RU2435613C2 - Новая поверхность металлических имплантатов на основе титана, предназначенных для введения в костную ткань - Google Patents
Новая поверхность металлических имплантатов на основе титана, предназначенных для введения в костную ткань Download PDFInfo
- Publication number
- RU2435613C2 RU2435613C2 RU2009149207/15A RU2009149207A RU2435613C2 RU 2435613 C2 RU2435613 C2 RU 2435613C2 RU 2009149207/15 A RU2009149207/15 A RU 2009149207/15A RU 2009149207 A RU2009149207 A RU 2009149207A RU 2435613 C2 RU2435613 C2 RU 2435613C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- implant
- titanium
- stage
- particles
- acid
- Prior art date
Links
- 239000007943 implant Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 59
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 56
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 title claims abstract description 29
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 28
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 37
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 27
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 claims description 21
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical class F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 17
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 15
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 7
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 7
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 12
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 238000010883 osseointegration Methods 0.000 description 11
- 230000036755 cellular response Effects 0.000 description 9
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000004053 dental implant Substances 0.000 description 8
- 238000000724 energy-dispersive X-ray spectrum Methods 0.000 description 8
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 8
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 8
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 6
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 6
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 6
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 5
- 102000002260 Alkaline Phosphatase Human genes 0.000 description 4
- 108020004774 Alkaline Phosphatase Proteins 0.000 description 4
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 4
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 4
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 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 4
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 210000002805 bone matrix Anatomy 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 3
- 244000309715 mini pig Species 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 238000004439 roughness measurement Methods 0.000 description 3
- 238000005211 surface analysis Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000283973 Oryctolagus cuniculus Species 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003833 cell viability Effects 0.000 description 2
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 2
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 2
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 235000011167 hydrochloric acid Nutrition 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 210000001847 jaw Anatomy 0.000 description 2
- 210000002050 maxilla Anatomy 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 230000003239 periodontal effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 238000004846 x-ray emission Methods 0.000 description 2
- NTMYVTSWQJFCPA-UHFFFAOYSA-N (2-tert-butylpyrimidin-5-yl)oxy-ethoxy-propan-2-yloxy-sulfanylidene-$l^{5}-phosphane;[cyano-(4-fluoro-3-phenoxyphenyl)methyl] 3-(2,2-dichloroethenyl)-2,2-dimethylcyclopropane-1-carboxylate Chemical compound CCOP(=S)(OC(C)C)OC1=CN=C(C(C)(C)C)N=C1.CC1(C)C(C=C(Cl)Cl)C1C(=O)OC(C#N)C1=CC=C(F)C(OC=2C=CC=CC=2)=C1 NTMYVTSWQJFCPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000002354 Edentulous Jaw Diseases 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 102000010834 Extracellular Matrix Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010037362 Extracellular Matrix Proteins Proteins 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical class O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282887 Suidae Species 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000756 V alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000441 X-ray spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012984 antibiotic solution Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000012925 biological evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 230000002308 calcification Effects 0.000 description 1
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 1
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000024245 cell differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000011748 cell maturation Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 210000002744 extracellular matrix Anatomy 0.000 description 1
- 239000012894 fetal calf serum Substances 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052816 inorganic phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 1
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000001243 protein synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004441 surface measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 1
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
- A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
- A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
- A61C8/0012—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the material or composition, e.g. ceramics, surface layer, metal alloy
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/04—Metals or alloys
- A61L27/06—Titanium or titanium alloys
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/28—Materials for coating prostheses
- A61L27/30—Inorganic materials
- A61L27/306—Other specific inorganic materials not covered by A61L27/303 - A61L27/32
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
- A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Prostheses (AREA)
- Dental Preparations (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Dental Prosthetics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицине. Описана поверхность металлического имплантата на основе титана, предназначенного для введения в костную ткань, которая содержит по существу чистый оксид титана и имеет толщину 8-50 нм. Описан также способ получения этой поверхности. Эта поверхность обладает хорошей микрометрической шероховатостью и составом, который практически не содержит примесей, и толщиной, которая приблизительно втрое больше толщины традиционных поверхностей. Такие характеристики обеспечивают поверхности очень хорошие остеоинтеграционные свойства. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области металлических имплантатов, предназначенных для введения в костную ткань. Более конкретно изобретение относится к металлической поверхности имплантата, которая обладает хорошей шероховатостью и имеет оптимизированные химический состав и толщину, результатом чего является улучшенный клеточный ответ и, следовательно, улучшенная связь имплантата с костью. Изобретение относится также к способу получения такой поверхности, а также к металлическому имплантату, который ее имеет.
Предшествующий уровень техники
Как хорошо известно из уровня техники, некоторые металлы или металлические сплавы, такие как титан, цирконий, гафний, тантал, ниобий или их сплавы, используют для образования относительно прочных связей с костной тканью. В частности, металлические имплантаты из титана и его сплавов, начиная приблизительно с 1950 года, известны благодаря их способности хорошо связываться с костной тканью. Такого рода связь Брайнмарк назвал остеоинтеграцией (Branemark et al., "Osseointegrated implants in the treatment of the edentulous jaw. Experience from a 10-year period (Остеоинтегрированные имплантаты при лечении лишенной зубов челюсти. 10-летний опыт)", Scand. J. Plast. Reconstr. Surg., II, suppl 16 (1977)).
Хотя связывание между этим металлом и костной тканью является относительно сильным, желательно эту связь усилить. В настоящее время разработано много способов обработки таких металлических имплантатов с целью получения на них подходящей поверхности для улучшения их остеоинтеграпии. Термин «поверхность» предполагает поверхностный слой зоны имплантата, наиболее близкой к его внешнему окружению, состоящий в основном из оксида соответствующего металла, физические свойства которого резко отличаются от материала основной массы, из которой выполнен имплантат.
Некоторые из упомянутых способов относятся к изменению морфологии названного поверхностного слоя, усиливающей его шероховатость с целью увеличения площади контакта и, следовательно, связывания между имплантатом и костной тканью, в результате чего усиливаются механическая ретенция и прочность, т.е. улучшается остеоинтеграция имплантата.
Причина того, что названные действия, направленные на увеличение шероховатости поверхности, является предметом исследований, проводимых в последние несколько лет (Buser et al., "Influence of surface characteristics on bone integration of titanium implants. A histomorphometric study in miniature pigs (Влияние поверхностных характеристик на интеграцию титановых имплантатов в кости. Гистоморфометрическое исследование на миниатюрных свиньях", J Biom Mater Res, (1991), 25: 889-902; Wennerberg et al., "Torque and histomorphometric evaluation of c.p. titanium screws blasted with 25- and 75-um-sized particles of Al2O3" (0ценка бокового сдвига и гистоморфометрическая оценка титановых винтов, подвергшихся разрушению частицами Al2O3 с размером 25 и 75 um), J Biom Mater Res, (1996); 30: 251-260; Buser et al., "Removal torque value of titanium implants in the maxilla of miniature pigs" (Значение перемещающего момента титановых имплантатов в верхней челюсти миниатюрных свиней), J Oral Maxillofac Implants (1998) 13: 611-619; и Lazzara et al., "Bone response to dual acid-etched and machined titanium implant surfaces" (Костный ответ на поверхности титановых имплантатов, подвергнутых травлению кислотой и механической обработке), Bone Engineering, cap.34 (2000) J.E.Davies eds.), которые показывают, что остеоинтеграция имплантата в течение короткого и среднего периода времени улучшается благодаря микрометрической шероховатости имплантата.
Наряду с этим другие исследования (Buser et al. 1991, supra; Cochran et al., "Attachment and growth of periodontal cells on smooth and rough titanium" (Прикрепление и рост периодонтальных клеток на гладком и шероховатом титане), Int. J Oral Maxillofac Implants (1994) 9: 289-297; Martin et al., "Effect of titanium surface roughness on proliferation, differentiation, and protein synthesis of human osteoblast-like cells (MG63)" (Влияние шероховатости поверхности титана на пролиферацию, дифференциацию и синтез белков у клеток типа остеобластов человека (MG63)), J Biom Mat Res (1995) 29: 389-401; Lazzara et al. 2000, supra; and Orsini et al., "Surface analysis of machined vs sandblasted and acid-etched titanium implants (Сравнительный анализ поверхности титановых имплантатов, подвергнутых механической обработке или пескоструйной обработке и протравленных кислотой титановых имплантатов", J. Oral Maxillofac Implants (2000) 15: 779-784) показали, что существование на имплантате поверхностного слоя с микрометрической шероховатостью улучшает экспрессию клеток остеобластов, что приводит к улучшенной клеточной дифференциации и повышенной экспрессии остеобластов. Следствием этого эффекта является улучшенная остеоинтеграция и усиленное образование кости.
Кроме того, еще несколько базирующихся на исследованиях производителей, таких как Nobel Biocare, предусмотрели такие способы обработки, которые увеличивают толщину и кристалличность титаноксидного слоя, поскольку из некоторых исследований, как можно предположить, следует вывод о взаимозависимости между степенью кристалличности и улучшенной остеоинтеграции имплантата (Sul et al., "Oxidized implants and their influence on the bone response" (Окисленные имплантаты и их влияние на реакцию костной ткани), J Mater Sci: Mater in Medicine (2002); 12: 1025-1031).
Применяемые в существующем уровне техники способы увеличения шероховатости поверхности имплантата очень разнообразны. Из них можно выделить нанесение на поверхность покрытия, пескоструйную обработку поверхности и химическое воздействие на поверхность.
Обычные способы нанесения покрытия на поверхность металлического имплантата состоят в нанесении какого-либо металлического покрытия, как правило, титанового, или керамического слоя, как правило, из гидроксиапатита, с помощью известных средств, таких как распыление или напыление плазмы (Palka, V. et al., "The effect of biological environment on the surface of titanium and plasma-sprayed layer of hydroxyapatite" (Влияние биологического окружения на поверхность титана и полученного плазменным напылением слоя гидроксиапатита. Journal of Materials Science: Materials in Medicine (1998) 9, 369-373).
В случае пескоструйной обработки поверхности используют частицы разных материалов и разных размеров, которые надувают на поверхность имплантата таким образом, чтобы изменить его морфологию. Обычно для этого используют частицы корунда (оксида алюминия) (Buser et al. 1991, как выше; Wennerberg et al. 1996, как выше), или частицы оксида титана (Gotfredsen, К. et al., "Anchorage of TiO2-blasted, HA-coated, and machined implants: an experimental study with rabbits" (Фиксация подвергнутых обработке струей TiO2 и механической обработке имплантатов: экспериментальное исследование на кроликах), J Biomed Mater Res (1995) 29, 1223-1231).
С другой стороны, химическое воздействие на поверхность осуществляют с помощью различных минеральных кислот, таких как фтористоводородная кислота, хлористоводородная кислота, серная кислота и т.д. Так, например, в серии патентов США, принадлежащих Implant Innovations Inc. (US 5603338, US 5876453, US 5863201 и US 6652765), описана двухстадийная кислотная обработка, в результате которой получают пригодную для коммерции поверхность Osseotite®. На первой стадии используют водную фтористоводородную кислоту для удаления с металлической поверхности образованного естественным путем оксидного слоя. На второй стадии используют смесь хлористоводородной и серной кислот для получения микрометрической шероховатой поверхности. В европейской патентной заявке ЕР 1477141, также принадлежащей Implant Innovations Inc., описан вариант указанного способа, в котором для обработки поверхностей имплантатов на основе титана и сплавов Ti6Al4V на второй стадии используют смесь фтористоводородной и хлористоводородной кислот.
Было также описано сочетанное применение обоих способов, т.е. пескоструйной обработки поверхности имплантата с последующим химическим воздействием. Так, Бузером (Buser et al. 1991, Buser at al. 1998, как выше) наряду с прочими способами описана пескоструйная обработка оксидом алюминия со средним размером частиц с последующим травлением смесью фтористоводородной и азотной кислот, а также пескоструйная обработка грубым оксидом алюминия с последующим травлением смесью хлористоводородной и серной кислот. Подобным же образом Кочраном (Cochran et al. 1994, как выше) для обработки титановой поверхности использована пескоструйная обработка с последующей химической обработкой хлористоводородной и серной кислотами. Подобным же образом Choi Seok et al. (KR 2003007840) описали пескоструйную обработку частицами фосфата кальция с последующей обработкой смесью хлористоводородной и серной кислот. Аналогичным образом в документе WO 2004/008983 (Astra Tech) описан способ обработки поверхностей имплантата, сочетающий пескоструйную обработку тонкими и грубыми частицами оксида титана с последующей обработкой фтористоводородной кислотой. Наконец, у Franchi(Franchi et al., (2004) "Early detachment of titanium particles from various different surfaces of endosseous dental implants" (Преждевременное отделение титановых частиц от ряда различных поверхностей внутрикостных зубных имплантатов), Biomaterials 25, 2239-2246) и у Guizzardi (Guizzardi et al., (2004) "Different titanium surface treatment influences human mandibular osteoblast response" (Различная обработка титановой поверхности влияет на реакцию челюстных остеобластов человека), J Periodontol 75, 273-282) описана пескоструйная обработка тонкими и грубыми частицами оксида циркония с последующей обработкой неспецифической кислотой.
Что касается термообработки, Browne (Browne et al. (1996), "Characterization of titanium alloy implant surfaces with improved dissolution resistance" (Охарактеризовывание поверхностей имплантатов из титановых сплавов с повышенной стойкостью к растворению). Journal of Materials Science: Materials in Medicine 7, 323-329) и Lee (Lee et al. (1998), "Surface characteristics of Ti6Al4V alloy: effect of materials, passivation and autoclaving" (Поверхностные характеристики сплава Ti6Al4V: влияние материалов, пассивирования и автоклавирования), Journal of Materials Science: Materials in Medicine 9, 439-448) описывают обработку предварительно не обработанного титанового сплава горячим воздухом при 400°С в течение 45 мин с целью получения повышенной стойкости к растворению и увеличенной толщины оксидного слоя, хотя достигнутая толщина составила только 4 нм.
Таким образом, с помощью указанных способов получают поверхности с микрометрической шероховатостью, но с очень сильно уменьшенной толщиной поверхностного оксида титана, что влечет за собой недостаток, состоящий в отсутствии очень стабильного слоя оксида титана и в отсутствии уменьшения выхода ионов металлов во внешнюю среду.
Существующий уровень техники продолжает по указанной выше причине нуждаться в альтернативных способах обработки поверхностного слоя металлических имплантатов, которые бы обеспечивали микрометрическую поверхностную шероховатость при улучшенных химическом составе и толщине с целью оптимизации остеоинтеграции имплантатов.
Для авторов настоящего изобретения оказалось неожиданным обнаружить, что вдувание частиц оксида циркония под давлением на внешнюю область имплантатов вместе с подобранной комбинацией кислот для последующей кислотной обработки и подходящей финальной термообработки позволяет получать поверхности с микрометрической шероховатостью, химический состав которых практически не содержит примесей, и толщиной, которая приблизительно втрое больше толщины традиционных поверхностей. Эта поверхность обладает также высокой пористостью и морфологией, которая подобна морфологии трабекулярной или губчатой кости, характеристики, которые очень ценны для оптимизации остеоинтеграции и процессов фиксации в кости.
Использование смеси серной и фтористоводородной кислот, так же как и комбинация указанных трех обработок ранее описаны не были. Не был также описан выбор подходящей термообработки поверхностей, которые были подвергнуты пескоструйной обработке и затем обработаны кислотами.
Способ настоящего изобретения, который соединяет в себе указанные технические характеристики, позволяет, таким образом, получать поверхности металлических имплантатов на основе титана с очень хорошими остеоинтеграционными свойствами и клеточным ответом. Кроме того, весьма значительное увеличение толщины поверхностного слоя оксида титана дает большую выгоду в том, что касается уменьшения выделения ионов металлов, почти стехиометрического состава оксида титана и повышенной смачиваемости им поверхности.
Сущность изобретения
Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в создании поверхности металлического имплантата на основе титана, предназначенного для введения в костную ткань, которая (поверхность) содержит по существу чистый оксид титана и имеет толщину 8-50 нм.
Другой целью изобретения является создание металлического имплантата на основе титана, предназначенного для введения в костную ткань, который обладает названной выше поверхностью.
Еще одной целью изобретения является предложение способа для получения такой поверхности.
Описание фигур
Фиг.1 - микрофотография (150х) поверхности изобретения.
Фиг.2а - шероховатость в трех измерениях поверхности согласно изобретению, полученная с помощью конфокальной микроскопии.
Фиг.2b - реконструкция плоской зоны у конца имплантата и измерение соответствующей шероховатости.
Фиг.3 - энергорассеивающий рентгеновский спектр (ЭРС) поверхности изобретения.
Фиг.4 - жизнеспособность клеток через 12, 24 и 72 часа как индикатор цитотоксичности поверхности изобретения (03/136/15) в сравнении с другими традиционными поверхностями.
Фиг.5 - активность щелочной фосфатазы на 6-й день культивирования как индикатор продукции костной матрицы остеобластами, посеянными на поверхности изобретения (03/136/15) в сравнении с другими традиционными поверхностями.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение предлагает поверхность металлического имплантата на основе титана, предназначенного для введения в костную ткань, которая (поверхность) содержит главным по существу чистый оксид титана и имеет толщину 8-50 нм и далее будет называться «поверхностью изобретения».
Как указывалось выше, поверхность имплантата на основе титана является поверхностным слоем или его наиболее внешней зоной, образованной главным образом оксидом титана.
В одном из конкретных вариантов осуществления поверхность изобретения имеет толщину 10-30 нм. В одном из предпочтительных вариантов осуществления поверхность изобретения имеет толщину 15 нм.
Такая толщина, которая почти втрое больше толщины традиционных поверхностей, означает улучшенную остеоинтеграцию имплантата, а также, как об этом уже говорилось выше, значительное снижение примесей.
Таким образом, в контексте изобретения выражение «по существу чистый оксид титана» подразумевает тот факт, что состав оксида титана на поверхности изобретения является почти стехиометрическим - приблизительно 98 вес. % (процентное содержание измеряли с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС) после 1 мин напыления или бомбардировки ускоренными ионами с целью устранения загрязнений, присутствующих на внешней области полученной поверхности, что свойственно данному методу анализа, и получения ее реального состава).
Кроме того, поверхность изобретения обладает хорошей микрометрической шероховатостью и, следовательно, очень хорошими остеоинтеграционными свойствами и способностью к клеточному ответу. Действительно, морфология обработанной поверхности подобна трабекулярной кости и оптимальна для начала восстановления кости. При этом характеристики пористости и шероховатости поверхности обеспечивают возможность равномерного распределения остаточных напряжений, адгезии и фиксации первоначальных белков, а также адгезии, пролиферации и клеточного созревания и стабильности внеклеточной матрицы.
В другом аспекте изобретения предложен, соответственным образом, металлический имплантат на основе титана, который обладает описанной выше поверхностью изобретения, с целью введения его в костную ткань.
В одном из конкретных вариантов осуществления этот металлический имплантат является имплантатом из титана или сплава титана. Титаном может быть, например, технически чистый титан. В то же самое время титановым сплавом может быть и любой сплав титана, такой как сплав титана, алюминия и ванадия Ti6Al4V.
Металлический имплантат на основе титана является подходящим для введения в костную ткань, вследствие чего он может быть зубным, ортопедическим и т.д. имплантатом в зависимости от костной ткани, для введения в которую он предназначен.
Так, в одном из конкретных вариантов осуществления этот металлический имплантат является зубным имплантатом.
В другом аспекте изобретения предложен способ для получения поверхности предназначенной для введения в костную ткань металлического имплантата на основе титана, далее называемый «способом изобретения», который включает в себя следующие стадии:
(a) вдувание частиц оксида циркония под давлением на внешнюю область имплантата;
(b) химическая обработка подвергнутого пескоструйной обработке внешней области имплантата с помощью кислотной композиции, содержащей серную и фтористоводородную кислоты; и
(c) термообработка подвергнутого пескоструйной обработке и химически обработанной внешней области имплантата путем нагрева в течение 15-120 мин при температуре 200-450°С.
В еще одном конкретном варианте осуществления этого способа вдувание частиц оксида циркония на внешнюю область имплантата на стадии (а) осуществляют под давлением 2-10 атм. В одном из предпочтительных вариантов осуществления вдувание частиц оксида циркония осуществляют при давлении 6 атм.
В еще одном конкретном варианте осуществления способа изобретения используемые на стадии (а) частицы оксида циркония имеют размер 25-500 µм. В одном из предпочтительных вариантов осуществления частицы оксида циркония имеют размер 125 µм.
После пескоструйной обработки частицами оксида циркония проблем биосовместимости не существует, если в конце процесса останутся какие-либо остатки этих частиц, так как этот материал обладает очень высокой биосовместимостью. При этом частицы материала и их размер являются относительно круглыми, что в сочетании с рабочим давлением пескоструйной обработки приводит к образованию вогнутой точки удара, идеальной для хорошего клеточного ответа.
Для проведения пескоструйной обработки или приведения к однородности напряжений механической обработки с помощью частиц оксида циркония может быть использована любая аппаратура типа модели пескоструйной аппаратуры Basic Quattro фирмы Renfert. Эту аппаратуру подсоединяют к контуру со сжатым воздухом, который вдувает загружаемые в машину бусинки оксида циркония. После пескоструйной обработки поверхность очищают каким-либо подходящим способом, например, с применением сжатого воздуха с последующей очисткой с помощью ультразвуковой обработки.
В одном из конкретных вариантов осуществления способа изобретения используемая на стадии (b) кислотная композиция содержит 15-50 об.% серной кислоты и 0,01-1 об.% фтористоводородной кислоты. В одном из предпочтительных вариантов осуществления кислотная композиция содержит 28,8 об.% серной кислоты и 0,024 об.% фтористоводородной кислоты.
Такое особое сочетание кислот создает особую шероховатость и морфологию, которые в сочетании с химическим составом поверхности, получаемой почти без примесей, обеспечивает оптимальный клеточный ответ.
В еще одном из конкретных вариантов осуществления способа изобретения химическая обработка на стадии (b) проводится при температуре 50-110°С в течение 4-60 мин. В одном из предпочтительных вариантов осуществления эту химическую обработку проводят при температуре 75°С в течение 12 мин.
С целью защиты от кислых паров стандартную лабораторную аппаратуру для обработки с химическим воздействием помещают внутрь вытяжного шкафа (например, воздушного вытяжного шкафа Cruma, модели 9001-GH). После химической обработки имплантат извлекают из кислотной ванны, промывают для удаления оставшейся кислоты, после чего очищают и сушат. Для сушки может быть использовано какое-либо традиционное сушильное устройство типа сушильного шкафа фирмы Renfert.
В еще одном конкретном варианте способа изобретения стадию (с) термообработки проводят в течение 60 мин при температуре 285°С.
Эта термообработка при указанной температуре и в течение обусловленного времени приводит к реструктуризации поверхностного слоя оксида титана с повышением кристалличности и уменьшением примесей, следствием чего является улучшение клеточного ответа. Кроме того, такая термообработка увеличивает толщину поверхностного слоя оксида титана. В обычных условиях контактирующий с атмосферой титан окисляется и образует слой оксида титана толщиной примерно 5 нм. Оксидный слой защищает оставшийся титан от окисления. По этой причине было бы полезно иметь более толстый слой оксида титана, но не столь толстый, чтобы хрупкость слоя приводила к образованию микрочастиц в результате трения имплантата о кость при введении. В этом отношении приемлемы получаемые в способе изобретения пределы толщины от 8 до 50 нм.
Так, чтобы получить желаемую толщину, термообработку следует проводить при температуре, достаточно высокой, чтобы ускорить диффузию атмосферного кислорода в материал, но не столь высокой, которая бы приводила к окислению титана, что будет видно по изменению цвета. Для обеспечения этого рабочую температуру выбирают в пределах от 200 до 450°С.
Наконец, вторым параметром, который нуждается в регулировании, является время обработки. Малое время не обеспечивает эффективную диффузию кислорода. Слишком же долгое время приводит к чрезмерному увеличению толщины слоя и делает его неработоспособным. Разумный интервал между двумя этими пределами составляет примерно от 15 мин до 24 час в зависимости от температуры обработки. Таким образом, выбираемое рабочее время варьирует от 15 до 120 мин.
Термообработку проводят, используя для этого традиционные методы, например, используя низкотемпературную печь
В другом аспекте изобретения изготовляют поверхность, которая может быть получена с помощью описанного выше способа изобретения. Эта поверхность содержит по существу чистый оксид титана и имеет толщину, как указано выше, от 8 до 50 нм. В одном из конкретных вариантов осуществления эта поверхность имеет толщину 10-30 нм. В одном из предпочтительных вариантов осуществления эта поверхность имеет толщину 15 нм.
В еще одном аспекте изобретения этим металлическим имплантатом является имплантат из титана или сплава титана. В еще одном конкретном аспекте изобретения этим металлическим имплантатом является зубной имплантат.
Приведенные ниже примеры иллюстрируют изобретение и не должны рассматриваться как ограничение его объема.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Пример 1. Получение титанового зубного имплантата с поверхностью согласно изобретению
Конически-цилиндрический внутрикостный имплантат Defcon TSA из технически чистого титана подвергают пескоструйной обработке частицами циркония размером 125 µм под давлением 6 атм, устанавливая выходное отверстие перпендикулярно обрабатываемой поверхности на расстоянии от 2 до 3 см. После обработки поверхность очищают воздухом под давлением и затем погружают на 10 мин в чистую воду, подвергаемую действию ультразвука. Затем поверхность сушат сжатым воздухом.
Готовят водный раствор следующего состава: 28,8 об.% серной кислоты и 0,024 об.% фтористоводородной кислоты. Помещают стакан с реагентами в горячую ванну, температура которой установлена на 75+/-2°С. По достижении реагентом желаемой температуры подвергнутый пескоструйной обработке имплантат подвергают химической обработке, погружая его на 12 мин (+/-15 сек) в реагент. В конце обработки имплантат извлекают из кислотной ванны и промывают с помощью встряхивания в течение 15 сек в двух последовательных ваннах с чистой водой. После этого имплантат погружают на 10 мин в чистую воду, подвергаемую действию ультразвука, и затем сушат в сушильном шкафу.
Наконец, обработанный имплантат подвергают финальной термообработке в течение 60 мин при температуре 285°С в низкотемпературной печи Memmert, модели UM-100.
Пример 2. Охарактеризовывание полученной в примере 1 поверхности
Морфология
Полученная в примере 1 морфология была изучена с помощью микрофотографий поверхности и измерения шероховатости с помощью конфокальной микроскопии.
Микрофотографии поверхности
Микрофотографии поверхности были получены с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM 840 с использованием сканирующего луча мощностью 15 кВт.
На фиг.1 показана микрофотография (150х) этой поверхности, на которой видно, что поверхность обладает очень характерной поверхностной шероховатостью с индексом шероховатости Ra (средняя шероховатость) примерно 1 µм, отличающейся скругленной морфологией с резкими наружными краями и наличием глубокой пористости, которая распределена равномерно благодаря действию на поверхность кислоты.
Такой уровень шероховатости удовлетворяет требования, указанные в разных научных статьях (Buser et al. 1991, Cochran et al. 1994, Martin et al. 1995, Wennerberg et al. 1996, Wennerberg et al. 1997, Buser et al. 1998, Lazzara et al. 2000, Orsini et al. 2000, как выше) в отношении необходимости того, чтобы поверхность имплантата обладала шероховатостью, которая бы обеспечивала хорошую фиксацию клеток.
Измерение шероховатости с помощью конфокальной микроскопии
Трехмерное измерение шероховатости проведено с помощью конфокального микроскопа, соединенного с компьютерной программой PLµ, разработанной в отделе оптики Каталонского политехнического университета (Escuela Técnica Universitaria de Terrassa). Измерения проводились в соответствии с нормой DIN 4768 с использованием Гауссовского отсекающего фильтра (800 µм).
На фиг.2а показана шероховатость в трех измерениях поверхности, полученной указанным способом. На фиг.2b показаны также реконструкция плоской зоны у конца имплантата и измерение соответствующей шероховатости согласно профилю поперечного сечения поверхности.
Полученные значения шероховатости дали средние значения Ra (средняя шероховатость), равные 1,0 µм при межпиковом расстоянии Sm, равном 12 µм. Эти значения близки к значениям, приведенным как желательные в цитируемой в предыдущем разделе библиографии.
Химический состав поверхности
Анализ химического состава поверхности проводили двумя различными методами: с помощью энергорассеивающей рентгеновской спектроскопии (ЭРС) и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС).
Анализ с применением энергорассеивающей рентгеновской спектроскопии (ЭРС)
Этот метод позволяет определять количественный состав поверхности на глубину приблизительно 1 µм с высоким пространственным разрешением. ЭРС позволяет детектировать присутствие атомов с атомным весом от бора до урана и количественно оценивать их присутствие на исследуемой поверхности.
Исследования с помощью ЭРС были выполнены научно-технической службой в Барселонском университете. Был использованы Leica Electroscan 360 SEM и ЭРС-аппаратура Link-Inca, способная детектировать атомы с атомным весом, равным или большим атомного веса бора. На фиг.3 показан полученный энергорассеивающий рентгеновский спектр (ЭРС).
Проведенный с помощью ЭРС анализ показал присутствие на поверхности обработанного образца титана только титана и кислорода с небольшими следами циркония. Присутствие циркония обусловлено предварительным приведением к однородности напряжений механической обработки, которое может оставить приставшие к поверхности несколько частиц оксида циркония. Различные анализы показали, что такого рода поведение наблюдается по всей поверхности обработанного имплантата.
Анализ с применением рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС)
РФС-анализы проводили на установке электронной спектроскопии для химического анализа (ESCA) и с помощью просвечивающего электронного микроскопа научно-технической службы в Барселонском университете. Результаты представлены в таблице 1 вместе со сравнительными данными РФС-анализа, приведенными в библиографии для различных зубных имплантатов (Wieland et al., "Measurement and evaluation of the chemical composition and topography of titanium implant surfaces" (Измерение и оценка химического состава и топографии поверхностей титановых имплантатов), Bone Engineering, ch.14 (2000); J.E.Davies eds; Massaro et al., "Comparative investigation of the surface properties of commercial titanium dental implants. Part I: chemical composition" (Сравнительное исследование поверхностных свойств продажных титановых зубных имплантатов. Часть 1: химический состав), J Mat Sci: Mat in Medicine (2002) 13: 536-548).
Таблица 1 | ||||||||
Результаты анализа поверхности образцов с помощью РФС в сравнении с результатами анализа поверхности других продажных имплантатов | ||||||||
С(%) | О (%) | Si (%) | N (%) | Ti (%) | Na (%) | Cl (%) | TiO2 слой (им) | |
Поверхность1 | 27.7 | 51.2 | - | 0.6 | 19.8 | - | - | 15 |
"Напыление" мин2 | 1.8 | 59.8 | - | - | 36.4 | - | - | 15 |
Механически обработанный Brånemark3 | 29.8 | 51.9 | - | - | 12.8 | 5.0 | 0.5 | 5.7 |
ITI SLA4 | 34.9 | 51.4 | следы | 1.3 | 14.5 | - | - | 5.7 |
3i Osseotite5 | 53.7 | 36.2 | 3,3 | 5.4 | 6.8 | следы | следы | Нет данных |
1 - Поверхность изобретения, проанализированная без «напыления» (включает детектирование загрязнений, присутствующих у большей части внешних зон полученной поверхности, что свойственно этому методу анализа). | ||||||||
2 - Поверхность изобретения через 1 мин «напыления». | ||||||||
3 - Механически обработанный Brånemark - не обработан, только механическая операция (Nobel Biocare). | ||||||||
4 - ITI SLA: пескоструйная обработка + кислотная обработка (Straumann). | ||||||||
5 - 3i Osseotite: кислотная обработка (Biomet 3i). |
Сравнение результатов показывает, что химический состав поверхности изобретения сопоставим с составами других имеющихся на рынке имплантатов при даже меньшем загрязнении углеродом и кремнием (Wennerberg et al. 1996, как выше; Wieland et al. 2000, как выше; and Sittig et al., "Surface characterization of implant materials c.p.Ti, Ti6Al7Nb and Ti6Al4V with different pretreatments" (Охарактеризовывание поверхности материала имплантатов технически чистых Ti, Ti6Al7Nb и Ti6Al4V, предварительно подвергнутых разным обработкам), J Mater Sci: Mater in Medicine (1999), 10: 35-46).
Присутствие на поверхности некоторых элементов, таких как азот, обусловлено операцией термообработки. Другие загрязнители, свойственные другим операциям, такие как кремний и натрий, не детектировались. Содержание остатка до 100% обусловлено детектированным аргоном (не указан), который является остатком операции измерения РФС.
Пример 3. Клеточный ответ поверхности образца титана, полученного способом, аналогичным описанному в примере 1
Исследование проводила исследовательская группа 063-13 (Отдел фармакологии Факультета медицины и одонтологии. Университет Santiago de Compostela, Испания) по биологической оценке образцов титана (диски из технически чистого титана диаметром 5 мм), обработанных способом, аналогичным описанному в примере 1.
На рабочие образцы высевают остеобласты человека (8×103 клеток/диск на три диска) в модифицированной культуральной среде Dulbecco с 10%-ной фетальной сывороткой теленка и 1%-ным раствором антибиотика. Измеряют для поверхности изобретения (код 03/136/15) (клеточную биоактивность (индикатор цитотоксичности поверхности) и продукцию щелочной фосфатазы (индикатор продукции костной матрицы остеобластами) в сравнении с тем, что имеет место в случае необработанной поверхности того же титана, подвергнутого механической обработке (код 03/137/07), еще одной необработанной поверхности того же титана, подвергнутой пескоструйной обработке (полировка бумагой с 5-мкм частицами карбида кремния) (код 03/136/18) и необработанной поверхности, подвергнутой пескоструйной обработке плюс кислотная обработка, аналогичной поверхности ITI SLA (код 03/136/09).
На фиг.4 показаны результаты измерения в названных образцах жизнеспособности клеток через 12, 24 и 72 часа. На фиг.5 показаны результаты измерений активности щелочной фосфатазы на 6-й день культивирования образцов.
Активность щелочной фосфатазы в течение длительного времени ассоциируют с биологической кальцификацией. Так, улучшенная экспрессия этого фермента является, по-видимому, необходимой перед началом минерализации костной матрицы, обеспечивая локальное обогащение неорганическим фосфатом для нуклеации и пролиферации кристаллов гидроксиапатита - главного компонента костной ткани.
Как следует из фиг.4 и 5, полученные результаты показывают улучшенный клеточный ответ для поверхности изобретения (код 03/136/15) по сравнению с контрольными поверхностями после механической обработки (код 03/136/07) и пескоструйной обработки (код 03/136/18). Результаты по клеточному ответу поверхности изобретения аналогичны результатам с контрольными поверхностями, подвергнутыми пескоструйной инфракрасной обработке (код 03/136/09).
Claims (10)
1. Способ получения поверхности металлического имплантата на основе титана, предназначенного для введения в костную ткань, где поверхность содержит, по существу, чистый оксид титана и имеет толщину 8-50 нм, включающий стадии:
(a) вдувание частиц оксида циркония под давлением на внешнюю зону имплантата;
(b) химическая обработка подвергнутого пескоструйной обработке внешней области имплантата с помощью кислотной композиции, содержащей серную и фтористоводородную кислоты; и
(c) термообработка подвергнутого пескоструйной обработке и химически обработанной внешней области имплантата путем нагрева в течение 15-120 мин при температуре 200-450°С.
(a) вдувание частиц оксида циркония под давлением на внешнюю зону имплантата;
(b) химическая обработка подвергнутого пескоструйной обработке внешней области имплантата с помощью кислотной композиции, содержащей серную и фтористоводородную кислоты; и
(c) термообработка подвергнутого пескоструйной обработке и химически обработанной внешней области имплантата путем нагрева в течение 15-120 мин при температуре 200-450°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вдувание частиц оксида циркония на поверхность на стадии (а) осуществляют под давлением 2-10 атм.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что вдувание частиц оксида циркония на поверхность на стадии (а) осуществляют под давлением 6 атм.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используемые на стадии (а) частицы оксида циркония имеют размер 25-500 µм.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что используемые на стадии (а) частицы оксида циркония имеют размер 125 µм.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используемая на стадии (b) кислотная композиция содержит 15-50 об.% серной кислоты и 0,01-1 об.% фтористоводородной кислоты.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что используемая на стадии (b) кислотная композиция содержит 28,8 об.% серной кислоты и 0,024 об.% фтористоводородной кислоты.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что химическая обработка на стадии (b) проводится при температуре 50-110°С в течение 4-60 мин.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что химическая обработка на стадии (b) проводится при температуре 75°С в течение 12 мин.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку на стадии (с) проводят в течение 60 мин при температуре 285°С.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ESP200701518 | 2007-06-01 | ||
ES200701518A ES2310129B1 (es) | 2007-06-01 | 2007-06-01 | Nueva superficie de implantes metalicos a base de titanio destinados a ser insertado en tejido oseo. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009149207A RU2009149207A (ru) | 2011-07-20 |
RU2435613C2 true RU2435613C2 (ru) | 2011-12-10 |
Family
ID=40074594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009149207/15A RU2435613C2 (ru) | 2007-06-01 | 2007-06-07 | Новая поверхность металлических имплантатов на основе титана, предназначенных для введения в костную ткань |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20110218645A1 (ru) |
EP (1) | EP2168527A4 (ru) |
JP (1) | JP2010528694A (ru) |
CN (1) | CN101720209A (ru) |
AR (1) | AR068791A1 (ru) |
BR (1) | BRPI0721673A2 (ru) |
CA (1) | CA2689319A1 (ru) |
CL (1) | CL2008001607A1 (ru) |
ES (1) | ES2310129B1 (ru) |
MX (1) | MX2009012942A (ru) |
PE (1) | PE20090760A1 (ru) |
RU (1) | RU2435613C2 (ru) |
WO (1) | WO2008145768A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2792909C1 (ru) * | 2022-10-28 | 2023-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Способ нанесения биоинертных покрытий на основе титана, ниобия, циркония и азота на титановые имплантаты |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2315194B1 (es) | 2007-09-10 | 2010-02-26 | Francisco J. GARCIA SABAN | Procedimiento para obtener una nueva superficie de un implante metalico a base de titanio destinado a ser insertado en tejido oseo. |
US8313531B2 (en) | 2010-03-08 | 2012-11-20 | Hip Innovation Technology Llc | Interlocking reverse hip prosthesis and method |
RU2469744C1 (ru) * | 2011-06-30 | 2012-12-20 | Фикрет Мавлудинович Абдуллаев | Способ создания наноструктурной биоинертной пористой поверхности на титановых имплантатах |
US10687956B2 (en) | 2014-06-17 | 2020-06-23 | Titan Spine, Inc. | Corpectomy implants with roughened bioactive lateral surfaces |
TWI726940B (zh) | 2015-11-20 | 2021-05-11 | 美商泰坦脊柱股份有限公司 | 積層製造整形外科植入物之方法 |
EP3377255A1 (en) | 2015-11-20 | 2018-09-26 | Titan Spine, Inc. | Processes for additively manufacturing orthopedic implants |
EP3493768A1 (en) | 2016-08-03 | 2019-06-12 | Titan Spine, Inc. | Implant surfaces that enhance osteoinduction |
CN106498397B (zh) * | 2016-11-16 | 2019-04-09 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种基于盐蚀的在钛基种植体表面原位构建多级纳米拓扑结构的方法 |
US20230366118A1 (en) * | 2020-09-25 | 2023-11-16 | Beijing Huayu Chuangxin Technologies Co., Ltd. | Method for Manufacturing Colored Product and Mobile Phone shell |
KR102567524B1 (ko) | 2021-07-14 | 2023-08-16 | 주식회사 유니덴탈 | 임플란트의 잔류 산 제거 방법 |
CN113633438A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-11-12 | 宁波慈北医疗器械有限公司 | 一种表面改性人工颅骨修复体的制作方法 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4818559A (en) * | 1985-08-08 | 1989-04-04 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method for producing endosseous implants |
US5307594A (en) * | 1992-12-14 | 1994-05-03 | Zimmer, Inc. | Method for forming textured surfaces on an orthopaedic implant |
US5863201A (en) | 1994-11-30 | 1999-01-26 | Implant Innovations, Inc. | Infection-blocking dental implant |
US6652765B1 (en) * | 1994-11-30 | 2003-11-25 | Implant Innovations, Inc. | Implant surface preparation |
DE69536061D1 (de) | 1994-11-30 | 2010-05-12 | Biomet 3I Llc | Vorbereitung einer Implantatoberfläche |
SE513481C2 (sv) * | 1997-05-16 | 2000-09-18 | Nobel Biocare Ab | Implantatelement utfört av titan med en titanoxidyta modifierad med eloxidering |
JP2004514652A (ja) | 2000-06-02 | 2004-05-20 | スミスクライン・ビーチャム・コーポレイション | Il−18およびil−18組み合わせを用いるウイルス疾患の治療法 |
SE523288C2 (sv) | 2002-07-19 | 2004-04-06 | Astra Tech Ab | Ett implantat och ett förfarande för behandling av en implantatyta |
US8251700B2 (en) | 2003-05-16 | 2012-08-28 | Biomet 3I, Llc | Surface treatment process for implants made of titanium alloy |
ATE404228T1 (de) * | 2003-10-27 | 2008-08-15 | Straumann Holding Ag | Implantat mit einer keramischen beschichtung |
ATE369812T1 (de) * | 2004-12-23 | 2007-09-15 | Plus Orthopedics Ag | Verfahren zum oberfläche-fertigbearbeiten von knochenimplantaten |
-
2007
- 2007-06-01 ES ES200701518A patent/ES2310129B1/es not_active Expired - Fee Related
- 2007-06-07 JP JP2010509850A patent/JP2010528694A/ja active Pending
- 2007-06-07 EP EP07788583A patent/EP2168527A4/en not_active Withdrawn
- 2007-06-07 WO PCT/ES2007/000335 patent/WO2008145768A1/es active Application Filing
- 2007-06-07 US US12/602,495 patent/US20110218645A1/en not_active Abandoned
- 2007-06-07 MX MX2009012942A patent/MX2009012942A/es active IP Right Grant
- 2007-06-07 CA CA002689319A patent/CA2689319A1/en not_active Abandoned
- 2007-06-07 CN CN200780053197A patent/CN101720209A/zh active Pending
- 2007-06-07 BR BRPI0721673-4A2A patent/BRPI0721673A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2007-06-07 RU RU2009149207/15A patent/RU2435613C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-05-30 PE PE2008000922A patent/PE20090760A1/es not_active Application Discontinuation
- 2008-05-30 AR ARP080102276A patent/AR068791A1/es not_active Application Discontinuation
- 2008-06-02 CL CL200801607A patent/CL2008001607A1/es unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2792909C1 (ru) * | 2022-10-28 | 2023-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Способ нанесения биоинертных покрытий на основе титана, ниобия, циркония и азота на титановые имплантаты |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20110218645A1 (en) | 2011-09-08 |
AR068791A1 (es) | 2009-12-09 |
MX2009012942A (es) | 2010-02-24 |
ES2310129B1 (es) | 2009-10-02 |
BRPI0721673A2 (pt) | 2014-03-04 |
CA2689319A1 (en) | 2008-12-04 |
CN101720209A (zh) | 2010-06-02 |
EP2168527A1 (en) | 2010-03-31 |
CL2008001607A1 (es) | 2008-07-25 |
PE20090760A1 (es) | 2009-07-02 |
ES2310129A1 (es) | 2008-12-16 |
RU2009149207A (ru) | 2011-07-20 |
JP2010528694A (ja) | 2010-08-26 |
EP2168527A4 (en) | 2012-05-16 |
WO2008145768A1 (es) | 2008-12-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2435613C2 (ru) | Новая поверхность металлических имплантатов на основе титана, предназначенных для введения в костную ткань | |
US9057124B2 (en) | Method for obtaining a surface of titanium-based metal implant to be inserted into bone tissue | |
Revathi et al. | Degradation mechanisms and future challenges of titanium and its alloys for dental implant applications in oral environment | |
Lamolle et al. | The effect of hydrofluoric acid treatment of titanium surface on nanostructural and chemical changes and the growth of MC3T3-E1 cells | |
Jemat et al. | Surface modifications and their effects on titanium dental implants | |
EP2537485B1 (en) | Nanosurface | |
Iwaya et al. | Surface properties and biocompatibility of acid-etched titanium | |
Suh et al. | Effects of a novel calcium titanate coating on the osseointegration of blasted endosseous implants in rabbit tibiae | |
Chrcanovic et al. | Study of the influence of acid etching treatments on the superficial characteristics of Ti | |
US20100179665A1 (en) | Implant, in particular dental implant | |
Pattanaik et al. | Biocompatible implant surface treatments | |
Fouziya et al. | Surface modifications of titanium implants–The new, the old, and the never heard of options | |
KR101972122B1 (ko) | 표면 형태학적 특성 및 골 유착성이 개선된 치과용 임플란트의 제조방법 | |
Kang et al. | Comparison of removal torques between laser-treated and SLA-treated implant surfaces in rabbit tibiae | |
Richard | Innovative surface treatments of titanium alloys for biomedical applications | |
JP6095653B2 (ja) | セラミック材料から作られる本体 | |
Melilli et al. | SURFACE TREATMENTS FOR TITANIUM IMPLANTS. | |
Yurddaskal et al. | The Effects of Acid Concentration, Etching Temperature and Time on The Surface Morphologies of Ti6Al4V | |
KUEAKULKANGWANPHOL et al. | Effects of different pre-sintered zirconia sandblasting conditions on surface roughness and wettability of zirconia dental implant | |
Duplak et al. | Identification of Technological Processes of Surface Treatments for Dental Implants. | |
Chauhan et al. | Critical Role of Etching Parameters in the Evolution of Nano Micro SLA Surface on the Ti6Al4V Alloy Dental Implants. Materials 2021, 14, 6344 | |
Lim et al. | Histological response of anodized titanium implant | |
Chadda et al. | Implant and 3’S (Surface Topography, Surface Treatment, Sterilization) | |
Kaushik et al. | MICRO GEOMETRICAL CONSIDERATIONS IN DENTAL IMPLANTS. | |
Chhaya et al. | Dental implant biomaterials |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130608 |