СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ АНТИМИКРОБНОГО ПОКРЫТИЯ
METHOD OF ANTIMICROBIAL COATING FORMATION

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.
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 проводили ионообменную обработку кристаллов ГА в 0,02%-ном растворе AgNCb, 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 формирования серебросодержащего покрытия.
Наиболее близким к предлагаемому решению является антибактериальный композиционный материал и способ его получения (по патенту РФ №2407550, МПК: A61L 15/18, А61K 33/38, В82В 1/00, А61Р 31/04, опубл. 27.12.2010) для лечения пациентов с широким спектром заболеваний различной этиологии. В изобретении предложен также способ получения антибактериального композиционного материала, включающий предварительное тестирование образца на наличие основного характера поверхности и дальнейшее восстановление серебра на поверхности порошкового носителя из водного или водно-спиртового раствора нитрата серебра с концентрацией серебра 0,1-3,0% мас. раствором таннина с концентрацией 0,05-2,0% мас. при комнатной температуре.
Данный способ не позволяет получать развитую поверхность медицинского изделия, поэтому целесообразно введение операции воздушно-абразивной обработки с последующим формированием антимикробного покрытия методом плазменного напыления.
Задача заявляемого изобретения заключается в получении серебросодержащего антимикробного покрытия методом плазменного напыления, что обеспечивает развитую морфологию поверхности и создание антимикробного эффекта в прилежащих к эндопротезу тканях.
3
Технический результат заключается в получении антимикробного покрытия путем плазменного напыления серебросодержащего гидроксиапатита, полученного помещением порошка гидроксиапатита (ГА) в раствор AgNO.
3
3
Поставленная задача решается тем, что при осуществлении способа формирования антимикробного покрытия, заключающемся в подготовке серебросодержащего раствора, предварительной подготовке поверхности имплантата и формировании покрытия, согласно заявляемому техническому решению осуществляют подготовку серебросодержащего раствора, помещают порошок ГА в 0,04% AgNO в воде, осуществляют выдержку порошка на воздухе при комнатной температуре в течение времени, необходимого для качественной пропитки частиц ГА раствором AgNO, отфильтровывают осадок на воронке Бюхнера, который затем промывают горячей водой, высушивают при 200°-300°C в течение 4-6 часов и отжигают при 600°-700°C в течение 2-3 часов, формирование покрытия производят плазменным напылением сначала титанового подслоя и затем серебросодержащего порошка ГА, предварительную обработку осуществляют струйной обработкой поверхности порошком электрокорунда с размером частиц 200-250 мкм под давлением 6,5 атм. Также плазменное напыление титанового подслоя осуществляют при напряжении 35 В, силе тока 450 А, дистанции напыления 100 мм и дисперсности титанового порошка 100-120 мкм, расход аргона 55-60 л/мин, а плазменное напыление серебросодержащего порошка ГА производят при силе тока 450 А, напряжении 35 В, дистанции 80 и 120 мм, дисперсности 70-75 мкм и расходе аргона 65-70 л/мин.
Изобретение поясняется схемами: фиг.1 - блок-схема получения серебросодержащего ГА, фиг.2 - технология плазменного напыления серебросодержащего гидроксиапатитового покрытия.
3
3
Подготовку серебросодержащего раствора получают следующим образом: полученный гидроаммиачным методом порошок ГА помещают в 0,04% раствора AgNO в воде и выдерживают при комнатной температуре в течение времени, необходимого для качественной пропитки частиц ГА раствором AgNO, что составляет 48 часов. Осадок фильтруют на воронке Бюхнера, промывают горячей водой, высушивают при 200°-300°C в течение 4-6 часов и отжигают при 600°-700°C в течение 2-3 часов (фиг.1). Сушка и отжиг порошка ГА в течение указанного времени выбраны 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, °C
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°C, т.к. температура сушки менее 200°C не способствует полному удалению влаги из порошка, а температура сушки более 300°C приводит к спеканию таблетки порошка и образованию его в конгломераты.
Отжиг порошка ГА при указанном интервале температур (600°-700°C) объясняется тем, что при этих температурах происходит закрепление частиц серебра на частицах порошка ГА.
Таблица 2
Экспериментальное определение температуры отжига порошка ГА
№ п/п
Температура отжига, °C
Степень кристалличности, %
Качественный показатель
1
500
24
-
2
550
29
-
3
600
31
+
4
700
36
+
5
750
40
-
Предварительную подготовку поверхности имплантата осуществляют 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.)
Плазменное напыление титанового подслоя производят на опескоструенные пластинки титана на установке ВРЕС 744.3227.001 (фиг.2). 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
100
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 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. 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 серебросодержащего порошка ГА производят при силе тока 450 А, напряжении 35 В, дистанции 80 и 120 мм, дисперсности 70-75 мкм и расходе аргона 65-70 л/мин (фиг.2). Технологические режимы плазменного напыления серебросодержащего порошка ГА выбираются из соображений, описанных выше. В таблице 4 представлен количественный анализ серебросодержащего плазмонапыленного Ti/ГА-покрытия.
Таблица 4
Количественный анализ серебросодержащего плазмонапыленного Ti/ГА-покрытия
Режим
Содержание, %
напыления
Сa
P
Ti
Ag
L=80 мм
72
14
0,8
13,2
L=120 мм
73
13
0,7
13,3
Таким образом, разработан способ формирования антимикробного покрытия, который в результате позволяет получать покрытие, которое будет способствовать быстрой и надежной остеоинтеграции имплантата с биологическими тканями.