PL221053B1 - Sposób modyfikowania warstwy wierzchniej implantów ze stopów tytanu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikowania warstwy wierzchniej implantów ze stopów tytanu mający zastosowanie w biomedycynie, zwłaszcza do wytwarzania tytanowych implantów kostnych.

Znany jest do tego celu z polskiego opisu patentowego nr 200 599 sposób wytwarzania ochronnych kompozytowych warstw powierzchniowych na stopach tytanu na implanty kostne polegający na tym, że na stopie tytanu wytwarza się jarzeniowo dyfuzyjną warstwę azotowaną typu

Tin + Ti₂N + aTi(N) lub węgloazotowaną typu Ti(C,N) + Ti₂N + aTi(N), po czym tak przygotowany detal poddaje się procesowi impulsowego laserowego osadzania powłoki składającej się z mieszaniny fosforanów wapna z dominującym udziałem hydroksyapatytu, a następnie kształtuje się strukturę i skład fazowy powłoki poprzez wygrzewanie w atmosferze powietrza i pary wodnej w temperaturze od 300 do 700°C. Proces wygrzewania wytworzonej warstwy kompozytowej prowadzi się w czasie od 1 do 4 godzin.

Znany jest z polskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku nr 320424 sposób wytwarzania warstwy tlenków, chroniącej przed korozją i ścieraniem, na metalowej powierzchni detalu, w którym to przy zastosowaniu katody, detal umieszcza się jako anodę w elektrolicie i poddaje działaniu ciągłego lub tętniącego prądu stałego, przy czym, przed zanurzeniem detalu w elektrolicie, na detalu umieszcza się, odporną na elektrolit, anodę pomocniczą, która odprowadza prąd anodowania w takich miejscach, w których grubość warstwy anodowanej ma być niewielka lub zerowa.

Znany jest również z chińskiego opisu wynalazku nr CN102409380 sposób wytwarzania cienkich warstw tlenków aluminium w polu magnetycznym o dużym natężeniu. Sposób polega na wstępnym przygotowaniu podłoża próbek i umieszczeniu w zbiorniku reakcyjnym, który następnie umieszczany jest w silnym nadprzewodzącym polu magnetycznym o wartości od 1-10 T. Stop aluminium jest traktowany jako anoda i jest ułożony pionowo lub poziomo w polu magnetycznym. Następnie do podłoża przykładane jest napięcie o wartości od 4-20 V na około 10-60 min, po czym utlenianie jest zakończone. W efekcie powstaje kontrolowana mikrostruktura krystaliczna tlenku aluminium.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu wytwarzania ochronnej warstwy powierzchniowej implantu zabezpieczającej przed zjawiskiem przechodzenia jonów metalu z implantu tytanowego do otaczających go tkanek organicznych, a tym samym zapobieganie pojawianiu się stanów zapalnych prowadzących w rezultacie do odrzucenia implantu.

Istotą sposobu według wynalazku jest to, że implant umieszcza się w szczelnie zamkniętym zbiorniku z cieczą bez dostępu powietrza, a następnie poddaje się działaniu pola magnetycznego o mocy ok. 6 kW i częstotliwości 130 kHz przez okres od 0,5 do 1 godziny, a następnie chłodzi się w temperaturze pokojowej.

Zaletą sposobu jest doprowadzenie ciepła głównie do powierzchni elementu, zmniejszenie wpływu ciepła na rdzeń z zachowaniem wymaganych właściwości wytrzymałościowych oraz poprawa odporności korozyjnej i przyczepności do podłoża.

Dzięki uzyskaniu pod szczelną powłoką tlenkową strefy przejścia z łagodną zmianą stężenia tlenu, ograniczone zostało występowanie naprężeń, które ma wpływ na właściwości użytkowe w zastosowaniach biomedycznych.

P r z y k ł a d I

Proces modyfikowania warstwy wierzchniej implantów ze stopów tytanu do zastosowań biomedycznych prowadzony był w układzie naczyń połączonych, w wyniku czego ciśnienie pary wodnej w czasie procesu było regulowane wysokością słupa wody w układzie zbiornik zasilający - uszczelniona kwarcowa komora robocza. Początkowo implant zanurzany był w wodzie, która w kontakcie z nagrzaną powierzchnią ulegała parowaniu, a powstająca para wodna wypełniała komorę roboczą, a tym samym ustalała ciśnienie robocze. W wyniku czego implant znajdował się w środowisku pary wodnej.

Implant umieszczono w komorze roboczej, wokół której nawinięte było uzwojenie induktora, następnie szczelnie zamknięto komorę z zanurzonym w wodzie implantem i uruchomiono wzbudnik indukcyjny dla uzyskania temperatury 560°C. Pole magnetyczne wytwarzane przez wzbudnik wynosiło 130 kHz i moc 6 kW. W celu uniknięcia bezpośredniego kontaktu nagrzanego implantu z lustrem wody w czasie trwania procesu, umieszczono pod obrabianym elementem próbnik w postaci metalowego wałka. Następnie ustalono ciśnienie robocze i dopływ wody do komory roboczej. Czas trwania procesu ustalono na 30 min. Po procesie element chłodzono w komorze roboczej nad lustrem wody do temperatury pokojowej.

PL 221 053 B1

Uzyskana sposobem według wynalazku zmodyfikowana warstwa wierzchnia implantu charakteryzuje się dobrą przyczepnością do podłoża oraz wysoką biozgodnością i eliminacją zjawiska przechodzenia składników implantu tytanowego do otaczających tkanek kostnych. Grubość warstwy wynosiła 1 μm.

P r z y k ł a d II

Sposób modyfikowania warstwy wierzchniej implantów ze stopów tytanu wykonano w urządzeniu o układzie zbiornik zasilający - uszczelniona komora robocza. Implant zanurzono w szczelnie zamkniętej komorze wypełnionej wodą bez dostępu tlenu, po czym uruchomiono wzbudnik indukcyjny dla uzyskania temperatury 560°C. Pole magnetyczne wytwarzane przez wzbudnik wynosiło 130 kHz i moc 6 kW. Następnie ustalono ciśnienie robocze i zmniejszono dopływ wody do komory roboczej. Czas trwania procesu wynosił 1h. Po procesie element chłodzono w komorze roboczej nad lustrem wody bez dostępu powietrza do temperatury pokojowej.

Wytworzona w wyniku procesu powłoka tlenkowa zapewnia zwiększenie osseintegracji tkanek z powierzchnią implantu. Grubość warstwy wynosiła 2 μm.

P r z y k ł a d III

Sposób modyfikowania warstwy wierzchniej implantów ze stopów tytanu wykonano w urządzeniu o układzie zbiornik zasilający - uszczelniona komora robocza. Implant umieszczono w komorze roboczej, zanurzono w szczelnie zamkniętej komorze wypełnionej wodą bez dostępu tlenu, następnie uruchomiono wzbudnik indukcyjny dla uzyskania temperatury 560°C. Pole magnetyczne wytwarzane przez wzbudnik wynosiło 130 kHz i moc 6 kW. W celu uniknięcia bezpośredniego kontaktu nagrzanego elementu z lustrem wody w czasie trwania procesu, umieszczono pod obrabianym elementem próbnik do nagrzewania z tytanu. Następnie ustalono ciśnienie robocze i dopływ wody do komory roboczej. Czas trwania procesu ustalono na 1h. Po procesie element chłodzono w komorze roboczej nad lustrem wody do temperatury pokojowej.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób modyfikowania warstwy wierzchniej implantów ze stopów tytanu polegający na wygrzewaniu implantu w środowisku zawierającym parę wodną, znamienny tym, że implant umieszcza się w szczelnie zamkniętym zbiorniku z cieczą bez dostępu powietrza, a następnie poddaje się działaniu pola magnetycznego o natężeniu mocy 6 kW i częstotliwości 130 kHz przez okres od 0,5 do 1 godziny, a następnie chłodzi się w temperaturze pokojowej.