CZ291685B6 - Způsob úpravy povrchu titanových implantátů - Google Patents
Způsob úpravy povrchu titanových implantátů Download PDFInfo
- Publication number
- CZ291685B6 CZ291685B6 CZ20013170A CZ20013170A CZ291685B6 CZ 291685 B6 CZ291685 B6 CZ 291685B6 CZ 20013170 A CZ20013170 A CZ 20013170A CZ 20013170 A CZ20013170 A CZ 20013170A CZ 291685 B6 CZ291685 B6 CZ 291685B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- implant
- titanium
- samples
- minutes
- bone
- Prior art date
Links
- 239000007943 implant Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims description 32
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims description 31
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 30
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 title abstract description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 5
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims abstract description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 25
- 229910001854 alkali hydroxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 23
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 21
- 239000012890 simulated body fluid Substances 0.000 description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 11
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 10
- VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;fluoride;triphosphate Chemical compound [F-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 10
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 10
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 230000000278 osteoconductive effect Effects 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 239000005313 bioactive glass Substances 0.000 description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 5
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 4
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 4
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 3
- 210000002808 connective tissue Anatomy 0.000 description 3
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 3
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 229940085991 phosphate ion Drugs 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 2
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 2
- 239000000316 bone substitute Substances 0.000 description 2
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 2
- GROMGGTZECPEKN-UHFFFAOYSA-N sodium metatitanate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Ti](=O)O[Ti](=O)O[Ti]([O-])=O GROMGGTZECPEKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000010513 Stupor Diseases 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 238000010171 animal model Methods 0.000 description 1
- 239000003462 bioceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000006112 glass ceramic composition Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 210000003041 ligament Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000004452 microanalysis Methods 0.000 description 1
- 238000007431 microscopic evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 1
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 210000002303 tibia Anatomy 0.000 description 1
- -1 titanium ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
Pro dosa en texturovan ho a hydratovan ho submikropor zn ho povrchu implant tu se prov d mo°en op skovan ho nebo mechanicky opracovan ho povrchu v koncentrovan kyselin chlorovod kov nebo s rov 20 a 150 minut p°i 30 a 60 .degree.C, lept n ve vodn m roztoku 1 a 10 mol rn ho hydroxidu alkalick ho kovu 1 a 24 h p°i 40 a 70 .degree.C a lou en m v deionizovan vod 2 a 40 minut p°i 18 a 40 .degree.C v ultrazvukov my ce.\
Description
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu úpravy povrchu titanových implantátů, které jsou chirurgicky implantovatelné do živé kostní tkáně. Implantát vytvarovaný z titanu, jehož povrch je upraven podle vynálezu, vykazuje vynikající mechanické vlastnosti a současně má bioaktivní a osteokondukční vlastnosti, což urychluje vhojení implantátu a zajišťuje vznik stabilního a funkčního rozhraní mezi povrchem implantátu a kostním lůžkem.
Dosavadní stav techniky
Pro náhradu kostní tkáně je známa řada materiálů, zejména ze skupiny kovových materiálů, plastických polymemích látek, keramických materiálů a jejich kompozitů.
Všechny skupiny používaných materiálů pro kostní náhrady jsou neustále předmětem intenzivního výzkumu s cílem dosáhnout takových biologických, mechanických a chemických vlastností, aby se co nejvíce blížily vlastnostem nahrazované tkáně. Použitelnost jednotlivých materiálů pro implantace do živého organismu záleží na jejich vlastnostech, zejména na tkáňové biokompaktibilitě, enzymatické a hydrolytické stabilitě, chemických, fyzikálních, mechanických a dalších vlastnostech.
Biokompaktibilita každého implantátu je určována především vzájemnou interakcí mezi tkání hostitele a implantátem. Organismus se snaží každé cizí těleso izolovat od okolní tkáně, vytváří kolem něho demarkační vazivový obal a snaží se jej z těla vyloučit. Tloušťka stěny pouzdra kolem implantátu indukuje snášenlivost implantátu s tkání. Tenká stěna pouzdra charakterizuje dobrou snášenlivost materiálu, silná signalizuje vysoký stupeň odmítavé reakce. Samozřejmým požadavkem na kompatibilní látky je, že nesmí působit toxicky, vyvolávat tkáňové narkózy a zánětlivé reakce.
Vývoj materiálů pro kostní náhrady vede jednoznačně od materiálů biotolerantních (např. ocel) přes bioinertní (např. korund, titan) k materiálům bioaktivním (např. bioaktivní skla, bioaktivní sklokeramiky), které doznávají uplatnění v klinické praxi. Tvorba více nebo méně silného vazivového pouzdra je charakteristická pro biotolerantní a bioinertní materiály, což přináší nemalé obtíže při fixaci implantátů v organismu. Zejména při zatížení takto vhojeného implantátu může docházet ke vzniku nežádoucích lokálních napětí na rozhraní kosti a implantátu což může vést až kjeho vyloučení. Bioaktivní materiály naproti tomu, např. bioaktivní skla, sklokeramiky, synteticky připravený hydroxyapatit, reagují aktivně s biologickým systémem a komplex probíhajících reakcí vede k chemické vazbě s kostní tkání bez vzniku intermediální vazivové vrstvy. Tyto materiály jsou schopny vytvářet s tkání pevnou chemickou vazbu. Základní podmínkou pro vznik vazby mezi povrchem bioaktivního materiálu a živou kostní tkání je tvorba tenké povrchové vrstvy obohacené a Ca a P, která vzniká na povrchu bioaktivního materiálu jako výsledek interakce mezi implantátem a tělní tekutinou. Tato vrstva, zpočátku amorfní, se s časem mění na polykrystalickou vrstvu apatitových aglomerátů chemicky a krystalograficky totožných s kostním apatitem. Je předpokládáno, že takto vzniklá apatitová vrstva má klíčovou úlohu při vzniku vazby povrchu implantátu s živou kostní tkání (L. L. Hench: Bioactive glasses and glas-ceramics In: Handbook of Bioactive Ceramics, Vol. I, CRT Press, Boča Raton, Florida 1990). Pro hodnocení bioaktivity materiálů se používají testy in vitro, kdy se sleduje schopnost materiálu indukovat precipitaci hydroxyapatitu na jeho povrchu při jeho expozici v roztoku modelující tělní tekutinu (SBF). Testy jsou prováděny při statickém nebo dynamickém (průtočném) uspořádání při teplotě lidského těla, tj. 37 °C. Hodnotí se změny koncentrací vápenatých a fosforečnanových iontů v simulované tělní tekutině (SBF) během testu a povrchy materiálu se hodnotí RTG difrakční analýzou, elektronovou mikrosondou a elektronovým mikroskopem
-1 CZ 291685 B6 (T.Kokubo et. al.: Chemical reaction of bioactive glass and glass-ceramics with asimiilated body fluid (SBF), J. Mter. Sci: Materiál in medicine 1992, 3, 79-83, Z. Strnad: Role of glass phase in bioactive glass-ceramics, Biomaterials 1992, Vol. 13 No. 5, 317-320). Omezujícím faktorem většího rozšíření těchto bioaktivních materiálů na bázi skel a keramiky jsou jejich nízké 5 mechanické charakteristiky, zejména pevnost v ohybu a lomová houževnatost.
Titan, v současné době nejrozšířenější materiál s vynikajícími mechanickými vlastnostmi, se však na rozdíl od bioaktivních materiálů jeví v interakci s kostní tkání jako bioinertní materiál. Nevytváří přímou vazbu s kostní tkání, jako je tomu u bioaktivních materiálů, a při nedokonalé 10 kongruenci mezi kostním lůžkem a titanovým implantátem nebo nízké primární stabilitě implantátu dochází k vmezeření vazivové tkáně v důsledku nízkých osteokondukčních vlastností a tím k obtížnějšímu, méně kvalitnímu a dlouhodobějšímu vhojení implantátu, proto je povrch titanových implantátů upravován nanášením bioaktivních povlaků, nejčastěji hydroxyapatitu plazmou (US patent 6113 993). Nevýhody tohoto postupu spočívají vtom, že takto vytvořená vrstva 15 apatitu je nestabilní a v tělním prostředí se resorbuje, nebo dochází k delaminaci povrchové vrstvy', což zamezuje zejména dlouhodobému, pevnému ukotvení implantátu v kosti (A.Piatelli et al.: Light and confocal laser scanning microskopic evaluation oh hydroxyapatite resorption patterns in medulary andcortical bone Int. J. Oral Maxillofacial Implants 1993, 8, 309-315).
Jsou také známy úpravy povrchu titanu v alkalických roztocích (A. R. Prusi et al.: The growth kinetics and optical properties of films uder open circuit conditions on titanium surface inpotasium hydroxide solution, Corrosion Sci., 1994, 33, 153-164L) nebo v hydroxydu sodném (S. Nishiguchi et al.: The efect of heat treatement on bone bonding ability of alkalotreated titanium, Bioceramics, Vol. 10, EditedbyL. Sedel, C. Rey, Elsevier Science, Paris, 1997), kdy na 25 povrchu titanu vzniká vrstva titaničitanu sodného. Nevýhodou tohoto postupu při aplikaci in vivo je rozpustnost povrchové vrstvy titaničitanu sodného, která umožňuje kontaminaci tkání ionty titanu a současně může docházet k vylouhování sodných iontů a k lokálními prudkému zvýšení pH, což působí nepříznivě na živé buňky a na rozhraní kosti a implantátu dochází k vmezeření vazivové tkáně.
Dále jsou známé úpravy titanových implantátů z hlediska jejich drsnosti a textury, které sledují zlepšení osteointegrace a které byly realizovány zejména použitím pískování (WennerbergerA. et al. Experimental study of turned and gritblasted screw-shaped implants -with speciál emphasis oneffect of blasting materials and surface topography, Biomaterials 1996, 17, 15-22) nebo 35 leptáním kyselinami, například kyselinou fluorovodíkovou a následně směsí kyselin chlorovodíkové a sírové, jak je uvedeno v US patentu 5 876 453, nebo US patentu 5 603 338. Takto upravené povrchy při vzájemné interakci se simulovanou tělní tekutinou však neindukují tvorbu kostního apatitu, jako tomu je u bioaktivních, osteokonduktivních materiálů, což ukazuje na bioinertní chování těchto povrchů. Nízké osteokondukční vlastnosti, neschopnost indukovat 40 hydroxyapatit na povrchu implantátu v rozsahu simulované tělní tekutiny (SBF) a vmezeření vazivové tkáně mezi povrch implantátu a kosti v testech in vivo, byly pro pískované povrchy dokumentovány (Z.Strnad et al. Effect of plasma-sprayed hydroxyapatite coating on the osteoconductivity of commercialy pure titanium implants Int. Journal of Oral and Maxillofacial Implants 2000, Vol. 15, No. 4, 483-490).
Podstata vynálezu
Tyto nevýhody odstraňuje způsob podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že k dosažení 50 makro a mikro texturovaného, submikroporézního hydratovaného a hydrofilního povrchu tkaninového implantátu se v inertní atmosféře moří opískovaný, nebo jinak mechanicky opracovaný povrch titanového implantátu v koncentrované kyselině chlorovodíkové nebo kyselině sírové po dobu 20 až 150 min, při teplotě 30 až 60 °C a dále se leptá ve vodném roztoku 1 až lOmolámího hydroxidu alkalického kovu po dobu 1 až 24 hod při teplotě 40 až 70 °C s následným toužením 55 povrchu v deionizované vodě při teplotě 18 až 40 °C po dobu 2 až 40 minut ultrazvukem. Moření
-2CZ 291685 B6 se provádí 35 až 37 % hmotn. kyselinou chlorovodíkovou nebo 3 až 4molámí kyselinou sírovou a leptání se provádí 1 až lOmolámím hydroxidem sodným.
Makrotexturovaného povrchu je dosaženo pískováním, obráběním, broušením nebo jiným mechanickým opracováním povrchu, který tak získává reliéf o střední rozteči nerovností větší než 10 pm (obr. la). Chemickou úpravou v kyselině za uvedených podmínek vzniká mikrodrsný povrch a zároveň je zachována makrotextura. vzniklá předchozím mechanickým opracováním (obr. Ib). Střední rozteč nerovností, vzniklých úpravou v kyselině je 0,5 až 10 pm. Po leptání povrchu v hydroxidu alkalického kovu je povrch implantátů loužen v deionizované vodě, kdy dochází k iontové výměně H3O za alkalické ionty a vzniká submikroporézní hydratovaný povrch (obr. lc), schopný indukovat tvorbu apatitu v tělní tekutině.
Přehled obrázků na výkresech
Obr. la Makrotexturovaný povrch, získaný pískováním.
Obr. Ib Mikrodrsný povrch, vytvořený na makrotexturovaném povrchu.
Obr. lc Submikroporézní hydratovaný povrch, vytvořený na makrotexturovaném a mikrodrsném povrchu.
Obr. 2 Titanové implantáty válcového tvaru o délce 10 mm a průměru 3,7 mm s podélnými drážkami o hloubce 1, 0,5 a 0,2 mm.
Obr. 3 IČ (DRIFT) spektrum titanových vzorků a) jejichž povrch byl upraven způsobem podle vynálezu a b) strojně obrobeného povrchu.
Obr. 4a Časová závislost koncentrace fosforečnanových iontů v simulované tělní tekutině (SBF) během, dynamického testu pro upravený vzorek podle vynálezu podle příkladu 2 pro vzorek titanu se strojně obrobeným povrchem. Fáze interakce: I-adsorpce, II-indukční doba, II-krystalový růst.
Obr. 4b Časová závislost koncentrace vápenatých iontů v simulované tělní tekutině (SBF) během dynamického testu pro upravený vzorek podle vynálezu podle příkladu 2 a pro vzorek titanu se strojně obrobeným povrchem.
Obr. 5 Snímek (SEM) povrchu upraveného povrchu titanu podle příkladu 2 po 5 dnech expozice v SBF, ukazující vyloučené krystaly apatitu.
Obr. 6 Elektronová mikroanalýza krystalů apatitu, vzniklých na povrchu upraveného titanu podle příkladu 2 po expozici v SBF po dobu 7dní.
Obr. 7 RTG difraktogram vzorku, připraveného podle příkladu 3 po expozici v SBF po dobu 4 dnů (HA = hydroxyapatit, Ti = titan).
Obr. 8 Relativní intenzity hlavní difrakční linie hydroxyapatitu analyzovaných vzorků, exponovaných v SBF po dobu 2,4, 7, 5 a 15 dnů.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Skupina 4 ks válcových titanových implantátů o délce 10 mm a průměru 3,7 mm s podélnými drážkami o hloubce 1 mm, 0,5 mm a 0,2 mm (obr. 2) a skupina 24 ks titanových vzorků ve tvaru destiček o průměru 8 mm a síle 1 mm byly opískovány použitím korundového prášku o zranění 50 až 150 mp při tlaku 600 až 700 kPa. Obě skupiny vzorků byly mořeny v 360 ml hmotnostně 37% kyseliny chlorovodíkové, v inertní atmosféře argonu při teplotě 40 °C po dobu 90 minut. Potom byl povrch implantátů omyt destilovanou vodou. Povrch vzorků byl leptán ve 200 ml 5 M
-3CZ 291685 B6 roztoku hydroxidu sodného při teplotě 60 °C po dobu 4 hodin. Po odstranění zbytků roztoku hydroxidu sodného třínásobnou dekantací ve 400 ml destilované vody byly vzorky louženy v deionizované vodě při teplotě 20 °C po dobu 10 minut v ultrazvukové myčce, vzorky byly potom sušeny v sušárně při 120 °C.
Takto upravené vzorky byly použity pro hodnocení jejich vlastností. Vzorky ve formě destiček v počtu 22 ks byly použity pro určení velikosti povrchu metodou B.E.T. (ASAP2010M, Micromeritics, USA) a zbývající 2 ks destiček byly použity pro stanovení míry hydratace metodou DRIFT (Difuzně reflexní infračervená spektroskopie). Válcové implantáty byly použity pro hodnocení osteokondukčních vlastností implantací na zvířecím modelu.
Povrch vzorků upravený způsobem podle vynálezu vykazoval z měření B.E.T. 74,5x větší povrch jednotkové plochy vzorku ve srovnání s povrchem jednotkové plochy vzorku s hladkým leštěným povrchem. Z měření IČ spektroskopie povrchu upravený způsobem vynálezu vykazoval vysokou intenzitu pásu spektra (3384 cm1), odpovídající OH skupinám, ve srovnání se vzorky strojně obrobeného titanu, svědčící o vy soké hydrataci upraveného povrchu (obr. 3).
ks válcových implantátů s upraveným povrchem podle vynálezu byly implantátovány do tibie psa do válcového otvoru o průměru 3,7 mm na dobu pěti týdnů. Jako referenční vzorky byly použity titanové implantáty s mechanicky obrobeným povrchem identického tvaru. Vrůst kosti do drážek implantátů byl hodnocen histometricky. Přímý kontakt mezi kostí a povrchem implantátu v drážce hluboké 1 mm byl vytvořen ze 78 % v drážce hluboké 0,5 mm, ze 75 % a v drážce hluboké 0,2 mm téměř z 90 %, což svědčí o vysokých osteokondukčních vlastnostech povrchu implantátů. Pro porovnání s referenčními vzorky s mechanicky obrobeným povrchem byla procenta vytvořeného přímého kontaktu mezi kostí a povrchem implantátu pro drážku hlubokou 1 mm ze 39 %, pro drážku hlubokou 0,5 mm z 59 % a pro drážku hlubokou 0,2 mm z 50 %.
Příklad 2
Skupina 10 ks titanových vzorků ve tvaru destiček o průměru 8 mm a síle 1 mm byla opískována použitím korundovaného prášku o změní 50 až 150 mp při tlaku 600 až 700 kPa. Dále 10 g titanových třísek bylo připraveno strojním obrobením. Obě skupiny vzorků byly mořeny ve 120 ml hmotnostně 37% kyseliny chlorovodíkové v inertní atmosféře argonu při teplotě 40 °C po dobu 90 minut. Potom byl povrch implantátů omyt destilovanou vodou. Povrch vzorků byl dále leptán v 70 ml 5M roztoku hydroxidu sodného při teplotě 60 °C po dobu 4 hodin. Po odstranění zbytků roztoku hydroxidu sodného třínásobnou dekantací ve 150 ml destilované vody byly vzorky louženy v deionizované vodě při teplotě 20 °C po dobu 10 minut v ultrazvukové myčce. Vzorky byly potom sušeny v sušárně při 120 °C.
Bioaktivita takto připravených vzorků byla hodnocena testy in vitro, kde byla sledována schopnost povrchu vzorků vyvolat precipitaci hydroxyapatitu na povrchu vzorků v prostředí roztoku simulované tělní tekutiny (SBF). Vzorky byly exponovány v roztoku SBF s koncentrací iontů:
| SBF | Na+ | K+ | Mg2+ | Ca2* | cr | HCOj | hpo4 2* | SO?* |
| [mmol | 142 | 5.0 | 1.5 | 2.5 | 131 | 5 | 1 | 1 |
Vzorky ve formě třísek byly testovány dynamickou metodou a byly sledovány časové závislosti změn koncentrací vápenatých a fosforečnanových iontů v roztoku SBF. Do 5 minut došlo k adsorpci vápenatých a fosforečnanových iontů na povrch vzorků, což se projevilo poklesem koncentrací těchto iontů v roztoku SBF (obr. 4a, b). Po 20 minutách došlo k růstu krystalů apatitu na povrchu vzorků, jak bylo potvrzeno pozorováním v elektronovém mikroskopu (obr. 5) a analýzou elektronovou mikrosondou na vzorcích destiček, kde test byl prováděn statickou metodou (obr. 6).
-4CZ 291685 B6
Příklad 3
Skupina 20 ks válcových titanových implantátů šroubového tvaru o délce 10 mm a průměru 3,7 mm a skupina 4 ks titanových vzorků ve tvaru destiček o průměru 8 mm a síle 1 mm byly opískovány použitím korundového prášku o změní 100 až 200 πψ při tlaku 600 až 700 kPa. Obě skupiny vzorků byly mořeny v 360 ml 4M kyseliny sírové v inertní atmosféře argonu při teplotě 60 °C po dobu 3 h. Potom byl povrch vzorků omyt destilovanou vodou. Povrch vzorků byl dále leptán ve 200 ml 5M roztoku hydroxidu sodného při teplotě 60 °C po dobu 6 hodin. Po odstranění zbytků roztoku hydroxidu sodného třínásobnou dekantací ve 400 ml destilované vody byly vzorky touženy v deionizované vodě při teplotě 20 °C po dobu 12 minut v ultrazvukové myčce. Vzorky byly potom sušeny v sušárně při 120 °C.
Takto upravené vzorky byly exponovány v roztoku simulované tělní tekutiny a v časových intervalech byly zkoumány RTG difrakčni analýzou. Za dva dny po expozici v SBF byl na povrchu vzorků identifikován krystalický hydroxyapatit (obr. 7 a obr. 8).
Průmyslové využití
Způsobem podle vynálezu získaný titanový, chemicky upravený implantát, vykazující bioaktivní a osteokondukční vlastnostmi dosud pozorované zejména u bioaktivních skelných, sklokeramických nebo keramických materiálů lze využít pro výrobu dentálních, ortopedických, spinálních a jiných kostních implantátů, s výhodou v těch indikacích, kde dochází k vysokému mechanickému zatížení. Chemická úprava povrchu implantátu dovoluje uplatnit samořezný tvar implantátu a tak umožňuje jeho vysokou primární stabilitu. Hydratace povrchu zajišťuje rychlou interakci materiálu s krví, která vede k tvorbě kostního apatitu a urychluje osifikaci kostního lůžka, což přispívá ke spolehlivé a dlouhodobé funkčnosti implantátu.
Claims (2)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob úpravy povrchu titanových implantátů, vyznačující se tím, žek dosažení jejich texturovaného a hydratovaného submikroporézního povrchu se opískovaný nebo strojně opracovaný povrch moří v inertní atmosféře kyselinou chlorovodíkovou nebo sírovou po dobu 20 až 150 minut při teplotě 30 až 60 °C, dále se leptá ve vodném roztoku hydroxidu alkalického kovu po dobu 1 až 24 h při teplotě 40 až 70 °C s následným loužením povrchu ultrazvukem v deionizované vodě při teplotě 18 až 40 °C po dobu 2 až 40 minut.
- 2. Způsob úpravy podle nároku 1, vyznačující se tím, že moření se provádí kyselinou chlorovodíkovou 35 až 37% hmotn. nebo 3 až 4molámí kyselinou sírovou a leptání se provádí 1 až lOmolámím hydroxidem sodným.4 výkresy
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20013170A CZ291685B6 (cs) | 2001-09-03 | 2001-09-03 | Způsob úpravy povrchu titanových implantátů |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20013170A CZ291685B6 (cs) | 2001-09-03 | 2001-09-03 | Způsob úpravy povrchu titanových implantátů |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20013170A3 CZ20013170A3 (cs) | 2001-12-12 |
| CZ291685B6 true CZ291685B6 (cs) | 2003-05-14 |
Family
ID=5473540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20013170A CZ291685B6 (cs) | 2001-09-03 | 2001-09-03 | Způsob úpravy povrchu titanových implantátů |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ291685B6 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ304445B6 (cs) * | 2012-10-10 | 2014-05-07 | Beznoska, S.R.O. | Kloubní implantát a způsob jeho výroby |
-
2001
- 2001-09-03 CZ CZ20013170A patent/CZ291685B6/cs not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ304445B6 (cs) * | 2012-10-10 | 2014-05-07 | Beznoska, S.R.O. | Kloubní implantát a způsob jeho výroby |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ20013170A3 (cs) | 2001-12-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jemat et al. | Surface modifications and their effects on titanium dental implants | |
| EP2187982B1 (en) | A bone tissue implant comprising strontium ions | |
| Li et al. | Quasi‐biological apatite film induced by titanium in a simulated body fluid | |
| CA2629600C (en) | Deposition of discrete nanoparticles on an implant surface | |
| EP1251889B1 (en) | Proteinaceous coating | |
| Karamian et al. | Surface characteristics and bioactivity of a novel natural HA/zircon nanocomposite coated on dental implants | |
| JPH08299429A (ja) | チタン系インプラントの表面処理方法及び生体親和性チタン系インプラント | |
| KR100775537B1 (ko) | 표면이 개질된 임플란트 제조 방법 및 그에 의해 제조된임플란트 | |
| JP2000093503A (ja) | 医療用インプラントをコ―トする方法 | |
| EP2079401A2 (en) | Deposition of discrete nanoparticles on a nanostructured surface of an implant | |
| Sridhar et al. | Electrophoretic deposition of hydroxyapatite coatings and corrosion aspects of metallic implants | |
| Nazir et al. | Biomimetic coating of modified titanium surfaces with hydroxyapatite using simulated body fluid | |
| Rosenberg et al. | Surface modification of a low modulus Ti-Nb alloy for use in medical implants | |
| EP2296718B1 (en) | Calcium phosphate coating of ti6ai4v by a na-lactate and lactic acid-buffered body fluid solution | |
| Janzeer | Surface modification of titanium and titanium alloys to enhance bone healing | |
| CZ291685B6 (cs) | Způsob úpravy povrchu titanových implantátů | |
| KR100453289B1 (ko) | 임프란트 표면 처리용 전해질 용액 및 상기 전해질 용액을이용한 임프란트 표면 처리 방법 | |
| EP2446906A1 (en) | Process for producing titanium-based biomedical implant having zinc-containing functional group imparted thereto, and titanium-based biomedical implant | |
| Kokubo et al. | 1.13 Bioactive layer formation on metals and polymers | |
| Ahmed et al. | Surface modifications of endosseous dental implants by incorporation of roughness and hydroxyapatite coatings | |
| von Wilmowsky et al. | Osseointegration of chemically modified titanium surfaces: an in vivo study | |
| JP4625943B2 (ja) | 骨代替材料及びその製造方法 | |
| Hasnat | Development of Bio-environmentally Compatible Implant Materials by the Function of Precursors of Apatite | |
| CZ307776B6 (cs) | Dvoudílný zubní nitrokostní implantát a způsob přípravy | |
| Duplak et al. | Identification of Technological Processes of Surface Treatments for Dental Implants. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20090903 |