RU2495678C1 - Method for modifying titanium surface - Google Patents
Method for modifying titanium surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495678C1 RU2495678C1 RU2012118152/15A RU2012118152A RU2495678C1 RU 2495678 C1 RU2495678 C1 RU 2495678C1 RU 2012118152/15 A RU2012118152/15 A RU 2012118152/15A RU 2012118152 A RU2012118152 A RU 2012118152A RU 2495678 C1 RU2495678 C1 RU 2495678C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- implant
- titanium
- chemical treatment
- ultrasound
- modifying
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Prostheses (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине, а именно к челюстно-лицевой хирургии и травматологии, и может быть использовано для изготовления внутритканевых эндопротезов на титановой основе, а также для подготовки поверхности имплантатов под нанесение биосовместимых покрытий.The invention relates to medicine, namely to maxillofacial surgery and traumatology, and can be used for the manufacture of interstitial endoprostheses on a titanium basis, as well as for preparing the surface of implants for applying biocompatible coatings.
Известен способ подготовки поверхности титановых имплантатов перед нанесением биоактивных покрытий (по патенту РФ №2396093, МПК A61L 27/06, C25A 3/02, опубл. 10.08.2010), заключающийся в травлении поверхности титанового имплантата в селективном травителе, состоящим из 17-68 масс.% фосфорной кислоты, 0,008-0,02 масс.% фторида аммония, 2-10 масс.% этиленгликоля, остальное - вода. Селективный травитель для титановых имплантатов имеет небольшую скорость травления, что позволяет регулировать толщину стравливаемого слоя, не образуя при этом остаточного слоя низших фторидов титана.A known method of preparing the surface of titanium implants before applying bioactive coatings (according to the patent of Russian Federation No. 2396093, IPC A61L 27/06,
Данный способ не позволяет получать развитую поверхность имплантата, поэтому целесообразно введение операции воздушно-абразивной обработки с последующим электрохимическим травлением.This method does not allow to obtain a developed surface of the implant, therefore, it is advisable to introduce the operation of air-abrasive processing followed by electrochemical etching.
Известен способ повышения остеоинтеграционных характеристик внутрикостных имплантатов (по патенту РФ №2325133, МПК A61C 8/00, опубл. 27.05.2008), заключающийся в создании на их поверхности элементов микроретенции и макроретенции, при этом последние выполнены в виде конической резьбы с углом наклона 4° к оси имплантата, а элементы микроретенции выполнены в виде микропористой поверхности, полученной методом химического травления титана в растворе: 500 мл HCl (плотностью 1,19 г/мл); 500 мл H2O; 170 г/л NH4F HF при комнатной температуре 25-30°С с выдержкой 2-3 мин с последующей промывкой в воде и выдержкой в течение 1-2 мин в растворе HNO3 (400 г/л).There is a method of increasing the osseointegration characteristics of intraosseous implants (according to the patent of the Russian Federation No. 23235133, IPC A61C 8/00, published May 27, 2008), which consists in creating on their surface microretreation and macroreretia elements, the latter being made in the form of a conical thread with a tilt angle of 4 ° to the axis of the implant, and the microreretia elements are made in the form of a microporous surface obtained by chemical etching of titanium in solution: 500 ml of HCl (density 1.19 g / ml); 500 ml of H 2 O; 170 g / l NH 4 F HF at room temperature 25-30 ° С with a holding time of 2-3 minutes followed by washing in water and holding for 1-2 minutes in a solution of HNO 3 (400 g / l).
Данный способ отличается трудоемкостью, при этом не решены вопросы формирования равномерной структуры поверхности.This method is laborious, while the issues of forming a uniform surface structure have not been resolved.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ модифицирования поверхности металлического имплантата на основе титана (заявка на патент РФ №2010114171, МПК A61K 6/00, опубл. 20.10.2011 г.), в котором использовалась струйная обработка внешней области имплантата частицами оксида алюминия под давлением и последующая химическая обработка внешней области имплантата кислотной композицией, включающей серную кислоту и фтористоводородную кислоту с последующей термической обработкой. Затем проводили термическую обработку путем нагревания до температуры 200-450°С в течение 15-120 минут. Струйную обработку поверхности частицами оксида алюминия выполняли под давлением 1-6 атм и 3 атм. Размер частиц оксида алюминия составлял 10-100 мкм.Closest to the proposed solution is a method of modifying the surface of a metal implant based on titanium (patent application of the Russian Federation No.2010114171, IPC A61K 6/00, published on October 20, 2011), which used blasting of the external area of the implant with aluminum oxide particles under pressure and subsequent chemical treatment of the external region of the implant with an acidic composition comprising sulfuric acid and hydrofluoric acid, followed by heat treatment. Then, heat treatment was carried out by heating to a temperature of 200-450 ° C for 15-120 minutes. Blasting of the surface with alumina particles was carried out at a pressure of 1-6 atm and 3 atm. The particle size of alumina was 10-100 microns.
Данный способ отличается дороговизной и трудоемкостью, также ввиду использования мелкодисперсного порошка оксида алюминия не представляется возможным получить достаточно развитую и равномерную структуру поверхности имплантата, что очень важно в процессе приживления эндопротеза. Кроме того, для достижения быстрой и надежной остеоинтеграции эндопротеза с биологическими тканями, помимо биосовместимости материала эндопротеза, необходимо наличие у эндопротеза равномерной по морфологии и структуре поверхности.This method is expensive and time-consuming, also due to the use of fine powder of alumina, it is not possible to obtain a sufficiently developed and uniform surface structure of the implant, which is very important in the process of engraftment of the endoprosthesis. In addition, in order to achieve fast and reliable osseointegration of the endoprosthesis with biological tissues, in addition to the biocompatibility of the material of the endoprosthesis, the endoprosthesis must have a uniform surface morphology and structure.
Задача заявляемого изобретения заключается в модификации поверхности титанового имплантата путем ультразвукового электрохимического травления в нитрат-фторидном электролите.The task of the invention is to modify the surface of a titanium implant by ultrasonic electrochemical etching in a nitrate-fluoride electrolyte.
Технический результат заключается в улучшении функциональных характеристик поверхности, а именно в обеспечении развитой морфологии поверхности и ее равномерности.The technical result is to improve the functional characteristics of the surface, namely, to ensure developed surface morphology and its uniformity.
Поставленная задача решается тем, что при осуществлении способа модифицирования титановой поверхности, заключающемся в струйной обработке внешней поверхности имплантата и последующей химической обработке внешней поверхности имплантата, согласно заявляемому техническому решению химическую обработку осуществляют одновременно с воздействием ультразвука в нитрат-фторидном электролите, затем осуществляют промывку имплантата в ультразвуковой ванне с проточной и дистиллированной водой в течение 120 с и высушивание на воздухе. При необходимости последующего напыления биосовместимых покрытий титановую поверхность имплантата подвергают окончательной обработке в ультразвуковой ванне с этиловым спиртом в течение 30 с. Размер частиц порошка электрокорунда при струйной обработке может составлять 200-250 мкм. Химическую обработку осуществляют одновременно с воздействием ультразвука в растворе 2 M HNO3+1М HF с воздействием ультразвуковых колебаний интенсивностью 9,6 Вт/см2 в течение 120 с.The problem is solved in that when implementing the method of modifying the titanium surface, which consists in blasting the outer surface of the implant and subsequent chemical treatment of the outer surface of the implant, according to the claimed technical solution, the chemical treatment is carried out simultaneously with the action of ultrasound in a nitrate-fluoride electrolyte, then the implant is washed in ultrasonic bath with flowing and distilled water for 120 s and air drying. If necessary, the subsequent spraying of biocompatible coatings, the titanium surface of the implant is subjected to final processing in an ultrasonic bath with ethanol for 30 s. The particle size of electrocorundum powder during blasting can be 200-250 microns. Chemical treatment is carried out simultaneously with the action of ultrasound in a solution of 2 M HNO 3 + 1M HF with the influence of ultrasonic vibrations with an intensity of 9.6 W / cm 2 for 120 s.
Изобретение поясняется чертежом: фиг.1 - схема установки для многоместной обработки поверхности титановых цилиндрических деталей химическим травлением с воздействием ультразвука.The invention is illustrated by the drawing: figure 1 - installation diagram for multi-site surface treatment of titanium cylindrical parts by chemical etching with the influence of ultrasound.
Позициями на чертеже обозначены: 1 - электродвигатель вращения кассеты с имплантатами; 2 - эксцентриковый привод возвратно-поступательного движения кассеты; 3 - электродвигатель возвратно-поступательного движения; 4 - ультразвуковой генератор; 5 - механизм регулировки положения кассеты; 6 - ультразвуковой пьезокерамический преобразователь с фокусирующим излучателем; 7 - механизм регулировки положения излучателя; 8 - уплотнительное кольцо; 9 - емкость с водой; 10 - ячейка с травящим раствором; 11 - обрабатываемый имплантат; 12 - кассета; 13 - шпиндель; 14 - гильза.The positions in the drawing indicate: 1 - rotation motor of the cartridge with implants; 2 - eccentric drive reciprocating cassette; 3 - electric motor reciprocating motion; 4 - an ultrasonic generator; 5 - mechanism for adjusting the position of the cartridge; 6 - ultrasonic piezoelectric transducer with a focusing emitter; 7 - a mechanism for adjusting the position of the emitter; 8 - a sealing ring; 9 - a container of water; 10 - cell with an etching solution; 11 - processed implant; 12 - cassette; 13 - spindle; 14 - sleeve.
Способ модифицирования титановой поверхности имплантатов включает в себя следующие процессы:The method for modifying the titanium surface of implants includes the following processes:
1) струйную обработку внешней поверхности имплантата;1) blasting the external surface of the implant;
2) настройку установки для многоместной обработки поверхности титановых цилиндрических деталей;2) setting up the installation for multi-surface treatment of the surface of titanium cylindrical parts;
3) подготовку раствора для химической обработки;3) preparation of a solution for chemical treatment;
4) химическую обработку внешней поверхности имплантата в нитрат-фторидном электролите с одновременным воздействием ультразвука на поверхность имплантатов и их внутренние объемы.4) chemical treatment of the external surface of the implant in a nitrate-fluoride electrolyte with the simultaneous action of ultrasound on the surface of the implants and their internal volumes.
Струйную обработку осуществляют порошком электрокорунда с размером частиц 200-250 мкм под давлением 6,5 атм.Blasting is carried out with electrocorundum powder with a particle size of 200-250 microns under a pressure of 6.5 atm.
Далее осуществляют настройку установки для многоместной обработки поверхности титановых цилиндрических деталей (фиг.1).Next, carry out the setup setup for multi-place surface treatment of titanium cylindrical parts (figure 1).
Интенсивность ультразвукового воздействия определяют исходя из требований, предъявляемых к качеству модифицированной титановой поверхности (морфология, структура). При малых интенсивностях ультразвука настройку осуществляют путем смещения частоты сигналов ультразвукового генератора 4 от резонансного значения в пределах 2,5% регулировкой переменного воздушного конденсатора (бесступенчато). При этом первоначальную настройку в резонанс осуществляют посредством индикатора часового типа с ценой деления 0,001 мм или индуктивной измерительной системы типа 214. При больших интенсивностях ультразвука - путем ступенчатого изменения выходной мощности силового трансформатора ультразвукового генератора 4. Контроль интенсивности ультразвукового воздействия осуществляют визуально по размерам кавитационной области и по изменению температуры рабочей жидкости в зоне кавитации.The intensity of ultrasonic exposure is determined based on the requirements for the quality of the modified titanium surface (morphology, structure). At low ultrasound intensities, the adjustment is carried out by shifting the frequency of the signals of the
Травящий раствор в виде нитрат-фторидного электролита для модифицирования титановой поверхности подготавливают смешиванием дистиллированной воды и 2М HNO3+1М HF.An etching solution in the form of a nitrate-fluoride electrolyte for modifying the titanium surface is prepared by mixing distilled water and 2M HNO 3 + 1M HF.
Процесс химической обработки осуществляют в специальной установке (фиг.1) с преобразователем на пьезокерамическим на элементах ЦТС-19 или ЦТС-24 размерами 52×22×8 мм, питание которого осуществляют от ультразвукового генератора 4, выполненного в виде УГТ-901 или УГТ-902 мощностью соответственно 250 и 150 Вт. Рабочую частоту преобразователя выбирают - 22 кГц (меньшие частоты нецелесообразны вследствие высокой шумности, частоты 44 и более кГц не обеспечивают нужный КПД). Высокая производительность обеспечивается многоместной обработкой. В емкость 9, выполненную из титана или нержавеющей стали, заливают дистиллированную воду и в нее же помещают излучающую часть ультразвукового преобразователя 6, закрепленную на механизме регулировки положения излучателя 7. При этом для предотвращения протекания жидкости цилиндрическую часть излучателя соединяют со стенкой емкости 9 через уплотнительные кольца 8. Емкость 10, выполненную в виде сменной ячейки из оргстекла с толщиной стенки не более 1 мм, заполняют травящим раствором и размещают на необходимом расстоянии от фокусирующей части излучателя посредством электродвигателя вращения кассеты с имплантатами 1, эксцентрикового привода возвратно-поступательного движения кассеты 2 и электродвигателя возвратно-поступательного движения 3. В ячейку емкости 10 опускают шпинделя 13, закрепленные на гильзе 14 и кассете 12, с установленными имплантатами 11.The chemical treatment process is carried out in a special installation (Fig. 1) with a piezoceramic transducer on elements of TsTS-19 or TsTS-24 with dimensions 52 × 22 × 8 mm, the power of which is supplied from an
Химическую обработку осуществляют в растворе 2 М HNO3+1 М HF в течение 120 с при интенсивности ультразвука 9,6 Вт/см2. Частоту вращения имплантатов устанавливают равной 120 об/мин, частоту обкатки - 30 об/мин, скорость возвратно-поступательного движения - 30 дв.х./мин.Chemical treatment is carried out in a solution of 2 M HNO 3 + 1 M HF for 120 s at an ultrasound intensity of 9.6 W / cm 2 . The implant rotation speed is set to 120 rpm, the break-in frequency is 30 rpm, the reciprocating speed is 30 d.h. / min.
Использование процесса ультразвукового электрохимического травления для модифицирования титановой поверхности позволяет получать хорошо развитую поверхность с равномерной структурой и морфологией, которая согласно литературным данным будет способствовать быстрой и надежной интеграции имплантата с биологическими тканями (Лясникова А.В. Стоматологические имплантаты. Исследование, разработка, производство, клиническое применение / А.В. Лясникова и др. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. - 254 с.; Лясникова А.В. Биосовместимые материалы и покрытия нового поколения: особенности получения, наноструктурирование, исследование свойств, перспективы клинического применения / А.В. Лясникова и др. - Саратов: Научная книга, 2011. - 220 с.).Using the process of ultrasonic electrochemical etching to modify the titanium surface allows you to get a well-developed surface with a uniform structure and morphology, which according to the literature will contribute to the rapid and reliable integration of the implant with biological tissues (Lyasnikova A.V. Dental implants. Research, development, production, clinical application / A.V. Lyasnikova et al. - Saratov: Sarat. State Technical University, 2006. - 254 p .; Lyasnikova A.V. Biocompatible materials and new generation coatings: production features, nanostructuring, study of properties, prospects for clinical applications / A.V. Lyasnikova et al. - Saratov: Scientific Book, 2011. - 220 p.).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012118152/15A RU2495678C1 (en) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | Method for modifying titanium surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012118152/15A RU2495678C1 (en) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | Method for modifying titanium surface |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2495678C1 true RU2495678C1 (en) | 2013-10-20 |
Family
ID=49357104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012118152/15A RU2495678C1 (en) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | Method for modifying titanium surface |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2495678C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2820625C1 (en) * | 2023-10-23 | 2024-06-06 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Иркутский научный центр хирургии и травматологии" (ИНЦХТ) | Titanium surface modification method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164547C1 (en) * | 2000-01-26 | 2001-03-27 | Омский государственный университет | Method of surface modification of titanium alloys |
RU2346080C2 (en) * | 2007-01-25 | 2009-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Modification method of products surface made of titanium alloy |
RU2010114171A (en) * | 2007-09-10 | 2011-10-20 | САБАН Франсиско Х. ГАРСИЯ (ES) | METHOD FOR PRODUCING A SURFACE OF A METAL IMPLANT BASED ON TITANIUM FOR INTEGRATION IN BONE TISSUE |
-
2012
- 2012-05-03 RU RU2012118152/15A patent/RU2495678C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164547C1 (en) * | 2000-01-26 | 2001-03-27 | Омский государственный университет | Method of surface modification of titanium alloys |
RU2346080C2 (en) * | 2007-01-25 | 2009-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Modification method of products surface made of titanium alloy |
RU2010114171A (en) * | 2007-09-10 | 2011-10-20 | САБАН Франсиско Х. ГАРСИЯ (ES) | METHOD FOR PRODUCING A SURFACE OF A METAL IMPLANT BASED ON TITANIUM FOR INTEGRATION IN BONE TISSUE |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2820625C1 (en) * | 2023-10-23 | 2024-06-06 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Иркутский научный центр хирургии и травматологии" (ИНЦХТ) | Titanium surface modification method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103751840B (en) | A kind of have bone defect repair support of the controlled low modulus of porous and preparation method thereof | |
RU2597750C1 (en) | Method for making endosseous dental implants with bioactive coating | |
Aktug et al. | Characterization and formation of bioactive hydroxyapatite coating on commercially pure zirconium by micro arc oxidation | |
CN103556204B (en) | Magnesium surface ultrasonic microarc oxidation-HF-silane coupling agent multistage composite bioactive coating preparation method | |
JP4403283B2 (en) | Apatite-coated metal material, its production method and use | |
CN103498183A (en) | Preparation technology of hydroxyapatite-containing composite biological film on titanium-base surface | |
He et al. | Characterization of hydroxyapatite coatings deposited by hydrothermal electrochemical method on NaOH immersed Ti6Al4V | |
CN104032291A (en) | Method of preparing TiSrO3 coating on surface of titanium implant | |
Zhukova et al. | Ultrasound-driven titanium modification with formation of titania based nanofoam surfaces | |
CN108079381A (en) | A kind of preparation method of medical titanium alloy surface biological Piezoelectric anisotropy coating | |
WO2023193704A1 (en) | Metal having microporous structure on surface, and preparation method therefor and application thereof | |
CN104922727B (en) | A kind of bioactivity, porous titanium medical embedded material and preparation method thereof | |
Du et al. | Influence of alkali treatment on Ti6Al4V alloy and the HA coating deposited by hydrothermal-electrochemical methods | |
RU2495678C1 (en) | Method for modifying titanium surface | |
CN106521603A (en) | Preparation method of medical pure magnesium surface coupling load inducing bone growth traditional Chinese medicine coating | |
CN111041490A (en) | Pure titanium surface treatment method capable of promoting contact osteogenesis | |
CN108042847B (en) | Method for improving biomimetic mineralization capability of titanium alloy implant surface | |
CN108166044A (en) | A kind of method of the regulation and control medical TC4 titanium alloy surfaces tube diameters of 3D printing | |
RU2529262C1 (en) | Method for making implants | |
RU2526252C1 (en) | Method of manufacturing intraosseous implants with multi-layered coating | |
CN1347683A (en) | Improved grit-blasting treatment process for the surface of tooth implant | |
RU2687792C1 (en) | Method for making an intraosseous implant | |
He et al. | Anodic voltage dependence of Ti-6Al-4V substrates and hydroxyapatite coating | |
RU2641597C1 (en) | Method for electroplasma spattering of biocompatible coatings based on magnesium-containing tricalcium phosphate | |
Chen et al. | Surface Polishing for Additively Manufactured Titanium Bone Scaffolds to Improve Osseointegration |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180504 |