RU2115388C1 - Способ изготовления протеза клапана сердца - Google Patents
Способ изготовления протеза клапана сердца Download PDFInfo
- Publication number
- RU2115388C1 RU2115388C1 RU96106401A RU96106401A RU2115388C1 RU 2115388 C1 RU2115388 C1 RU 2115388C1 RU 96106401 A RU96106401 A RU 96106401A RU 96106401 A RU96106401 A RU 96106401A RU 2115388 C1 RU2115388 C1 RU 2115388C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- valve
- coating
- titanium
- parts
- carbon
- Prior art date
Links
Landscapes
- Prostheses (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Способ используется в медицинской промышленности для изготовления протеза клапана сердца. Изготавливают корпус и запирающий элемент заданной конфигурации, полируют его, затем производят ионную очистку деталей клапана от окисной пленки в среде инертного газа, нанесение тромборезистентного углеродного покрытия на разогретые детали и сборку клапана. Ионную очистку деталей клапана производят при температуре (250 ± 20)oC, вакууме Р = (453,2 ± 40,0) • 10-5 Па и поддержании потенциала V = (-40 ± 60) В на деталях клапана относительно титановой мишени - анода электродугового источника плазмы, затем устанавливают ток дуги I = (110 ± 10) А, напряжение питания дуги U = (70 ± 5) В, потенциал на деталях клапана V = (-100 ± 10) В и в этом режиме последовательно наносят адгезионный подслой титана при Р = (466,6 ± 40,0) • 10-4 Па, затем упрочняющий поверхность слой нитрида титана, для формирования которого вводят азот до общего давления Р = (573,2 ± 40,0) • 10-4 Па, и вновь адгезионный подслой титана до толщины промежуточного покрытия (100 - 500) • 10-10 м, после чего наносят углеродное покрытие от импульсного источника углеродной плазмы плотностью (10-9 - 10-11) кг/м3 при скорости конденсации покрытия (2 - 10) • 10-10 м/имп, энергии облучения (23,2 - 96) • 10-19 Дж до общей толщины покрытия не более 2,5 • 10-6 м. Изобретение повышает функциональную долговечность клапана.
Description
Изобретение относится к медицине, а именно к протезам клапанов сердца.
Повышение тромбозащиты и биосовместимости протезов клапанов сердца частично достигается нанесением на их металлические поверхности специальных покрытий. Из всех имеющихся в неживой природе веществ лишь составы на основе углерода или графита удовлетворяют в известной степени требованиям нейтральности и тромборезистентности. Однако их слабые механические свойства, особенно в тонких пленках, ограничивают возможности их использования для клапанов, работающих в жестком динамическом режиме. Снашивание тромборезистентных покрытий и обнажение таким образом арматуры приводит к серьезным тромбоэлитическим осложнениям, сводит на нет эффект имплантации и в конечном счете, сдерживает широкое клиническое использование протезов клапанов сердца.
Известен способ получения тромборезистентного покрытия на искусственных клапанах сердцу [1]. Перед нанесением покрытия детали протеза клапана сердца (далее клапана) подвергают очистке и химической полировке, после чего помещают в кварцевый реактор, который заполняют очищаемым селикагелем гелием. После продувки реактора инертным газом включают нагрев, достигая 860oC, после чего в реактор подают смесь очищенного пропана с гелием в соотношении 1:9, поддерживая постоянным расход газа в течение всего периода пиролиза (15 - 30) мин. В результате пиролиза на металлических поверхностях клапана образуется адгезионный подслой карбида титана, а наружный слой покрытия толщиной (10 - 15)•10-6 м целиком состоит из графита. Затем для повышения тромборезистентности графитовую поверхность обрабатывают активирующим раствором - смесью альбумина с поливиниловым спиртом.
Недостатком известного способа в первую очередь является пористость получаемого слоя и неоднородность его толщины. Для повышения плотности и однородности необходимо существенно увеличить толщину покрытия, а такой слой вследствие недостаточной адгезии с металлической подложкой предрасположен к отслаиванию. Пористость (шероховатость) поверхности играет важную роль в инициировании тромбообразования, что вызывает необходимость обработки клапана активирующим раствором, а впоследствии - введения антикоагулянтов.
Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления протеза клапана сердца по [2] , принятый в качестве прототипа. Согласно способу-прототипу изготавливают детали клапана (корпус и запирающий элемент) заданной конфигурации, рабочие поверхности которых обрабатывают механическим путем до шероховатости 9 или 10-го класса (0,08 - 0,05)•10-6 м, загружают в ванну с фреоном и при помощи ультразвука производят очистку клапана в течение 20 мин при комнатной температуре. После ультразвуковой очистки поверхности клапана подвергают электрополированию, повышая класс шероховатости до 12-го. Затем осуществляют ионную очистку клапана, для чего его помещают в вакуумную камеру, которая заполнена инертным газом (аргоном) с давлением (6,67 - 1,33) Па. Основные параметры очистки: указанное давление, ток дуги (3,8 - 4,0) А, температура подложки (300 - 320)oC, скорость вращения клапана 60 об/мин. После ионной очистки поверхностей клапана наносят углеродное покрытие из массивной мишени спектрально чистого углерода. При этом давление рабочего газа (аргона) доводят до значения (0,133 - 0,107) Па, ток накала термокатода до (110 - 120) А, ток дуги плазмы (4,0 - 4,2) А, потенциал мишени (4,8 - 5,2) кВ, напряженность магнитного поля (0,95 - 1,19)•104 А/м и температура клапана (380 - 420)oC. При этом режиме время нанесения углеродного покрытия толщиной (6 - 8)•10-6 м составляет (40 - 80) мин.
Недостатком способа-прототипа является низкая прочность наносимого слоя, что объясняется невысокой микротвердостью графита. Такое покрытие не может выдержать жестких условий работы клапана, какими характеризуется его функционирование в живом организме.
Задачей изобретения является снижение тромбообразования и повышение функциональной долговечности протеза клапана сердца.
Сущность изобретения заключается в том, что согласно способу изготовления протеза клапана сердца, включающему механическое изготовление корпуса и запирающего элемента заданной конфигурации, полировку, ионную очистку деталей клапана в среде инертного газа, нанесение тромборезистентного углеродного покрытия на разогретые детали и сборку клапана, дополнительно перед углеродным покрытием формируют адгезионно-упрочняющий слой. При этом ионную очистку деталей клапана производят при температуре (250±20)oC, вакууме P = (453,2±40,0)•10-5 Па и поддержании потенциала V = (-400±60) В на деталях клапана относительно титановой мишени - анода электродугового источника плазмы, затем устанавливают ток дуги I=(110± 10) А, напряжение питания дуги U = (70±5) В, потенциал на деталях клапана V = (-100±10) В и в этом режиме последовательно наносят адгезионный подслой титана при P = (466,6±40,0)•10-4 Па, затем упрочняющий поверхность слой нитрида титана, для формирования которого вводят азот до общего давления P = (573,2±40,0)•10-4 Па, и вновь адгезионный подслой титана до толщины промежуточного покрытия (100-500)•10-10 м, после чего наносят углеродное покрытие от импульсного источника углеродной плазмы плотностью (10-9 - 10-11) кг/м3 при скорости конденсации покрытия (2-10)•10-10 м/имп, энергии облучения (23,2-96)•10-19 Дж до общей толщины покрытия не более 2,5•10-6 м.
Функциональная долговечность клапана определяется высокой твердостью и прочностью покрытия, которые обеспечиваются совокупностью признаков предлагаемого способа, а именно:
проведением ионной очистки при глубоком вакууме, что позволяет ликвидировать окисную пленку с поверхности деталей;
нанесением адгезионного подслоя химически чистого титана для атомарного сцепления покрытия с подложкой (деталью клапана);
нанесением упрочняющего слоя нитрида титана, обеспечивающего сглаживание микронеровностей поверхности и, кроме того, обладающего химической инертностью в сочетании с высокой микротвердостью и плотностью;
нанесением адгезионного подслоя титана, обеспечивающего подготовку поверхности к атомарному сцеплению с углеродом с образованием химического соединения - карбида титана при последующем осаждении углеродного покрытия;
формированием углеродного покрытия алмазоподобной структуры, обладающего наибольшей микротвердостью и гемосовместимостью электроизоляционных характеристик, что обеспечивает снижение тромбообразования при имплантации клапана;
выбором соотношения параметров технологических режимов при послойном осаждении покрытия на детали клапана.
проведением ионной очистки при глубоком вакууме, что позволяет ликвидировать окисную пленку с поверхности деталей;
нанесением адгезионного подслоя химически чистого титана для атомарного сцепления покрытия с подложкой (деталью клапана);
нанесением упрочняющего слоя нитрида титана, обеспечивающего сглаживание микронеровностей поверхности и, кроме того, обладающего химической инертностью в сочетании с высокой микротвердостью и плотностью;
нанесением адгезионного подслоя титана, обеспечивающего подготовку поверхности к атомарному сцеплению с углеродом с образованием химического соединения - карбида титана при последующем осаждении углеродного покрытия;
формированием углеродного покрытия алмазоподобной структуры, обладающего наибольшей микротвердостью и гемосовместимостью электроизоляционных характеристик, что обеспечивает снижение тромбообразования при имплантации клапана;
выбором соотношения параметров технологических режимов при послойном осаждении покрытия на детали клапана.
Способ изготовления протеза клапана сердца осуществляют следующим образом.
Из биосовместимого материала, например, титана марки ВТ1-0 механической обработкой изготавливают заготовки корпуса и запирающего элемента клапана заданной конфигурации. Детали полируют механическим способом с применением мягких паст на углеродной основе без алмазных включений до шероховатости поверхности 9 - 10-го класса Rа = (0,08 - 0,05)•10-6 м. Затем детали клапана погружают в ванну с фреоном и при помощи ультразвука очищают в течение 20 мин при комнатной температуре.
Для осуществления следующих операций формирования промежуточного покрытия используют вакуумную камеру, в которую устанавливают детали клапана в приспособлении, обеспечивающем их вращение в двух взаимноперпендикулярных плоскостях. Камеру откачивают турбомолекулярным насосом типа НВТ-3500 до давления P = 133,3•10-5 Па и прогревают детали излучением, исходящим из титановой мишени - анода, нагреваемого дуговым разрядом полого катода, через который в камеру подают инертный газ (аргон) в магнитном поле, создаваемом двумя соленоидами для отклонения плазменного луча (дуги) на 90o в сторону анода. Прогрев производят в режиме: I = 60 А; U = 60 В; P = 453,2•10-5 Па, где I - ток дуги разряда, U - напряжение питания дуги.
После достижения температуры деталей 250oC осуществляют ионную очистку деталей во вращении в течение 30 мин в среде аргона при отрицательном потенциале V = -400 В на деталях относительно анода, а затем нанесение подслоя титана в течение 5 мин в режиме: I = 110 А; U = 70 В; P = 466,5•10-4 Па, V = -100 В.
Затем в камеру в течение 30 мин вводят азот (N2) марки B4до общего давления P = 573,2•10-4 Па, сохраняя отрицательный потенциал на деталях и параметры дуги прежними. Процесс образования на деталях TiNi прекращают путем перекрытия подачи азота. Перед нанесением второго адгезионного подслоя титана при прежних параметрах дуги в течение 5 с снижают потенциал на деталях до V = -300 В, а затем снова устанавливают V = -100 В и в течение 10 мин формируют подслой титана до общей толщины промежуточного покрытия (100 - 500)•10-10 м. Толщина промежуточного покрытия установлена экспериментально, при этом слой менее 100•10-10 м не дает достаточного сглаживания микродефектов поверхности, а слой более 500•10-10 м является порогом дефектообразования углеродного покрытия. После окончания формирования промежуточного покрытия выключают источники питания дуги, снимают отрицательное смещение на деталях, перекрывают подачу аргона, а затем откачивают камеру до вакуума P = 679,8•10-6 Па и выдерживают детали в течение 15 мин.
Операция формирования углеродного алмазоподобного покрытия осуществляется при использовании импульсного электродугового источника углеродной плазмы с расходуемым графитовым катодом и углеродной мишенью при питании дуги от конденсаторной батареи емкостью 200 мкФ напряжением (200-300) В с частотой следования импульсов разряда (1-5) Гц. Конденсация покрытия производится в течение (60-100) мин при вращении деталей со скоростью 60 об/мин, при поддержании вакуума P = 173,3•10-5 Па и температуры деталей клапана не ниже 120oC. При этих параметрах создают плотность плазмы (10-9-10-11) кг/м3, на два порядка превышающую плотность остаточных атмосферных газов с целью обеспечения минимальной загрязненности поверхности этими газами, и обеспечивают скорость конденсации покрытия (2-10)•10-6 м/имп. Полученное углеродное покрытие имеет удельное сопротивление 109 Ом•м, диэлектрическую проницаемость пленки дельта = (8-14) и механическую прочность (7 -8)•10-5 Па. Достигаемая прочность обеспечивается энергией осажденных ионов углерода в несколько десятков электрон-вольт, которая должна превосходить энергию связи атомов в решетке алмаза и оставаться меньше порога дефектообразования. Оптимальная толщина покрытия, включая промежуточный слой, - (2- 2,5)•10-6 м, что подтверждается испытаниями опытной партии клапанов, изготовленных в соответствии с предлагаемым способом. При 4•108 циклов срабатывания клапана, эквивалентных сроку службы 10 лет, износа покрытия не обнаружено.
После нанесения углеродного покрытия осуществляют сборку клапана.
Claims (1)
- Способ изготовления протеза клапана сердца, включающий изготовление корпуса и запирающего элемента заданной конфигурации, полировку, ионную очистку деталей клапана от окисной пленки в среде инертного газа, нанесение тромборезистентного углеродного покрытия на разогретые детали и сборку клапана, отличающийся тем, что ионную очистку деталей клапана производят при (250 ± 20)oC, вакууме (453,2 ± 40,0) • 10-5 Па и поддержании потенциала (-400 ± 60) B на деталях клапана относительно титановой мишени - анода электродугового источника плазмы, затем устанавливают ток дуги (110 ± 10) A, напряжение питания дуги (70 ± 5) B, потенциал на деталях клапана (-100 ± 10) B и в этом режиме последовательно наносят адгезионный подслой титана при (466,6 ± 40,0) • 10-4 Па, затем упрочняющий поверхность слой нитрида титана, для формирования которого вводят азот до общего давления (573,2 ± 40,0) • 10-4 Па, и вновь адгезионный подслой титана до толщины промежуточного покрытия (100 - 500) • 10-10 м, после чего наносят углеродное покрытие от импульсного источника углеродной плазмы плотностью 10-9 - 10-11 кг/м3 при скорости конденсации покрытия (2 - 10) • 10-10 м/имп., энергии облучения (23,2 - 96) • 10-19 Дж до общей толщины покрытия не более 2,5 • 10-6 м.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96106401A RU2115388C1 (ru) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | Способ изготовления протеза клапана сердца |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96106401A RU2115388C1 (ru) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | Способ изготовления протеза клапана сердца |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2115388C1 true RU2115388C1 (ru) | 1998-07-20 |
RU96106401A RU96106401A (ru) | 1998-07-27 |
Family
ID=20178842
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96106401A RU2115388C1 (ru) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | Способ изготовления протеза клапана сердца |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2115388C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007004913A1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-11 | Evgeny Aleksandrovich Levashov | Biologically compatible multicomponent nanostructural coatings for medical applications |
EP2526977A3 (en) * | 2011-02-28 | 2012-12-12 | Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii Im. Prof. Zbigniewa Religi | A peek medical implant and a method of formation of surface layers on medical implants |
RU2784152C1 (ru) * | 2022-08-05 | 2022-11-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Способ получения коррозионно-стойкого биосовместимого покрытия из нитрида титана методом магнетронного напыления на изделии из биоразлагаемого сплава на основе магния |
-
1996
- 1996-04-01 RU RU96106401A patent/RU2115388C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. SU 839524 (Макаров К.А. и др.), 23.06.81, A 61 F 1/22. 2. SU 1155263 (Белов Е.А. и др.), 15.05.85, A 61 F 2/24. 3. RU 2012284 (ЦНИИ "Гранит"), 15.05.94, A 61 F 2/24. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007004913A1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-11 | Evgeny Aleksandrovich Levashov | Biologically compatible multicomponent nanostructural coatings for medical applications |
US8075682B2 (en) | 2005-06-30 | 2011-12-13 | Evgeny Aleksandrovich Levashov | Biocompatible multicomponent nanostructured coatings for medical applications |
EP2526977A3 (en) * | 2011-02-28 | 2012-12-12 | Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii Im. Prof. Zbigniewa Religi | A peek medical implant and a method of formation of surface layers on medical implants |
RU2784152C1 (ru) * | 2022-08-05 | 2022-11-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Способ получения коррозионно-стойкого биосовместимого покрытия из нитрида титана методом магнетронного напыления на изделии из биоразлагаемого сплава на основе магния |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Aronsson et al. | Glow discharge plasma treatment for surface cleaning and modification of metallic biomaterials | |
ES2778835T3 (es) | Tratamiento de componentes metálicos | |
Haidopoulos et al. | Development of an optimized electrochemical process for subsequent coating of 316 stainless steel for stent applications | |
RU2597750C1 (ru) | Способ изготовления внутрикостных стоматологических имплантатов с биоактивным покрытием | |
KR101415176B1 (ko) | 확산 경화 기술의 적용 | |
US20080086195A1 (en) | Polymer-Free Coatings For Medical Devices Formed By Plasma Electrolytic Deposition | |
US20030175444A1 (en) | Method for forming a tioss(2-x) film on a material surface by using plasma immersion ion implantation and the use thereof | |
JP2000064047A (ja) | ダイヤモンド様炭素(dlc)又は他の真空蒸着被膜を基体に被覆する装置及び方法 | |
KR20010012970A (ko) | 진공하에 다이아몬드형 탄소 코팅막의 형성방법 | |
CA2077093A1 (en) | Oxide coating of titanium | |
JPH05269194A (ja) | 高結晶性被膜を有する移植片 | |
KR20110113589A (ko) | 다공성 티타늄 산화막을 이용하여 생체활성 물질의 담지율을 높이는 임플란트 재료의 제조방법 및 이에 의한 임플란트 재료 | |
RU2115388C1 (ru) | Способ изготовления протеза клапана сердца | |
KR20130128733A (ko) | 이온주입 및 박막 증착 장치 및 이를 이용한 이온주입 및 박막 증착 방법 | |
JPH09279331A (ja) | 医療・衛生用具の表面処理方法及び装置 | |
JPH0731627A (ja) | インプラントとその製造方法 | |
KR100324435B1 (ko) | 플라즈마를 이용한 질화알루미늄 형성 방법 및 그 장치 | |
KR101649746B1 (ko) | 인공 관절용 소재의 제조 방법 | |
Dekker et al. | Surface modification of hydrophobic polymers for improvement of endothelial cell—surface interactions | |
CN100502955C (zh) | 可用于医用内植体的碳素生物涂层材料及其制备方法 | |
Banks | Ion beam applications research-A 1981 summary of Lewis Research Center programs | |
KR102356174B1 (ko) | 신체삽입용 의료기기의 코팅막 증착방법 | |
RU2781873C1 (ru) | Способ формирования металлооксидных пористых покрытий на титановых изделиях | |
RU2051646C1 (ru) | Способ изготовления искусственного клапана сердца | |
JP2010004755A (ja) | 内皮細胞増殖性材料 |