RU2472532C1 - Остеоинтеграционное покрытие на ортопедические и стоматологические титановые имплантаты - Google Patents
Остеоинтеграционное покрытие на ортопедические и стоматологические титановые имплантаты Download PDFInfo
- Publication number
- RU2472532C1 RU2472532C1 RU2011149422/15A RU2011149422A RU2472532C1 RU 2472532 C1 RU2472532 C1 RU 2472532C1 RU 2011149422/15 A RU2011149422/15 A RU 2011149422/15A RU 2011149422 A RU2011149422 A RU 2011149422A RU 2472532 C1 RU2472532 C1 RU 2472532C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- titanium
- hydroxyapatite
- oxide
- copper
- Prior art date
Links
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к остеоинтеграционным оксидным покрытиям на ортопедические и стоматологические титановые имплантаты. Покрытие состоит из оксида титана и содержит гидроксиапатит как модифицирующий компонент с биоактивными свойствами и медь как модифицирующий компонент с бактерицидными свойствами при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид титана - от 70 до 80, гидроксиапатит - от 18 до 25, медь - от 2 до 5. Покрытие позволяет обеспечить ускоренную остеоинтеграцию и безопасное приживление титановых имплантатов без протекания гнойно-воспалительных процессов в тканях. 1 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к покрытиям имплантатов из титана и его сплавов, и может использоваться при изготовлении внутрикостных и чрескостных имплантатов для стоматологии, травматологии и ортопедии с остеоинтеграционным оксидным покрытием, обладающим биоактивными и бактерицидными свойствами.
Приживляемость и эффективность функционирования имплантатов из титана
ВТ1-0, ВТ1-00 и титановых сплавов ВТ6, ВТ16 существенно зависит от наличия на их поверхности покрытия, обладающего способностью интеграционного взаимодействия с костной тканью. Материалами такого покрытия могут являться титанооксидные соединения TiO, TiO2, Ti2O3, Ti3O5, обладающие высоким уровнем биологической совместимости и способностью срастания с костью при определенной морфологической структуре и открытой пористости поверхности оксидов.
Существенным недостатком применяемых титанооксидных покрытий является отсутствие в их составе биоактивных и бактерицидных компонентов, благодаря которым происходит ускорение остеоинтеграции имплантатов за счет стимулирования репаративного остеогенеза на контактной границе «имплантат - костная ткань» без опасности протекания гнойно-воспалительных процессов в окружающих биоструктурах. Решение данной проблемы может быть достигнуто путем разработки остеоинтеграционного оксидного покрытия, содержащего гидроксиапатит как компонент, обладающий биоактивными свойствами и являющийся стимулятором остеоинтеграционных процессов, и медь как компонент, обладающий бактерицидными свойствами.
Известно оксидное покрытие на титановых имплантатах, состоящее, в основном, из нестехиометрического диоксида TiO2 при весьма малом содержании низших оксидов Ti2O3 и Ti3O5 [Газотермическое оксидирование как метод получения биосовместимых покрытий на изделиях медицинского назначения / Сб. трудов XVI Междунар. научно-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». Томск: Изд-во ТПУ, 2010. Т.2. С.74-76]. Недостатком данного оксидного покрытия является отсутствие его биоактивных свойств, ускоряющих остеоинтеграцию, и бактерицидных свойств, обеспечивающих безопасное приживления имплантатов без протекания гнойно-воспалительных процессов в тканях, из-за отсутствия в своем составе гидроксиапатита как модифицирующего компонента с биоактивными свойствами и меди как модифицирующего компонента с бактерицидными свойствами.
Известно покрытие на имплантат из титана и его сплавов [патент РФ №2361623. Опубл. 20.07.2009], содержащее оксиды титана и состоящее их двух слоев, первый слой толщиной 20-30 мкм - из оксидов титана, в основном TiO2, второй слой толщиной 2-5 мкм из смеси оксидов титана и оксида меди при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксид титана (TiO2) - 65-75,
оксид меди - 15-25,
остальное - другие типы оксидных фаз титана (TiO, Ti3O5).
Данное покрытие содержит в составе бактерицидный компонент в виде оксида меди и обеспечивает прочное сцепление имплантата с окружающей костной тканью при отсутствии воспалительных явлений в зоне имплантации. Однако покрытие не обладает биоактивностью из-за отсутствия в его компонентном составе гидроксиапатита, ускоряющего остеоинтеграцию, что приводит к увеличению продолжительности срастания поверхности имплантата с костью.
Ближайшим прототипом, по мнению автора, является остеоинтеграционное покрытие на имплантаты из титана и его сплавов [патент РФ №2154463. Опубл. 20.08.2000]. Данное покрытие содержит оксид титана и дополнительно содержит кальцийфосфатные соединения при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксид титана - 52-74,
оксид кальция - 6-12,
оксид фосфора - 20-36.
Данное покрытие является биосовместимым, способным срастаться с костной тканью, но не обладает высокими биоактивными свойствами за счет того, что содержит в своем компонентном составе кальцийфосфатные соединения в виде оксида кальция и оксида фосфора, которые сами не являются биоактивными компонентами, а обладают лишь способностью образовывать покрытия с высокой биоактивностью, такие как гидроксиапатитсодержащие покрытия. Кроме того, существенным недостатком такого покрытия является отсутствие в его составе меди как компонента с эффективными бактерицидными свойствами, обеспечивающими противомикробное действие в процессе приживления имплантата.
Задачей изобретения является создание остеоинтеграционного оксидного покрытия, модифицированного компонентами с биоактивными и бактерицидными свойствами для ускорения остеоинтеграции титановых имплантатов без опасности протекания гнойно-воспалительных процессов в тканях.
Технический результат изобретения заключается в создании остеоинтеграционного гидроксиапатит- и медьсодержащего оксидного покрытия с биоактивными и бактерицидными свойствами, обеспечивающими ускоренную остеоинтеграцию и безопасное приживление титановых имплантатов.
Поставленная задача достигается за счет того, что остеоинтеграционное покрытие на ортопедические и стоматологические титановые имплантаты, состоящее из оксида титана и дополнительно содержащее кальцийфосфатные соединения, согласно предлагаемому техническому решению содержит в качестве кальцийфосфатных соединений гидроксиапатит как модифицирующий компонент с биоактивными свойствами и дополнительно содержит медь как модифицирующий компонент с бактерицидными свойствами при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксид титана - от 70 до 80,
гидроксиапатит - от 18 до 25,
медь - от 2 до 5.
Отличие данного покрытия от прототипа заключается в том, что оно содержит в качестве кальцийфосфатных соединений гидроксиапатит как модифицирующий компонент с биоактивными свойствами и дополнительно содержит медь как модифицирующий компонент с бактерицидными свойствами при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксид титана - от 70 до 80,
гидроксиапатит - от 18 до 25,
медь - от 2 до 5.
Сущность изобретения заключается в следующем. Для выполнения остеоинтеграционного покрытия, обладающего биоактивными и бактерицидными свойствами, с целью клинически эффективного применения на титановых ортопедических и стоматологических имплантатах на их внутрикостной поверхности формируют покрытие в виде коррозионностойкого и нетоксичного оксида титана, которое модифицируют гидроксиапатитом (Са10(PO4)6(ОН)2), обладающим высокими биоактивными свойствами, и медью, обладающей высокой бактерицидной активностью. Соотношение компонентов покрытия следующее, мас.%:
оксид титана - от 70 до 80,
гидроксиапатит - от 18 до 25,
медь - от 2 до 5.
Компонентный состав заявленного покрытия позволяет обеспечить наиболее важные показатели эффективности клинического применения титановых имплантатов, а именно: ускоренную их остеоинтеграцию за счет содержания в составе покрытия гидроксиапатита, стимулирующего репаративный остеогенез; безопасное ускоренное приживление имплантатов благодаря содержанию в покрытии меди с бактерицидными свойствами, обеспечивающими подавление деятельности патогенных микробных агентов; прочное закрепление имплантатов в кости.
Для пояснения сущности изобретения приведены конкретные примеры.
Пример 1. Берут титановый (ВТ6, ВТ16) ортопедический стержневой имплантат, поверхность которого перед нанесением покрытия предварительно подготавливают с помощью пескоструйной обработки корундовым абразивом и ультразвуковой очистки в моющем растворе. Имплантат помещают в электропечь паротермического оксидирования, в рабочий объем которой под давлением подают перегретый водяной пар и получают оксидное покрытие. Процесс оксидирования ведут до достижения формируемым оксидным покрытием толщины 40 мкм, открытой пористости 30% и размера пор 10 мкм для эффективного интеграционного взаимодействия с костной тканью. Затем имплантат с оксидным покрытием, состоящим из оксида титана, охлаждают, промывают и сушат, после чего электрохимическим путем осуществляют модифицирование покрытия двумя компонентами: сначала гидроксиапатитом с биоактивными свойствами, затем медью с бактерицидными свойствами. При этом соотношение компонентов получаемого покрытия следующее, мас.%:
оксид титана - 70,
гидроксиапатит - 25,
медь - 5.
Пример 2. Берут титановый (ВТ1-0, ВТ1-00) стоматологический пластинчатый имплантат, поверхность которого перед нанесением покрытия предварительно подготавливают с помощью пескоструйной обработки корундовым абразивом и ультразвуковой очистки в моющем растворе. Имплантат помещают в электропечь сопротивления, в рабочий объем которой под давлением подают технологическую реакционную смесь из аргона и кислорода, взятую в определенном процентном соотношении, и получают оксидное покрытие. Процесс получения покрытия осуществляют до момента формирования его толщины со значением 100 мкм, открытой пористости - 50% и размера пор - 25 мкм для прорастания костных клеток и эффективного интеграционного взаимодействия с костной тканью. Затем имплантат с оксидным покрытием, состоящим из оксида титана, охлаждают, промывают и сушат, после чего электрохимическим путем осуществляют модифицирование покрытия двумя компонентами: сначала гидроксиапатитом с биоактивными свойствами, затем медью с бактерицидными свойствами. При этом соотношение компонентов получаемого покрытия следующее, мас.%:
оксид титана - 80,
гидроксиапатит - 18,
медь - 2.
Заявленный технический результат, заключающийся в создании остеоинтеграционного гидроксиапатит- и медьсодержащего оксидного покрытия с биоактивными и бактерицидными свойствами, обеспечивающими ускоренную остеоинтеграцию и безопасное приживление титановых имплантатов, был определен путем клинических испытаний с использованием лабораторных кроликов породы «черный великан», массой тела 4,5-5,0 кг. Каждому животному в большеберцовые кости на 50 суток вводились опытные титановые стержни с винтовой внутрикостной частью, имеющей оксидное покрытие по прототипу и оксидное покрытие заявленного состава, т.е. модифицированное гидроксиапатитом и медью, и содержащее данные компоненты в заявленном соотношении. Стержни имели диаметр 2 мм, общую длину 25 мм, длину винтовой внутрикостной части 5 мм.
Клинико-биологическая оценка биоактивных и бактерицидных свойств покрытий стержневых имплантатов проводилась по характеру образования и толщине костного регенерата на поверхности имплантатов с использованием оптической микроскопии и гистосрезов границы «имплантат с покрытием - кость», а также по признакам развития гнойно-воспалительных процессов в зоне введения стержней с использованием микробиологического исследования мазков экссудата. При этом в зону введения стержней дополнительно вводились микроорганизмы с патогенным потенциалом (гемофильные палочки, кишечные палочки, золотистый и эпидермальный стафилококк) для экспериментального повышения микробной активности, усугубления воспалительных процессов и выявления эффективности бактерицидных свойств покрытий имплантатов.
Результаты испытаний приведены в таблице. В ходе испытаний было установлено, что стержневые имплантаты с оксидным покрытием по прототипу и с оксидным покрытием, содержащим гидроксиапатит менее 18 мас.% и медь менее 2 мас.%, не способствовали полному предотвращению воспаления окружающих тканей и проявляли слабые признаки биоактивности поверхности, о чем свидетельствуют появление выраженной микробной флоры вокруг имплантатов в отдаленном периоде их приживления (на 20-25 сутки) и небольшая толщина слоя образованного костного регенерата (табл.).
Имплантаты с оксидным покрытием, заявленного состава, проявили высокую биоактивность поверхности, благодаря которой происходил стимулированный рост новообразованной костной ткани и осуществлялась ускоренная остеоинтеграция имплантатов при полном отсутствии гнойно-воспалительных явлений тканей и предотвращении деятельности патогенных микроорганизмов в течение всего периода клинического испытания.
Таким образом, оксидное покрытие по прототипу и оксидное покрытие, содержащее гидроксиапатит менее 18 мас.% и медь менее 2 мас.%, не оказали бактерицидного действия на патогенную микрофлору, не способствовали предотвращению развития микроорганизмов, что вызвало протекание воспалительных реакций тканей. Поэтому в случае инфицирования имплантационной зоны данные покрытия не могут предотвратить деятельность микроорганизмов и обеспечить безопасное приживление имплантатов.
Процентное содержание гидроксиапатита в оксидном покрытии как модифицирующего компонента с биоактивными свойствами, свыше 25 мас.%, является нецелесообразным вследствие того, что, во-первых, содержание гидроксиапатита в пределах 18-25 мас.% придает покрытию достаточно высокие биоактивные свойства, способствующие его ускоренной остеоинтеграции и прочному закреплению имплантата в кости, во-вторых, содержание гидроксиапатита, превышающее 25 мас.%, является экономически нецелесообразным, т.к. гидроксиапатит относится к числу высокодорогостоящих биокерамических материалов.
Процентное содержание меди в оксидном покрытии как модифицирующего компонента с бактерицидными свойствами, превышающее 5 мас.%, является экономически нецелесообразным вследствие достаточно эффективного бактерицидного действия данного компонента в пределах от 2 до 5 мас.%.
| Таблица 1 | |||
| Протокол клинических испытаний титановых имплантатов с оксидными покрытиями по прототипу и заявленного состава | |||
| Оксидное покрытие | Клинико-биологические характеристики испытаний | ||
| Морфологический анализ гистосрезов кости на границе с имплантатами после 50 суток испытания | Микробиологический анализ мазков экссудата | Визуальный и оптический анализ поверхности имплантатов после 50 суток испытания | |
| по прототипу | наличие тонкого фрагментарного слоя костного регенерата, толщиной 20 мкм | появление воспаления тканей и выраженной микробной флоры в зоне имплантации на 20-е сутки | присутствие отдельных мелких фрагментов костной ткани, распределенных по поверхности покрытия сильно неравномерно |
| с содержанием гидроксиапатита менее 18 мас.% и меди менее 2 мас.% | наличие слоя костного регенерата, толщиной 35 мкм | появление выраженной микробной флоры с небольшим негнойным воспалением тканей на 25-е сутки | присутствие тонкого слоя костной ткани, равномерно интегрированной с поверхностью покрытия |
| заявленный состав | наличие слоя костного регенерата, толщиной 300 мкм | полное отсутствие микробной флоры на 3 сутки и гнойно-воспалительных явлений тканей в течение всего периода испытания | присутствие значительного объема новообразованной костной ткани, равномерно интегрированной с поверхностью покрытия |
Таким образом, испытания титановых имплантатов с остеоинтеграционным покрытием, состоящим из оксида титана, модифицированного кальцийфосфатными соединениями в виде гидроксиапатита с биоактивными свойствами и медью с бактерицидными свойствами при соотношении компонентов, мас.%: оксид титана - от 70 до 80, гидроксиапатит - от 18 до 25, медь - от 2 до 5, показали, что заявляемое покрытие обеспечивает ускоренную остеоинтеграцию и безопасное приживление имплантатов.
Claims (1)
- Остеоинтеграционное покрытие на ортопедические и стоматологические титановые имплантаты, содержащее оксид титана и кальцийфосфатные соединения, отличающееся тем, что оно содержит в качестве кальцийфосфатных соединений гидроксиапатит и дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксид титана 70-80 гидроксиапатит 18-25 медь 2-5
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011149422/15A RU2472532C1 (ru) | 2011-12-05 | 2011-12-05 | Остеоинтеграционное покрытие на ортопедические и стоматологические титановые имплантаты |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011149422/15A RU2472532C1 (ru) | 2011-12-05 | 2011-12-05 | Остеоинтеграционное покрытие на ортопедические и стоматологические титановые имплантаты |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2472532C1 true RU2472532C1 (ru) | 2013-01-20 |
Family
ID=48806390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011149422/15A RU2472532C1 (ru) | 2011-12-05 | 2011-12-05 | Остеоинтеграционное покрытие на ортопедические и стоматологические титановые имплантаты |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2472532C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU2816023C1 (ru) * | 2023-04-06 | 2024-03-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России) | Антибактериальное покрытие на ортопедический имплантат из титана и его сплавов и способ его получения (варианты) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2154463C1 (ru) * | 1999-07-07 | 2000-08-20 | Закрытое акционерное общество Клиническое научно-производственное объединение "Биотехника" | Покрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его нанесения |
| RU2361623C1 (ru) * | 2008-04-09 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Покрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его получения |
| RU2386454C1 (ru) * | 2008-10-14 | 2010-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Биопокрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его получения |
-
2011
- 2011-12-05 RU RU2011149422/15A patent/RU2472532C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2154463C1 (ru) * | 1999-07-07 | 2000-08-20 | Закрытое акционерное общество Клиническое научно-производственное объединение "Биотехника" | Покрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его нанесения |
| RU2361623C1 (ru) * | 2008-04-09 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Покрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его получения |
| RU2386454C1 (ru) * | 2008-10-14 | 2010-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Биопокрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его получения |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU2817049C1 (ru) * | 2022-12-12 | 2024-04-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии имени Н.И. Вавилова" | Остеокондуктивное и остеоиндуктивное биокомпозиционное покрытие имплантов для ускорения консолидации переломов животных |
| RU2816023C1 (ru) * | 2023-04-06 | 2024-03-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России) | Антибактериальное покрытие на ортопедический имплантат из титана и его сплавов и способ его получения (варианты) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dang et al. | In vivo osseointegration of Ti implants with a strontium-containing nanotubular coating | |
| DE69906441T2 (de) | Beschichtungsverfahren von medizinischen Implantaten | |
| Hägi et al. | Regenerative periodontal therapy | |
| Shimabukuro et al. | Investigation of realizing both antibacterial property and osteogenic cell compatibility on titanium surface by simple electrochemical treatment | |
| JP6289708B2 (ja) | 生体インプラント | |
| CN104593650A (zh) | 一种具有抗菌功能可降解吸收的镁锌铜合金及其应用 | |
| EP1627649A1 (de) | Magnesiumhaltiges Wundauflagematerial | |
| KR20140140600A (ko) | 갈륨 산화물을 포함하는 표면을 구비한 의료 기기 | |
| WO2012023510A1 (ja) | 生体インプラント | |
| Pyo et al. | Bone formation on biomimetic calcium phosphate-coated and zoledronate-immobilized titanium implants in osteoporotic rat tibiae. | |
| CN104513922A (zh) | 具有抗菌功能的可体液降解的医用金属材料及其应用 | |
| KR100738476B1 (ko) | 골유도재생용 차폐막 및 그 제조방법 | |
| Wang et al. | Novel vascular strategies on polyetheretherketone modification in promoting osseointegration in ovariectomized rats | |
| Leśniak-Ziółkowska et al. | Plasma electrolytic oxidation as an effective tool for production of copper incorporated bacteriostatic coatings on Ti-15Mo alloy | |
| Ebrahimi | Bone grafting substitutes in dentistry: general criteria for proper selection and successful application | |
| Suzuki et al. | Histomorphometric evaluation of alumina-blasted/acid-etched and thin ion beam-deposited bioceramic surfaces: an experimental study in dogs | |
| Puricelli et al. | Characterization of bone repair in rat femur after treatment with calcium phosphate cement and autogenous bone graft | |
| Wang et al. | Black tantalic oxide submicro-particles coating on PEEK fibers woven into fabrics as artificial ligaments with photothermal antibacterial effect and osteogenic activity for promoting ligament-bone healing | |
| Li et al. | In vivo histological evaluation of bioactive NiTi alloy after two years implantation | |
| RU2465015C1 (ru) | Оксидное покрытие на чрескостные ортопедические имплантаты из нержавеющей стали | |
| RU2472532C1 (ru) | Остеоинтеграционное покрытие на ортопедические и стоматологические титановые имплантаты | |
| Kim et al. | Comparison of a synthetic bone substitute composed of carbonated apatite with an anorganic bovine xenograft in particulate forms in a canine maxillary augmentation model | |
| DE102012210804B4 (de) | Verfahren zur Erzeugung einer bakteriziden Schicht auf einem Grundkörper aus Titan oder einer Titanbasislegierung | |
| ES2965813T3 (es) | Sustrato metálico con propiedades antibacterianas y de osteointegración para aplicaciones de implantología | |
| Ferreira et al. | Titanium biomimetically coated with hydroxyapatite, silver nitrate and polycaprolactone, for use in biomaterials (biomedicine) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201206 |