RU2444376C1 - Способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов - Google Patents

Способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов Download PDF

Info

Publication number
RU2444376C1
RU2444376C1 RU2010150086/15A RU2010150086A RU2444376C1 RU 2444376 C1 RU2444376 C1 RU 2444376C1 RU 2010150086/15 A RU2010150086/15 A RU 2010150086/15A RU 2010150086 A RU2010150086 A RU 2010150086A RU 2444376 C1 RU2444376 C1 RU 2444376C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
calcium phosphate
microstructured
concentration
temperature
Prior art date
Application number
RU2010150086/15A
Other languages
English (en)
Inventor
Татьяна Семеновна Петровская (RU)
Татьяна Семеновна Петровская
Владимир Павлович Шахов (RU)
Владимир Павлович Шахов
Владимир Иванович Верещагин (RU)
Владимир Иванович Верещагин
Виктор Павлович Игнатов (RU)
Виктор Павлович Игнатов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2010150086/15A priority Critical patent/RU2444376C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2444376C1 publication Critical patent/RU2444376C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

Изобретение относится к медицине. Описан способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов, включающий анодирование титана и его сплавов, а процесс ведут в растворе фосфорной кислоты концентрацией 5-25% и серной кислоты концентрацией 5-10%, дополнительно содержащем порошок CaO до пересыщенного состояния и 5-10% суспензии гидроксилапатита дисперсностью менее 70 мкм в этом пересыщенном растворе, при постоянном или импульсном токе напряжением 80-250 вольт в условиях искрового разряда с частотой следования импульсов 0,3-15,0 Гц в течение 10-40 мин, при постоянном перемешивании и температуре 20-35°С и дополнительно помещают в специальную среду, обладающую остеогенной и противомикробной активностью, на 30-60 минут при температуре 20-37°С. Покрытия применяют для усиления фиксации вводимых имплантатов, когда обычными способами не удается добиться их стабильного взаимодействия с костной тканью и при наличии инфекционного процесса. 1 табл., 3 ил., 2 пр.

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способу нанесения нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного биоактивного покрытия на титан и его сплавы, и может быть использовано в медицинском материаловедении, нанотехнологии, травматологии, ортопедии и стоматологии.
Известен способ анодирования металлов импульсным током в условиях искрового разряда, при котором оксидное покрытие на титане и его сплавах содержит оксиды титана, кальция, фосфора. Полученное покрытие с преобладающим содержанием оксида титана, солей титанатов кальция и фосфора обладает высокими биосовместимыми свойствами с умеренно выраженной способностью к остеокондукции и остеоиндукции, что снижает их «биологическую» фиксацию с костной тканью. Они не обладают противомикробной и антибактериальной активностью, что снижает их эффективность при лечении инфицированных травм и заболеваний (БИ №23, 20.08.2000, RU 2154463; Патент РФ №2221904 20.01.2004, Способ нанесения покрытия на имплантат из титана и его сплавов, Игнатов В.П., Верещагин В.И., Шахов В.П., Мишунина Н.В., Петровская Т.С.).
Задачей изобретения является оптимизации способа нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на титановые имплантаты, обладающего повышенными остеокондуктивными, остеоиндуктивными свойствами и противомикробной активностью.
Поставленная задача достигается тем, что анодирование титана и его сплавов импульсным током в условиях искрового разряда или постоянного тока ведут в растворе фосфорной кислоты концентрацией 5-25% и серной кислоты концентрацией 5-10%, дополнительно содержащем порошок CaO до пересыщенного состояния и 5-10% суспензии гидроксилапатита, дисперсностью менее 70 мкм, в этом пересыщенном растворе.
Отличие заявляемого способа заключается в том, что процесс ведут в растворе фосфорной кислоты концентрацией 5-25% и серной кислоты концентрацией 5-10%, пересыщенном СаО растворе, и 5-10% суспензии гидроксилапатита дисперсностью менее 70 мкм в этом пересыщенном растворе. Затем поверхность имплантата перед введением в организм в течение 30-60 минут при температуре 20-37°С обрабатывают специальной средой, обладающей остеогенной и противомикробной активностью.
Впервые создан способ нанесения биоактивного покрытия на титан и его сплавы, позволяющий получить новый, неизвестный ранее положительный результат, заключающийся в получении биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия, обладающего противомикробным действием.
Сущность способа заключается в следующем. Берут раствор фосфорной кислоты концентрацией 5-25% и серной кислоты концентрацией 5-10%, дополнительно добавляют порошок СаО до пересыщенного состояния и к этому пересыщенному раствору добавляют 5-10% порошка гидроксилапатита с дисперсностью менее 70 мкм для создания суспензии. Готовый к покрытию имплантат помещают в раствор. Через раствор пропускают постоянный или импульсный ток напряжением 80-250 вольт с частотой следования импульсов 0,3-15,0 Гц в течение 10-40 мин. Процесс ведут при постоянном перемешивании и температуре 20-35°С. При этом получают толщину покрытия 3-30 мкм. После стерилизации имплантата при температуре 180°-200°С в течение 30-60 минут его помещают в специальную среду, обладающую остеогенной и противомикробной активностью, на 30-60 минут при температуре 20-37°С. Для лучшего понимания сущности изобретения предлагаем конкретные примеры.
Пример 1
Имплантаты были выполнены из титана марки ВТ-1-0 или его сплава ВТ 6, имели диаметр 12 мм и толщину 1,1-1,2 мм. К 5%-ному раствору фосфорной кислоты и 5-10% серной кислоты добавляют порошок СаО до пересыщенного состояния. Затем добавляют 10% порошка гидроксилапатита с дисперсностью менее 70 мкм для получения суспензии. Готовый к покрытию имплантат помещают в приготовленный раствор. Через раствор пропускают постоянный ток напряжением 80 вольт, в условиях искрового разряда с частотой следования импульсов 15,0 Гц в течение 10 мин. Процесс ведут при постоянном перемешивании и температуре 20°С в течение 60 мин. Имплантат обрабатывают при температуре 150°С в течение 30 минут и помещают на 30 минут при 37°С в среду с антимикробными добавками и остеогенными факторами. Полученная толщина покрытия составляет 15 мкм с развитой нано- и микроструктурой поверхности [Фиг.1. Поверхности нано- и микротекстурированного кальцийфосфатного покрытия на титане марки ВТ 1-0 (заявляемое изобретение). Видны многочисленные микро- и нанопоры. Сканирующая электронная микроскопия, Ув.6752х].
Пример 2.
Имплантаты были выполнены из титана марки ВТ-1-0 или его сплава ВТ 6, имели диаметр 12 мм и толщину 1,1-1,2 мм. К 25%-ному раствору фосфорной кислоты и 10% серной кислоты добавляют порошок СаО до пересыщенного состояния. Затем добавляют 5% порошка гидроксилапатита с дисперсностью менее 70 мкм для получения суспензии. Готовый к покрытию имплантат помещают в приготовленный раствор. Через раствор пропускают постоянный ток напряжением 250 вольт, в условиях искрового разряда с частотой следования импульсов 0,3 Гц в течение 40 мин. Процесс ведут при постоянном перемешивании и температуре 35°С в течение 30 мин. Имплантат обрабатывают при температуре 200°С в течение 30 минут и помещают на 60 минут при 20°С в среду с антимикробными добавками и остеогенными факторами. Полученная толщина покрытия составляет 50 мкм. Имплантаты из титана и его сплавов, полученные заявляемым способом, прошли испытания на остеокондуктивные, противомикробные свойства (Staphylococcus aurous) по стандартным методам в системах in vivo и in vitro (Фриденштейн А.Я., Лурия Е.А. Клеточные основы кроветворного микроокружения. - М.: Медицина, 1980, 210 с.; Репин B.C., Сухих Г.Т. Медицинская клеточная биология. - М.: Медицина. - 1998. - 200 с.; Pottard J., Walker J. Basic cell cultural protocols. - Totowa. - Human Press. - 1997. - 175 p.; Хенч Л., Джоунс Д. Биоматериалы, искусственные органы и инжиниринг тканей. - М. - 2007. - 304 с.). В качестве контроля использовали имплантаты, полученные способом-прототипом и имеющие состав по прототипу. Через 1,5 месяца определяли физическими методами силу сцепления дисков с окружающей тканью. Оценивали размеры очагов костеобразования с помощью цифрового и морфометрического анализа. Было установлено, что признаков воспаления, нагноения, аллергических реакций со стороны окружающих тканей вокруг покрытий ни в одном случае не было. В прототипе в 20% случаев наблюдались признаки нагноения и воспаления (табл.1). Сила сцепления имплантатов с окружающими тканями была максимальной у дисков, полученных предлагаемым способом, без образования капсулы, а минимальная - у дисков, полученных по способу-прототипу и имеющих состав по прототипу (табл.1). Биоактивные материалы, содержащие дополнительно нано- и микротекстурированное кальцийфосфатное покрытие, обработанные специальной средой, обладающей остеогенной и противомикробной активностью к Staphylococcus aurous (заявляемое изобретение), не вызывают вокруг себя нагноения, воспаления, аллергических реакций, образование капсулы, хорошо сцеплены с окружающей тканью и обладают высокими остеокондуктивными свойствами [Фиг.2. Макропрепарат поверхности дисков с кальцийфосфатным покрытием. Образец 1 (прототип) и образец 2 с нано- и микроструктурированным кальцийфосфатным покрытием (заявляемое изобретение) после 35 суток подкожной имплантации мышам линии Balb/c на 14 сутки (эктопическое костеобразование)]. На поверхности заявляемого изобретения виден активный процесс образования костной ткани. На прототипе данный процесс выражен минимально, а при введении Staphylococcus aurous наблюдалось нагноение [Табл.1, Фиг.3. Гистологический срез эктопического очага костеобразования, выросшего на поверхности дисков с нано- и микроструктурированным кальцийфосфатным покрытием (заявляемое изобретение) после 35 суток подкожной имплантации мышам линии Balb/c. На поверхности заявляемого изобретения виден активный процесс образования и роста костной ткани. Окраска по Ван-Гизону, ув. 400х].
Покрытия, полученные заявляемым способом, могут быть рекомендованы для усиления фиксации вводимых имплантатов, когда обычными способами не удается добиться их стабильного взаимодействия с костной тканью. Заявляемые имплантаты приобретают свойства «естественной» костной ткани, что особенно важно при лечении переломов, имеющих длительный персистирующий (незаживающий) характер, и у пациентов с нарушенным остеогенезом. Данные покрытия, в отличие от прототипа, могут быть использованы при наличии угрозы инфицирования имплантата.
Выводы
1. Примеры 1 и 2 (прототип) не приводят к образованию капсулы. Остеокондуктивные свойства минимальны. У них наблюдается умеренное развитие воспаления и нагноения. Они могут быть использованы в простых случаях при лечении переломов, эндопротезировании и иных заболеваниях опорно-двигательного аппарата, когда не надо вызывать выраженную реакцию с окружающими тканями при отсутствии признаков инфицирования тканей.
2. Предлагаемый способ (примеры 1, 2), содержащий дополнительно структурированные кальцийфосфаты, обработанные специальной средой, не вызывающие нагноения (при добавлении в среду Staphylococcus aurous), воспаления, образования соединительнотканной капсулы, обладающие высокими остеокондуктивными свойствами, что увеличивает их интеграцию с поврежденной костью, может быть использован при сложных заболеваниях, нарушении процессов костеобразования, когда иные методы не дают позитивного результата.
Способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов.
Табл.1
Биологические свойства поверхностей га титане марки ВТ-1, полученных в опытах на мышах линии Balb/c.
Наименование Сцепление с окружающими тканями Остеокондуктивность, площадь образования кости в мм2 Воспаление, % Капсула Нагноение, при добавлении в среду Staphylococcus aurous, %
Прототип + 10,2±1,1 3 + 57,5±7,3
ВТ-1-0
Прототип + 10,7±1,5 5 - 60,9±4,1
ВТ 6
Заявляемое +++ 50,3±3,1*# - - 0
изобретение
ВТ 1-0
Заявляемое +++ 55,9±4,5* - - 0
изобретение
ВТ 6

Claims (1)

  1. Способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов, включающий анодирование титана и его сплавов, отличающийся тем, что процесс ведут в фосфорной кислоте концентрацией 5-25% и серной кислоте концентрацией 5-10%, дополнительно содержащих порошок CaO до пересыщенного состояния и 5-10% суспензии гидроксилапатита дисперсностью менее 70 мкм в этом пересыщенном растворе, при постоянном или импульсном токе напряжением 80-250 В в условиях искрового разряда с частотой следования импульсов 0,3-15,0 Гц в течение 10-40 мин при постоянном перемешивании и температуре 20-35°С и дополнительно помещают в специальную среду, обладающую остеогенной и противомикробной активностью, на 30-60 мин при температуре 20-37°С.
RU2010150086/15A 2010-12-06 2010-12-06 Способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов RU2444376C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010150086/15A RU2444376C1 (ru) 2010-12-06 2010-12-06 Способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010150086/15A RU2444376C1 (ru) 2010-12-06 2010-12-06 Способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2444376C1 true RU2444376C1 (ru) 2012-03-10

Family

ID=46029003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010150086/15A RU2444376C1 (ru) 2010-12-06 2010-12-06 Способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2444376C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580627C1 (ru) * 2014-10-21 2016-04-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ получения биоактивного покрытия с антибактериальным эффектом
RU2630578C1 (ru) * 2016-10-31 2017-09-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Способ модифицирования поверхности титановых имплантатов
RU2647086C2 (ru) * 2013-12-18 2018-03-13 Даблин Инститьют Оф Текнолоджи Покрытие поверхности
RU2715055C1 (ru) * 2019-11-18 2020-02-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Способ получения кальцийфосфатного покрытия на образце

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2194536C2 (ru) * 1999-11-17 2002-12-20 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН Способ формирования биоактивного покрытия на имплантат
RU2221904C1 (ru) * 2002-07-16 2004-01-20 Томский политехнический университет Способ нанесения покрытия на имплантат из титана и его сплавов
RU2291918C1 (ru) * 2005-05-31 2007-01-20 Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Кальций-фосфатное покрытие на титане и титановых сплавах и способ его нанесения

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2194536C2 (ru) * 1999-11-17 2002-12-20 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН Способ формирования биоактивного покрытия на имплантат
RU2221904C1 (ru) * 2002-07-16 2004-01-20 Томский политехнический университет Способ нанесения покрытия на имплантат из титана и его сплавов
RU2291918C1 (ru) * 2005-05-31 2007-01-20 Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Кальций-фосфатное покрытие на титане и титановых сплавах и способ его нанесения

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2647086C2 (ru) * 2013-12-18 2018-03-13 Даблин Инститьют Оф Текнолоджи Покрытие поверхности
RU2580627C1 (ru) * 2014-10-21 2016-04-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ получения биоактивного покрытия с антибактериальным эффектом
RU2630578C1 (ru) * 2016-10-31 2017-09-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Способ модифицирования поверхности титановых имплантатов
RU2715055C1 (ru) * 2019-11-18 2020-02-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Способ получения кальцийфосфатного покрытия на образце

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xiao et al. Bio-functionalization of biomedical metals
Li et al. Enhanced osseointegration and antibacterial action of zinc‐loaded titania‐nanotube‐coated titanium substrates: In vitro and in vivo studies
Uskokovic et al. Effect of calcium phosphate particle shape and size on their antibacterial and osteogenic activity in the delivery of antibiotics in vitro
Sopchenski et al. Bioactive and antibacterial boron doped TiO2 coating obtained by PEO
KR101461159B1 (ko) 약물 전달층을 포함하는 임플란트의 제조방법 및 이를 포함하는 생체이식용 임플란트 조성물
Fernandes et al. Biomaterial property effects on platelets and macrophages: An in vitro study
Shimabukuro et al. Investigation of realizing both antibacterial property and osteogenic cell compatibility on titanium surface by simple electrochemical treatment
RU2444376C1 (ru) Способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов
WO2008144178A1 (en) Coating of implants with hyaluronic acid solution
Cowden et al. Effects of titania nanotube surfaces on osteogenic differentiation of human adipose-derived stem cells
Wang et al. Surface modification of porous titanium with microarc oxidation and its effects on osteogenesis activity in vitro
Damerau et al. A systematic review on the effect of inorganic surface coatings in large animal models and meta‐analysis on tricalcium phosphate and hydroxyapatite on periimplant bone formation
Wang et al. Novel vascular strategies on polyetheretherketone modification in promoting osseointegration in ovariectomized rats
Sabino et al. Manganese-containing bioactive glass enhances osteogenic activity of TiO2 nanotube arrays
US20210322634A1 (en) Nanoparticle-Coated Collagen Implant
Han et al. Enhanced antibacterial and osteogenic properties of graphene oxide loaded with berberine on biomedical titanium
RU2632761C1 (ru) Ортопедический имплантат из титана и нержавеющей стали с антиадгезивным антибактериальным покрытием
WO2015175596A1 (en) Biomimetic graft or implant and methods for producing and using the same
Mutreja et al. Cell responses to titanium and titanium alloys
KR20150000670A (ko) 표면에 생리활성 물질이 고정된 임플란트의 제조방법 및 이에 따라 제조된 임플란트
KR102254182B1 (ko) 구강악안면 재건수술을 위한 악안면 플레이트와 이의 제조방법
RU2617252C2 (ru) Способ обработки кальций-фосфатных покрытий на имплантатах
RU2632702C1 (ru) Антиадгезивное антибактериальное покрытие для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали
RU202062U1 (ru) Интрамедуллярный антимикробный фиксатор
RU202063U1 (ru) Интрамедуллярный антимикробный фиксатор

Legal Events

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

Effective date: 20121207