOD FOR PREPARING LANTHANUM-CONTAINING COATING

Изобретение относится к медицине, а именно к челюстно-лицевой хирургии и травматологии, и может быть использовано для изготовления внутритканевых эндопротезов на титановой основе.
Известен способ получения биоактивного покрытия на имплантате из титана (заявка на патент РФ №2385740, МПК: A61L 27/54, A61F 2/02, А61С 8/00, опубл. 10.04.2010). Данное изобретение относится к медицине, конкретно к способу обработки поверхности титановых имплантатов, позволяющему формировать биоактивную поверхность. Биоактивное покрытие на имплантате из титана содержит кальций-фосфатные соединения и имеет многоуровневую пористую структуру с шероховатой поверхностью. Покрытие имеет толщину 10-40 мкм, общую пористость 35-45% со средним размером пор 3-8 мкм, шероховатость 2,5-5 мкм, адгезионную прочность 30-35 МПа. Способ получения биоактивного покрытия на имплантате из титана заключается в нанесении покрытия микродуговым оксидированием, но перед нанесением покрытия поверхность титанового имплантата подвергают механической и химической обработке, затем проводят микродуговое оксидирование с получением многоуровневой пористой структуры кальций-фосфатного покрытия.
Данный способ позволяет формировать биоактивное покрытие на имплантатах с высокими значениями шероховатости и адгезии, но не позволяет получить покрытие с антимикробными и антитромбоцитными свойствами, что ограничивает применение данного покрытия.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ получения лантансодержащего биопокрытия на имплантате из титана и его сплавов (заявка на патент РФ №2386454, МПК: A61L 31/08, A61F 2/02, 61L 27/06, A61L 27/30, опубл. 20.04.2010). Формирование покрытия на титане и гитан-содержащих сплавах (ВТ 1-0, ВТ 1-00, ВТ-6, ВТ-16 и др.) осуществляют предварительной подготовкой лантансодержащего раствора, подготовкой поверхности: электрохимическим путем последовательно в двух электролитах получают слой смеси оксидов титана и меди в электролите концентрацией 200 г/л серной кислоты с добавлением 50 г/л сульфата меди в дистиллированной воде при постоянном анодном токе, затем катодным внедрением создают слой лантана в виде фрагментов в электролите концентрацией 0,5 М салицилата лантана в диметилформамиде при постоянном катодном напряжении 3 В.
Способ позволяет получить остеоинтеграционное оксидное биопокрытие, обладающее бактерицидными и антикоагулянтными свойствами, однако в данном способе не решен вопрос о формировании развитой морфологии покрытия. Данный способ позволяет получать лантансодержащее покрытие при строгих фиксированных технологических операциях, что создает неудобство применения способа.
Задача заявляемого изобретения заключается в получении лантансодержащего покрытия, которое обеспечивает создание развитой морфологии поверхности, а также антитромбоцитного и антимикробного эффекта в прилежащих к эндопротезу тканях, что способствует повышению остеоинтеграции имплантата.
3
3
Поставленная задача решается тем, что при осуществлении способа получения лантансодержащего покрытия, заключающемся в подготовке лантансодержащего раствора, предварительной подготовке поверхности имплантата и формировании покрытия, новым является то, что осуществляют подготовку лантансодержащего раствора, помещают порошок гидроксиапатита в раствор 0,04 LaCl, осуществляют выдержку порошка на воздухе при комнатной температуре в течение времени, необходимого для качественной пропитки частиц гидроксиапатита раствором LaCl, отфильтровывают осадок на воронке Бюхнера, который затем промывают горячей водой, высушивают при 200-300°С в течение 4-6 часов и отжигают при 600-700°С в течение 2-3 часов, формирование лантансодержаего покрытия производят сначала напылением титанового подслоя, а затем лантансодержащего порошка гидроксиапатита.
Кроме этого предварительную обработку осуществляют струйной обработкой поверхности порошком электрокорунда с размером частиц 150-200 мкм под давлением 6,5 атм. Также плазменное напыление титанового подслоя осуществляют при напряжении 35 В, силе тока 450 А, дистанции напыления 90 мм и дисперсности титанового порошка 120 мкм, расход аргона 55-60 л/мин, а плазменное напыление лантансодержащего порошка гидроксиапатита производят при силе тока 450 А, напряжении 35 В, дистанции 80 мм, дисперсности 40-70 мкм и расходе аргона 60-65 л/мин.
Изобретение поясняется схемами: фиг.1 - блок-схема получения лантансодержащего гидроксиапатита (ГА), фиг.2 - технология плазменного напыления лантансодержащего гидроксиапатитового покрытия.
Способ осуществляют следующим образом.
3
3
Подготовку лантансодержащего раствора осуществляют следующим образом: полученный гидроаммиачным методом порошок ГА помещают в раствор 0,04 LaCl и выдерживают при комнатной температуре в течение времени, необходимого для качественной пропитки частиц ГА раствором LaCl, например, на воздухе в течение 48 часов. Осадок фильтруют на воронке Бюхнера, промывают горячей водой, высушивают при 200-300°С в течение 4-6 часов и отжигают при 600-700°С в течение 2-3 часов (фиг.1). Сушка и отжиг порошка ГА в течение указанного времени выбраны из условия, что при сушке порошка менее 4 часов он остается влажным, а более 6 часов - частицы порошка спекаются в конгломераты, при отжиге порошка ГА менее 2 часов количество аморфной фазы носит доминантный характер, а при отжиге более 3 часов при указанной температуре увеличивается количество кристаллической фазы. Таким образом, при указанном интервале температур достигается требуемое соотношение аморфной и кристаллической фаз.
Таблица 1
Экспериментальное определение температуры сушки порошка ГА
№ п/п
Температура сушки, °С
Показатель
1
150
влажная смесь
2
200
образование таблетки
3
250
образование таблетки
4
300
образование таблетки
5
350
спекание таблетки в конгломераты
Согласно результатам, приведенным в таблице 1, целесообразно использовать интервал температур для сушки порошка ГА 200-300°С, т.к. температура сушки менее 200°С не способствует полному удалению влаги из порошка, а температура сушки более 300°С приводит к спеканию таблетки порошка и образованию его в конгломераты.
Отжиг порошка ГА при указанном интервале температур (600-700°С) объясняется тем, что при этих температурах происходит закрепление частиц лантана на частицах порошка ГА.
Таблица 2
Экспериментальное определение температуры отжига порошка ГА
№ п/п
Температура отжига, °С
Степень кристалличности, %
Качественный показатель
1
500
24
-
2
550
29
-
3
600
31
+
4
700
36
+
5
750
40
-
Предварительную обработку поверхности имплантата осуществляют с помощью струйной обработки порошком электрокорунда с размером частиц 150-200 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.).
Далее осуществляют плазменное напыление титанового подслоя на опескоструенные пластинки титана на установке ВРЕС 744.3227.001. Напряжение при плазменном напылении, ток дуги и дистанция напыления были получены экспериментальным путем, результаты которого представлены в таблице.
Таблица 3
Экспериментальное определение технологических параметров плазменного напыления титана
Технологический параметр
Единицы измерения
Значение
при напылении титана
Ток плазменной дуги
А
450
Напряжение дуги
В
35
Дистанция напыления
мм
90
Дисперсность порошка
мкм
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 В и силы тока 450 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. Оптимальной является дистанция напыления 90 мм. Зернистость частиц порошка выбирается из условия необходимости их быстрого нагрева до температуры плавления и распыления, поэтому наиболее рациональным является использование порошка титана с дисперсностью 120 мкм.
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 лантансодержащего порошка ГА производят при силе тока 450 А, напряжении 35 В, дистанции 80 мм, дисперсности 40-70 мкм и расходе аргона 60-65 л/мин (фиг.2). Технологические режимы плазменного напыления лантансодержащего порошка ГА выбираются из соображений, описанных выше.
Таким образом, разработан способ получения лантансодержащего покрытия, который в результате позволяет получать покрытие с развитой морфологией, а также антитромбоцитными и антимикробными свойствами, что будет способствовать быстрой и надежной остеоинтеграции имплантата с биологическими тканями за счет наименьшего процента его отторжения.