BG65595B1

BG65595B1 - Метод за израстване на хидроксиапатитни биокерамични слоеве върху подложка

Info

Publication number: BG65595B1
Application number: BG107247A
Authority: BG
Inventors: Лиляна ПРАМАТАРОВА; Радина ПРАМАТАРОВА
Original assignee: Лиляна ПРАМАТАРОВА; Радина ПРАМАТАРОВА
Priority date: 2002-11-04
Filing date: 2002-11-04
Publication date: 2009-02-27
Also published as: BG107247A

Abstract

Методът намира приложение в медицината, диагностиката и биотехнологиите. С него могат да се създадат in vitro системи за изследване процесите на биоминерализация в природата, за получаване на покрития от биокерамични слоеве, например хидроксиапатит, върху ортопедични или стоматологични импланти от различен материал, с голяма площ и сложна форма, а така също и за създаването на системи, тестващи урината за съединения, образуващи камъни. По метода израстването на хидроксиапатитни слоеве се осъществява чрез лазерно облъчване на твърдотелна подложка, потопена в преситен воден разтвор на соли, имитиращи кръвната плазма. Взаимодействието лазер-разтвор-подложка е предизвикано извън средата за израстване чрез система за импулсно лазерно лъчение и система за сканиране на подложката, която е потопена в разтвора.

Description

Изобретението се отнася до метод за създаване на ίη νίΐτο система за израстване на хидроксиапатитни слоеве от разтвори върху подложка чрез лазерно стимулиране, намиращ приложение в медицината, диагностиката и биотехнологиите

Предшестващо състояние на техниката

Плазмено-струйният синтез е една от наймасово използваните техники за създаване на калциево-фосфатни покрития. Например изобретение (СИ 1270841) се отнася до плазмено-струен-хидротермален синтез на хидроксиапатит за повърхностна биомодификация на зъбни и костни метални импланти. Използвайки калциев бисулфат или калциев фосфат като изходен материал, първоначално чрез плазмено-струен процес се покрива металната повърхност и хидротермално се синтезира, за да се получи нанометричен хидроксиапатит с малки вътрешни напрежения, е висока чистота, с висока кристалинност и конфигурация, близка на костния апатит. Един от главните проблеми е невъзпроизводимостта на покритията, както и контролиране на кристалностга, фазовия състав и морфологията, което води до различно поведение ин витро и ин виво. Пукнатини, пори и фазови примеси ограничават механичната издръжливост на системата покритие-подложка, както и нейната стабилност за дълъг период от време.

Известен е метод (118 6428803), за получаване на хидроксиапатитен гел чрез зол-гел процес, при който алкален воден разтвор на калциева сол реагира е алкален воден разтвор на фосфорна сол в моларно съотношение на калция и фосфора от порядъка на 1.67, за да се получи зол. След това зола се трансформира в гел чрез хидротермално третиране. Така полученият гел показва много добри свойства и се използва като свързващ агент на човешкия хидроксиапатитен материал. Чрез метода могат да се получат хидроксиапатитен гел, детайли с различна форма, както и покрития на метални импланти. Зол-гел техниката е известна като бавен процес и не създава условия за ускорено израстване на хидрокси апатитни слоеве.

Изобретенията, които са най-близко до настоящото изобретение се отнасят до метод за получаване на наночастици чрез лазер - разтвор взаимодействие (П8 5770126), както и на нанотръбички (Л8 6068800), използвайки взаимодействието на лазерен лъч и воден прекурсорен разтвор. Методът включва използването на твърда подложка по време на лазер - разтвор взаимодействието, която е потопена в разтвора и се върти. Също така включва и използването на плазма по време на лазер - разтвор взаимодействието, при което смес от прекурсорен разтвор и носещ газ се инжектират перпендикулярно или хоризонтално в лазерния лъч. Енергията на фотоните от лазерния лъч и енергията на плазмата индуцират скъсване на връзките на молекулите на прекурсорния разтвор и като резултат се получава много фин прах на елементи като сребро, никел, сплави и др.

Проблемът, който се решава с изобретението е ускоряване на израстването на хидроксиапатитните слоеве чрез лазер - разтвор - подложка взаимодействие, както и едновременното създаване на определен микроразмерен дизайн чрез сканиране на лазерния лъч върху подложката, като лазерният лъч и неговото сканиране е извън средата на израстване. Освен това, целта на изобретението е да се осигури получаване на хидроксиапатитни слоеве с микро- и наноразмерен дизайн.

Техническа същност на изобретението

Методът, съгласно изобретението за израстване на хидроксиапатитни слоеве чрез система, осъществяваща едновременното взаимодействие на лазер - разтвор - подложка, се състои в импулсно лазерно облъчване на твърдотелна подложка, потопена в разтвор. Взаимодействието лазер - разтвор - подложка е предизвикано, извън средата за израстване, чрез система за импулсно лазерно лъчение и система за сканиране на подложката, която е потопена в разтвора. Чрез потапяне, подложката е приведена в контакт с прилежащия разтвор, който е преситен воден разтвор на соли, имитиращи човешката кръвна

65595 ΒΙ плазма. Едновременно с това, повърхността на подложката и прилежащият разтвор са приведени в лазер - разтвор - подложка взаимодействие. Това взаимодействие е резултат на предизвикано извън средата за израстване импулсно лазерно лъчение с дължина на вълната 578 пт, честота на лъчението 19 ΕΗζ, брой на импулсите 19000 ипрШз/з, продължителност на импулса 30 пз и сканиране на подложката със скорост 1000 ппп/з.

В първия етап от взаимодействието лазер твърдотелна подложка, енергията на лазерното лъчение се трансформира в топлина. По-нататъшните етапи от процеса лазер - разтвор - подложка се определят от електрофизичните свойства на подложката и разтвора, така също и от количеството и специалното разпределение на енергията абсорбирана от подложката и разтвора. Получаването на слоеве от хидроксиапатит се осъществява чрез механизмите на зародиш-образуването и израстване, започвайки с абсорбцията на фотонна енергия чрез подложката. Фотонната енергия се абсорбира от повърхността на подложката, като едновременно с това локално взаимодейства с прилежащия разтвор, т.е. осъществява се лазер - разтвор - подложка взаимодействие, като по този начин се ускорява процеса на израстване на слоеве.

Чрез предизвиканото извън средата на израстване импулсно лазерно взаимодействие се създават условия за ускорен кристален растеж, което е предимство при ΐη νΐΐτο експериментите, моделиращи сравнително бавните процеси на биоминерализацията в природата.

Пояснение на приложената фигура

Фигура 1 представлява принципна схема за реализиране на метода за израстване на слоеве от хидроксиапатит върху подложка, осъществяваща лазер - разтвор - подложка взаимодействие.

Примерно изпълнение на изобретението

Едно примерно изпълнение на метода за създаване на система за израстване на хидроксиапатитни слоеве върху твърдотелна подложка се илюстрира с помощта на фигурата, която включва контейнер от плексиглас 1, потопен в термостатна система 2, държател 3 за подложка

4. която се закрепва неподвижно, хоризонтално или вертикално към него, като по този начин се експонира към разтвора 5, който е предварително приготвен преситен разтвор, при дадена температура Т_р имитиращ кръвната плазма. От горната страна на контейнера 1, чрез система 6 се осъществява сканирането на подложката 4 с импулсния лазерен лъч 7, а измерването на температурата и йонната концентрация на разтвора се осъществява посредством температурен датчик 8 и селективен йонметър 9 съответно.

Измененията на параметрите на лазерното импулсно лъчение, като дължината на вълната, енергия, честотата, продължителност на импулса, скорост на сканиране, се задават от системата за импулсно лазерно лъчение 7 и от системата за сканиране 6, като се настройват на дължина на вълната 578 пт с честота 19 кНг, с брой на импулсите 19000 йприк/з, с продължителност 30 пз при скорост на сканиране на лъча 1000 тт/з. Предизвиканата, чрез системата за импулсно лазерно лъчение 7 и системата за сканиране 6, фотонна енергия се абсорбира от повърхността на подложката 4 и локално в разтвора 5, и ги превежда във взаимодействие. В резултат на възникналото лазер - разтвор - подложка взаимодействие между повърхността на подложката 4, експонирана към прилежащия разтвор 5, протича процес на ускорено израстване на слой. Свойствата на израсналите слоеве, като например състав, дебелина, морфология, зависят основно от физико-химичните свойства на разтвора и параметрите, както на лазерното импулсно лъчение, атака също и параметрите на сканиране върху повърхността на подложката.

Приложение на изобретението

Чрез метода могат да се създадат ϊη νΐΐτο системи за изследване на процесите на биоминерализация в природата, за получаване на покрития от биокерамични слоеве, например хидроксиапатит, върху ортопедични или стоматологични импланти от различен материал, с голяма площ и сложна форма, а така също и за създаването на системи, тестващи урината на пациентите за камъко-образуващи съединения.

Claims

1. Метод за израстване на хидроксиапатитни биокерамични слоеве върху подложка, с използване на лазерно лъчение, характеризиращ се с това, че израстването става върху твърдотелна подложка, чиято повърхност и прилежащият преситен разтвор, имитиращ кръвната плазма, са приведени в лазер-разтвор-подложка взаимодействие, което е предизвикано извън средата на израстване чрез система за импулсно лазерно лъчение с дължина на вълната 578 пт, с честота 19 кНг, с продължителност на им5 пулса 30 пз и система за сканиране на лазерния лъч със скорост 1000 тт/з върху подложката, която е потопена в разтвора.