RU2109495C1 - Искусственный клапан сердца и способ его изготовления - Google Patents

Искусственный клапан сердца и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
RU2109495C1
RU2109495C1 RU96114601A RU96114601A RU2109495C1 RU 2109495 C1 RU2109495 C1 RU 2109495C1 RU 96114601 A RU96114601 A RU 96114601A RU 96114601 A RU96114601 A RU 96114601A RU 2109495 C1 RU2109495 C1 RU 2109495C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon
titanium
implantation
ions
ion
Prior art date
Application number
RU96114601A
Other languages
English (en)
Other versions
RU96114601A (ru
Inventor
Наум Абрамович Иофис
Регина Аркадьевна Кеворкова
Александр Васильевич Самков
Александр Иванович Симаков
Владимир Павлович Харитонов
Александр Александрович Чиненов
Original Assignee
Наум Абрамович Иофис
Регина Аркадьевна Кеворкова
Александр Васильевич Самков
Александр Иванович Симаков
Владимир Павлович Харитонов
Александр Александрович Чиненов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Наум Абрамович Иофис, Регина Аркадьевна Кеворкова, Александр Васильевич Самков, Александр Иванович Симаков, Владимир Павлович Харитонов, Александр Александрович Чиненов filed Critical Наум Абрамович Иофис
Priority to RU96114601A priority Critical patent/RU2109495C1/ru
Publication of RU96114601A publication Critical patent/RU96114601A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2109495C1 publication Critical patent/RU2109495C1/ru

Links

Landscapes

  • Prostheses (AREA)

Abstract

Использование: в медицине, конкретнее в искусственных клапанах сердца и способах его изготовления. Сущность изобретения: искусственный клапан сердца содержит кольцеобразный корпус, манжету и запирающий элемент. Корпус выполнен из титана и состоит из двух частей: титана и поверхности из углеродсодержащего титана. Последняя изолирует проходящую через клапан кровь от отрицательного физиологического воздействия металла. Углеродсодержащая поверхность корпуса создана ионной имплантацией углерода в титан. Способ изготовления клапана осуществляется путем ионной имплантации углерода в следующих условиях: доза имплантации ионов углерода не менее 5 • 1017 ион/см2, давление в зоне расположения имплантируемых корпусов не более 8 • 10-3 Па, температурный диапазон для корпусов при имплантации 250 - 450oС. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к медицине, более точно к протезам органов человека, в частности к искусственным клапанам сердца. Предлагается новая конструкция искусственного клапана сердца и способ изготовления предложенного клапана. Оба предложения охвачены единым изобретательским замыслом и направлены на достижение единой цели.
Известен способ изготовления протезов органов человека на основе титана, согласно которому на поверхность титановой заготовки наносят биологически совместимое (биосовместимое) покрытие из углерода путем нагрева заготовки в смеси углеродсодержащего и инертного газов. При контакте поверхности нагретой заготовки с углеродсодержащим газом последний подвергается пиролизу - разлагается с выделением чистого углерода (пироуглерода), который осаждается тонким слоем на указанной поверхности. Термообработку ведут при температуре 760 - 920oC в течение 5 - 30 мин. Этот способ описан в авт. св. СССР N 755888, C 23 C 9/00. Одновременно в описании к указанному авт. св. по существу раскрыта и конструкция искусственного клапана сердца, изготовленного по описанному способу. Эта конструкция характеризуется наличием на поверхности титанового корпуса (основы протеза) тонкопленочного покрытия из углерода. Последнее имеет своей целью повышение износостойкости биосовместимого покрытия, оно образуется в результате применения способа по указанному авт. св..
Однако это изобретение не нашло практического применения в связи с тем, что покрытие не обладает требуемой степенью гладкости (шероховатости). Поверхность корпуса испещрена каналами разной глубины и неопределенной геометрии, что исключает применение искусственного клапана сердца по назначению. Такой дефект неизбежно приведет к интенсивному тромбообразованию в организме человека. Кроме того, отдельные острова покрытия, свободные от дефектов, не обладают гладкостью - матовые, что дополнительно составит причину тромбообразования. Не исключено также, что пленочный характер покрытия может привести в процессе многолетней нагрузки переменными колебаниями к отделению части покрытия с летальными последствиями.
Близко по сути изобретение, защищенное патентом России N 2012284, кл. A 61 F 2/24, 1994.
Известны также искусственные клапаны сердца, корпуса которых выполнены целиком из углерода (например, "Мединж" г.Пенза, Россия).
Однако эти клапаны обладают существенным недостатком - уменьшением проходного сечения клапана на значительную величину. Из-за малой прочности углерода по сравнению со сверхпрочным титаном оболочка корпуса утолщается. Помимо утолщения углерода изготовители клапана вынуждены дополнительно укреплять корпус металлическим кольцом, одеваемым на корпус снаружи. Снижение площади проходного сечения достигает 1/3 полезной площади, следовательно, КПД системы соответственно снижается.
Сущность изобретения заключается в том, что верхний слой (поверхность) корпуса клапана содержит атомы чистого углерода, образованные ионами углерода, имплантированными в корпус клапана из внешнего источника.
На чертеже показана в общем виде конструкция корпуса клапана независимо от конкретных форм, где 1 - корпус; 2 - выноска; 3 - первая зона имплантации; 4 - вторая зона имплантации, характеризующаяся максимальной концентрацией углерода; 5 - третья зона имплантации, характеризующаяся концентрацией, плавно убывающей вглубь субстрата корпуса; 6 - тело корпуса.
Наиболее насыщенной содержанием углерода зоной является зона 4. Изменяя условия имплантации, зоны можно перемещать по глубине проникновения их в тело корпуса, сгущать и разрежать.
Техническим результатом является создание в составе корпуса клапана (основной и самой крупной детали искусственного клапана сердца) биосовместимой, гладкой поверхности, неотделимой от него и составляющей с ним единое целое. Указанная поверхность изолирует протекающую через клапан кровь от металлической (в данном случае - титановой) поверхности корпуса, оказывающей отрицательное физиологическое воздействие на нее.
Одновременно повышается долговечность и КПД системы за счет снижения трения между подвижными элементами клапана - корпусом и запирающим элементом.
Поставленная цель достигается использованием метода ионной имплантации ионов углерода в титановый корпус искусственного клапана сердца. Ионная имплантация - это технологический процесс, позволяющий создавать в поверхностных областях обрабатываемых материалов слои с требуемыми свойствами, за счет контролирования энергии и дозы облучения.
Заряженная частица, двигаясь в среде, испытывает многократное упругое рассеяние на ядрах атомов и многократно взаимодействует с атомными электронами, теряя свою энергию. Совокупность этих двух видов столкновений формирует энергетический и угловой спектр частиц. В результате многократного рассеяния частицы, двигаясь в слое вещества одной и той же толщины, проходят разный путь, поэтому даже без учета флюктуаций энергии частицы на одной и той же глубине будут иметь различную энергию. Это приводит к определенному дополнительному разбросу по глубине проникновения в вещество.
Глубина проникновения иона в вещество характеризуется пробегом. Профили распределения концентрации внедренных ионов определяются характером распределения средних нормальных пробегов по глубине облученного слоя.
Взаимодействие иона с атомами мишени носит случайный характер. Моноэнергетический пучок ионов после прохождения некоторого слоя вещества приобретает дисперсию по энергиям. В результате часть ионов проходит половину своего пути без заметных потерь энергии и проникает на значительную глубину.
Пучок ионов, попадая в вещества, в которых атомы распределены нерегулярно, испытывает случайные столкновения с атомами, и распределение пробегов описывается законом распределения случайной величины.
Имплантация ионами углерода титановых корпусов клапанов сердца с присущей им геометрической формой является примером такого внедрения.
В этом случае, профиль распределения внедренных ионов описывается кривой Гаусса
Figure 00000002

где N - суммарное количество внедренных ионов;
Rp - средний нормальный пробег иона в мишени;
ΔRp - среднеквадратичное отклонение среднего нормального пробега иона.
Максимум концентрации примеси в отличие от случая введения ее методом диффузии залегает не на поверхности, а на глубине x = Rp:
Cmax= 0,4N/ΔRp (2)
Кроме того, на распределение концентрации внедренных ионов оказывают влияние и другие механизмы взаимодействия.
В рассматриваемом технологическом процессе ионной имплантации за счет торможения ионов в обрабатываемых изделиях происходит их разогрев, который поддерживается до окончания имплантации, тем самым обеспечивая процесс термодиффузии внедряемых ионов вглубь материала корпусов клапанов сердца. Энергия ионов углерода, а также влияние температурного эффекта определяют глубину максимальной концентрации примеси.
Одним из примеров применения рассматриваемого способа является технологический режим ионно-лучевой обработки корпусов, при котором имплантация проводится в групповом режиме (например, на вращающейся многопозиционной карусели) или индивидуальном. Имплантация ионов углерода проводится в условиях высокого вакуума 5•10-4 - 2•10-4 Па в зоне расположения имплантируемых корпусов. С целью сохранения чистоты процесса работать при давлениях выше 8-10-3 Па не рекомендуется. Определено минимальное пороговое значение дозы имплантации ионов углерода 5•1017 ион/см2, ниже которого применение описываемого способа не эффективно. С учетом сохранения физико-механических свойств корпусов и эффективного диффузионного проникновения в них имплантируемых ионов, оптимальным температурным диапазоном для корпусов при имплантации является 250 - 450oC.
Достоинством использования такого технологического процесса, как ионная имплантация, является относительно низкая энергия внедряемых ионов и температура обрабатываемых изделий. Как результат этого - отсутствие испарения, распыления и разложения поверхностного слоя, что, в свою очередь, обеспечивает неизменность геометрических характеристик обрабатываемых корпусов, а также улучшает показатели сопротивления усталостному разрушению. Одновременно с этим решается проблема создания условий максимальной совместимости искусственного клапана сердца с тканью сердца и плазмой человека вследствие образования поверхностного слоя в корпусе с большой концентрацией углерода.
Особенно важно, что имплантация ионов углерода в корпус клапана существенно улучшает качество поверхности корпуса, за счет известного эффекта ионной полировки, что усиливает тромборезистентность клапана, сохраняя при этом полностью начальную геометрию корпуса.
На чертеже показан характер расположения зон внедрения ионов углерода. Здесь же виден непленочный характер поверхности, т.е. неотделяемый.
Таким образом, отличиями и преимуществами предлагаемого искусственного клапана сердца и способа его изготовления, являются:
1. Применение известного способа ионной имплантации материалов, например, в электронике (для модификации физико-химических свойств приборов), в неизвестной области, а именно в медицине, конкретно в искусственных клапанах сердца.
2. Впервые в мировой медицинской практике предлагается ионная имплантация углерода в титан.
3. Ионная имплантация углерода в титан позволила создать поверхностный слой углерода в титане, составляющий с ним одно не- раздельное и неотделимое целое, т.е. общую конструкцию.
4. Бомбардировка ионами углерода титановой поверхности дополнительно повысила гладкость поверхности корпуса. Новое здесь - ионная полировка углеродом.
5. Предложенная конструкция искусственного клапана сердца и способ изготовления клапана привели к повышению тромборезистентности клапана за счет биосовместимости углерода с кровью, повышению КПД системы, увеличению долговечности клапана за счет уменьшения потерь на трение между кинематически связанными элементами, обе поверхности которых углеродсодержащие.

Claims (2)

1. Искусственный клапан сердца, содержащий титановый корпус с углеродсодержащим поверхностным слоем, закрепленную на нем манжету и запирающий элемент, отличающийся тем, что углеродсодержащий поверхностный слой корпуса выполнен методом ионной имплантации с образованием неразрывной связи с материалом корпуса и представляющий одну общую конструкцию с размытой по глубине тела корпуса границей углерода и титана.
2. Способ изготовления искусственного клапана сердца путем закрепления запирающего элемента в проходном сечении корпуса с возможностью перекрытия и создания углеродсодержащего поверхностного слоя корпуса, выполненного из титана, отличающийся тем, что поверхностный слой выполнен методом ионной имплантации с переменной плотностью распределения ионов углерода по глубине с одновременной ионной полировкой поверхности проходного сечения корпуса, а имплантацию ионов углерода проводят при условиях: доза имплантации ионов углерода не менее 5 • 1017 ион/см2, давление в зоне расположения имплантируемых корпусов не более 8 • 10-3 Па, температурный диапозон для корпусов при имплантации 250 - 450oС.
RU96114601A 1996-07-19 1996-07-19 Искусственный клапан сердца и способ его изготовления RU2109495C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96114601A RU2109495C1 (ru) 1996-07-19 1996-07-19 Искусственный клапан сердца и способ его изготовления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96114601A RU2109495C1 (ru) 1996-07-19 1996-07-19 Искусственный клапан сердца и способ его изготовления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96114601A RU96114601A (ru) 1997-11-27
RU2109495C1 true RU2109495C1 (ru) 1998-04-27

Family

ID=20183507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96114601A RU2109495C1 (ru) 1996-07-19 1996-07-19 Искусственный клапан сердца и способ его изготовления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2109495C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7955613B2 (en) 2003-10-02 2011-06-07 Tikomed Ab Bioartificial implant and its use and method of reducing the risk for formation of connective tissue after implantation
RU2514765C1 (ru) * 2013-02-12 2014-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Способ изготовления каркасов искусственных клапанов сердца из технически чистого титана
RU2672477C1 (ru) * 2017-10-02 2018-11-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (СамГМУ) Способ изготовления персонифицированного искусственного клапана сердца

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7955613B2 (en) 2003-10-02 2011-06-07 Tikomed Ab Bioartificial implant and its use and method of reducing the risk for formation of connective tissue after implantation
RU2514765C1 (ru) * 2013-02-12 2014-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Способ изготовления каркасов искусственных клапанов сердца из технически чистого титана
RU2672477C1 (ru) * 2017-10-02 2018-11-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (СамГМУ) Способ изготовления персонифицированного искусственного клапана сердца

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7704546B2 (en) Ceramic in replacement components
US9764061B2 (en) Method of providing a zirconium surface and resulting product
JP2578419B2 (ja) セラミックス処理された金属移植片
US6585772B2 (en) Method of surface oxidizing zirconium and zirconium alloys and resulting product
US7582117B2 (en) Method of surface oxidizing zirconium and zirconium alloys and resulting product
US5603338A (en) Implant surface preparation utilizing acid treatment
Streicher et al. New surface modification for Ti-6Al-7Nb alloy: oxygen diffusion hardening (0DH)
AU2016269495B2 (en) Surface alloyed medical implant
JP5172703B2 (ja) 拡散硬化技術の応用
US20050161120A1 (en) Orthopedic and dental endosseous implants and their preparation method
AU2002330894A1 (en) Method of surface oxidizing zirconium and zirconium alloys and resulting product
US20050171615A1 (en) Metallic bone implant having improved implantability and method of making the same
RU2109495C1 (ru) Искусственный клапан сердца и способ его изготовления
Baumann et al. Thin hydroxyapatite surface layers on titanium produced by ion implantation
CN100404724C (zh) 人体植入金属材料表面离子注入处理方法
EP1710325A1 (en) Method of producing endosseous implants or medical prostheses by means of ionic implantation, and endosseous implant or medical prosthesis thus produced
EA022113B1 (ru) Защитные покрытия для медицинских имплантатов
US7261914B2 (en) Method and apparatus for forming a nitride layer on a biomedical device
RU213428U1 (ru) Полиэтиленовый вкладыш ортопедического имплантата
RU2115388C1 (ru) Способ изготовления протеза клапана сердца
CA2192335A1 (en) Method of improving mechanical heart valve prostheses and other medical inserts, and products manufactured in accordance with the method
KR20180013055A (ko) 친수성 표면을 갖는 peek 구조체 및 상기 peek 구조체 표면처리방법

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050720