RU2554819C1 - Method for producing bioactive coating on titanium implant implanted into human bone tissue - Google Patents

Method for producing bioactive coating on titanium implant implanted into human bone tissue Download PDF

Info

Publication number
RU2554819C1
RU2554819C1 RU2014115236/15A RU2014115236A RU2554819C1 RU 2554819 C1 RU2554819 C1 RU 2554819C1 RU 2014115236/15 A RU2014115236/15 A RU 2014115236/15A RU 2014115236 A RU2014115236 A RU 2014115236A RU 2554819 C1 RU2554819 C1 RU 2554819C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
coating
oxide
precursors
tio
Prior art date
Application number
RU2014115236/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Владиславович Тетюхин
Евгений Николаевич Козлов
Сергей Алексеевич Молчанов
Андрей Михайлович Маркеев
Анатолий Анатольевич Соловьёв
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "КОНМЕТ"
Андрей Михайлович Маркеев
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 Общество с ограниченной ответственностью "КОНМЕТ", Андрей Михайлович Маркеев filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "КОНМЕТ"
Priority to RU2014115236/15A priority Critical patent/RU2554819C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2554819C1 publication Critical patent/RU2554819C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: coating contains layers of at least one metal oxide specified in titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, niobium oxide. The method involves applying a multiple-layer or multicomponent coating by low-pressure atomic layer deposition at a temperature of 200-300°C, blowing a reaction zone with nitrogen and with the use of precursors containing organometallic compounds of the above metals and water. The precursors are applied on the surface by the pulsed delivery to the surface of a titanium substrate at a supply pulse length of 0.2-0.6 s and the intermediate blowing of the reaction zone with nitrogen for 6 s. A deposition cycle number makes 100-1000 cycles.
EFFECT: method provides coating homogeneity, good bioactive properties, low toxicity and corrosive resistance.
6 ex, 5 tbl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины и конкретно касается получения титановых имплантатов с биоактивным покрытием, предназначенным для введения в костную ткань для устранения костных дефектов с восстановлением в них костной ткани, в частности, для изготовления различных титановых ортопедических и дентальных имплантатов.The invention relates to medicine and specifically relates to the production of titanium implants with a bioactive coating intended for insertion into bone tissue to eliminate bone defects with the restoration of bone tissue, in particular, for the manufacture of various titanium orthopedic and dental implants.

Как 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 Бранемарк назвал остеоинтеграцией (см. 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., II, suppl 16 (1977)).As is known in the art, some metals or metal alloys, such as titanium, zirconium, hafnium, tantalum, niobium or their alloys, are used to form relatively strong bonds with bone tissue. In particular, metal implants made of titanium and its alloys, starting around 1950, are known for their ability to bind well to bone tissue. Branemark called this kind of connection osseointegration (see Branemark et al., “Osseointegrated implants in the treatment of the edentulous jaw. Experience from a 10-year period (Osteointegrated implants in the treatment of toothless jaw. 10-year experience”), Scand. J. Plast. Reconstr., II, suppl 16 (1977)).

В настоящее время титан, благодаря сочетанию хороших прочностных характеристик, высокой коррозионной стойкости и не токсичности, является одним из основных материалов при изготовлении различных устройств (дентальные, ортопедические имплантаты) для имплантации в костную ткань. При обычных условиях титан легко окисляется и на его поверхности появляется тонкая пленка аморфного диоксида титана (~5 нм), которая и обеспечивает высокую коррозионную стойкость титана, но при этом характеризуется достаточно длительными сроками интеграции с костной тканью.Currently, titanium, due to a combination of good strength characteristics, high corrosion resistance and non-toxicity, is one of the main materials in the manufacture of various devices (dental, orthopedic implants) for implantation in bone tissue. Under ordinary conditions, titanium is easily oxidized and a thin film of amorphous titanium dioxide (~ 5 nm) appears on its surface, which provides high corrosion resistance of titanium, but at the same time is characterized by a rather long integration time with bone tissue.

Таким образом, титан и его сплавы широко используются в восстановительной хирургии в качестве как зубных, так и ортопедических имплантатов вследствие их превосходной биосовместимости с костной тканью (P.J. Branemark, J. Prosthetik Dent 50: 399-410, 1983; D.J. Bardos, D. Williams (ed), Concise Encyelopedia of Medical je Dental Materials, Pergamon Press, Ox for 1990, p.p. 360-365; R. van Noork, J. Mater. Sci 22: 3801-3811, 1987). Это может быть объяснено уникальными характеристиками поверхности раздела титан-кость. Однако для усиления процессов соединения или сцепления и улучшения прочности связи или сцепления были разработаны и одобрены для клинического применения покрытия с плазменным напылением из апатита, в частности, из гидроксиапатита (K. De Groot, J. Ceram. Soc Japan 99: 943-953, 1991).Thus, titanium and its alloys are widely used in reconstructive surgery as both dental and orthopedic implants due to their excellent biocompatibility with bone tissue (PJ Branemark, J. Prosthetik Dent 50: 399-410, 1983; DJ Bardos, D. Williams (ed), Concise Encyelopedia of Medical je Dental Materials, Pergamon Press, Ox for 1990, pp 360-365; R. van Noork, J. Mater. Sci 22: 3801-3811, 1987). This can be explained by the unique characteristics of the titanium-bone interface. However, to enhance the bonding or bonding processes and improve bonding or bonding strengths, plasma coatings of apatite, in particular hydroxyapatite, have been developed and approved for clinical use (K. De Groot, J. Ceram. Soc Japan 99: 943-953, 1991).

Хотя связь между этим металлом и костной тканью является относительно сильной, желательно эту связь усилить. В настоящее время разработано много способов обработки таких металлических имплантатов с целью получения на их подходящей поверхности для улучшения их остеоинтеграции. Из RU 2074674 A1, 10.03.1997 известен способ изготовления внутрикостных имплантатов, который заключается в том, что на титановую основу имплантата методом плазменного напыления наносят систему покрытий из четырех слоев - двух слоев титана или гидрида титана различной дисперсности и толщины, третьего слоя из механической смеси титана или гидрида титана или гидроксиапатита с соотношением 60-80 мас. % и 20-40 мас. % и наружного слоя - гидроксиапатита. Для повышения механической прочности имплантата напыление ведут послойно при различных режимах, обеспечивающих плавный переход от структуры компактного титана к структуре биоактивного слоя.Although the bond between this metal and bone tissue is relatively strong, it is desirable to strengthen this bond. Currently, many methods have been developed for processing such metal implants in order to obtain them on a suitable surface to improve their osseointegration. A method for manufacturing intraosseous implants is known from RU 2074674 A1, 03/10/1997, which consists in applying a coating system of four layers — two layers of titanium or titanium hydride of different dispersion and thickness — and a third layer from a mechanical mixture on the titanium base of the implant by plasma spraying. titanium or titanium hydride or hydroxyapatite with a ratio of 60-80 wt. % and 20-40 wt. % and the outer layer is hydroxyapatite. To increase the mechanical strength of the implant, the deposition is carried out layer by layer under various conditions, providing a smooth transition from the structure of compact titanium to the structure of the bioactive layer.

Стремление ускорить остеоинтеграцию титановых имплантатов и стимулировало в научном сообществе направление по разработке так называемых биоактивных покрытий. Под биоактивностью в имплантологии понимают способность материала к более быстрой остеоинтеграции по сравнению с неким реперным материалом, чаще всего с титаном. Традиционным биоактивным покрытием является гидроксиапатит (НА), который наносится на поверхность имплантата методом плазменного напыления.The desire to accelerate the osseointegration of titanium implants has stimulated the development of the so-called bioactive coatings in the scientific community. Bioactivity in implantology is understood as the ability of a material to faster osseointegration in comparison with some reference material, most often with titanium. The traditional bioactive coating is hydroxyapatite (HA), which is applied to the implant surface by plasma spraying.

Лясников В.Н. с соавторами (Лясников В.Н., Серянов Ю.В., Протасова Н.В.,Мазанов К.В. Формирование равномерной пористой структуры титановых и гидроксиапатитовых покрытий на дентальных имплантатах при ультразвуковом плазменном напылении. Клин. имплант. и стомат., 2000, № ¾ (13/14), с. 114-118) предлагают использовать три промежуточных слоя для получения надежного покрытия, содержащего гидроксиапатит: 1-й слой - пористый титан, дисперсность 3-10 мкм, 2-й слой - пористый титан, дисперсность 50-100 мкм, 3-й слой - пористая композиция, титановые частицы с гидроксиапатитом (60% Ti, 40% гидроксиапатит). Создание дополнительной разветвленной поверхности приводит к наиболее прочному закреплению на ней частичек плазменно напыленного гидроксиапатита. Для повышения однородности и пористости покрытия предложена технология активации ультразвуковых вибраций подложки в процессе напыления.Lyasnikov V.N. et al. (Lyasnikov V.N., Seryanov Yu.V., Protasova N.V., Mazanov K.V. Formation of a uniform porous structure of titanium and hydroxyapatite coatings on dental implants with ultrasonic plasma spraying. Clin. implant. and dent., 2000, No. ¾ (13/14), pp. 114-118) suggest using three intermediate layers to obtain a reliable coating containing hydroxyapatite: the 1st layer is porous titanium, the dispersion is 3-10 microns, the 2nd layer is porous titanium , dispersion 50-100 microns, 3rd layer - porous composition, titanium particles with hydroxyapatite (60% Ti, 40% g droksiapatit). The creation of an additional branched surface leads to the most durable fixation of particles of plasma sprayed hydroxyapatite on it. To increase the uniformity and porosity of the coating, a technology is proposed for activating ultrasonic vibrations of the substrate during the deposition process.

Однако такие покрытия обладают низкой кристалличностью и слабой адгезией к титановому имплантату. Низкая кристалличность является причиной быстрого растворения гидроксиапатитного покрытия в тканевой жидкости и приводит к снижению срока службы покрытия, в то время, как слабая адгезия может приводить к его отслоению. Поэтому важным становится вопрос о поиске новых биоактивных покрытий.However, such coatings exhibit low crystallinity and poor adhesion to the titanium implant. Low crystallinity is the reason for the rapid dissolution of the hydroxyapatite coating in the tissue fluid and leads to a decrease in the service life of the coating, while poor adhesion can lead to delamination. Therefore, the question of finding new bioactive coatings becomes important.

Из RU 2458707, C1, 20.08.2012 известен способ изготовления внутрикостного имплантата, который включает пескоструйную обработку поверхности имплантата частицами оксида алюминия, послойное напыление плазменным методом на основу имплантата системы биосовместимых покрытий различной дисперсности и толщины, состоящих из пяти слоев: первых двух из титана или гидрида титана, последующих двух слоев из смеси титана или гидрида титана с гидроксиапатитом кальция, отличающихся содержанием компонентов в слоях, и пятого слоя из гидроксиапатита кальция, после чего многослойную систему биосовместимых покрытий облучают в разреженной среде углеводородного газа высокоэнергетическими ионами инертного газа с энергией 40-130 кэВ и дозой облучения 2000-5000 мкКл/см2. Способ обеспечивает повышение биоактивности и механической прочности имплантата.A method for manufacturing an intraosseous implant is known from RU 2458707, C1, 08.20.2012, which includes sandblasting the implant surface with alumina particles, plasma spray coating on the basis of the implant of a system of biocompatible coatings of different dispersion and thickness, consisting of five layers: the first two are titanium or titanium hydride, the following two layers of a mixture of titanium or titanium hydride with calcium hydroxyapatite, differing in the content of components in the layers, and the fifth layer of calcium hydroxyapatite, after whereby a multilayer system of biocompatible coatings is irradiated in a rarefied hydrocarbon gas medium with high-energy inert gas ions with an energy of 40-130 keV and an irradiation dose of 2000-5000 μC / cm 2 . The method provides an increase in bioactivity and mechanical strength of the implant.

Из RU 2124329, C1, 10.01.1999, известен покровный материал для биомедицинских применений, в частности на биомедицинских имплантатах из подложки из титана или титанового сплава и который содержит главным образом гелеобразный на основе окиси титана материал, который обработан при температуре 350°C-750°C, при этом упомянутый материал способен вызывать образование фосфата кальция на его поверхности при условиях in vitro, например, в имитаторе жидкости тела и/или при условиях in vivo.From RU 2124329, C1, 01/10/1999, a coating material for biomedical applications is known, in particular on biomedical implants made of a titanium or titanium alloy substrate and which contains mainly a gel-based titanium oxide material that is processed at a temperature of 350 ° C-750 ° C, while the said material is capable of causing the formation of calcium phosphate on its surface under in vitro conditions, for example, in a simulator of body fluid and / or under in vivo conditions.

Покровный материал наносят на подножку путем окунания в золевой раствор вещества с последующим удалением из раствора и сушкой, отличающийся тем, что в качестве вещества используют гелеобразный на основе окиси титана материал, обработанный при температуре 350°C-750°C, или гальваническим методом.The coating material is applied to the step by dipping a substance into the ash solution, followed by removal from the solution and drying, characterized in that the material used is a gel-based titanium oxide material treated at a temperature of 350 ° C-750 ° C, or by the galvanic method.

Из US 2009005880 A1, 01.01.2009 известен внутрикостный имплантат из титана, в частности с высокой степенью остеоинтеграции, и способ получения таких имплантатов, покрытых тонкой пленкой диоксида титана в кристаллической форме анатаза.From US 2009005880 A1, 01/01/2009 an intraosseous implant made of titanium, in particular with a high degree of osseointegration, and a method for producing such implants coated with a thin film of titanium dioxide in crystalline anatase form are known.

Имплантат получают путем нанесения на подложку погружением, окунанием, распылением или нанесением валиком жидкого гелеобразного и стабильного реагента (далее - прекурсор), изготовленного из неорганических или металлоорганических соединений титана (IV), с последующей термической обработкой для достижения уплотнения, в результате на поверхности подложки образуются тонкие пленки покрытия из TiO2 в кристаллической форме анатаза.An implant is obtained by applying to the substrate by immersion, dipping, spraying or roller application of a gel-like and stable reagent (hereinafter referred to as the precursor) made of inorganic or organometallic titanium (IV) compounds, followed by heat treatment to achieve compaction, as a result, on the surface of the substrate are formed Thin films of TiO 2 coating in crystalline anatase form.

Жидкий прекурсор содержит соединение титана, воду, органический растворитель, органическую или неорганическую кислоту, катионноактивное или неионогенное поверхностно-активное вещество.The liquid precursor contains a titanium compound, water, an organic solvent, an organic or inorganic acid, a cationic or nonionic surfactant.

В качестве соединения титана используют либо неорганическое соединение титана, например, тетрахлорид титана (TiCl4), либо органометаллическое соединение титана.As the titanium compound, either an inorganic titanium compound, for example, titanium tetrachloride (TiCl 4 ), or an organometallic titanium compound is used.

Способ достаточно сложен и не позволяет получать этим способом на поверхности титанового имплантата очень тонкие многослойные пленки покрытия с необходимыми свойствами.The method is quite complicated and does not allow to obtain very thin multilayer coating films with the required properties on the surface of a titanium implant in this way.

Из патента US 2010159118, A1, 24.06.2010 известен способ получения биосовместимого титанового имплантата с нанесенным на подложку, например, из титана или титанового сплава методом золь-гель технологии пленки из оксида титана, например, анатазной модификации, которая обладает превосходной способностью к образованию гидроксиапатита, что позволяет использовать имплантат для устранения костных дефектов и образования костной ткани. Покрытия из оксида титана по золь-гель технологии образуются путем нанесения на подложку титановой жидкости, содержащей соединение титана, такого как алкоксид титана, например, этоксититан [Ti(OC2H5)4], органический растворитель, предпочтительно одноатомный спирт, воду, катализатор гидролиза (кислота или щелочь, например, неорганическая кислота). Жидкость наносят на подложку, например, окунанием. Далее осуществляют термообработку от 250°C до 790°C, предпочтительно 350°C и выше. Далее осуществляют ультрафиолетовое облучение и обработку имплантата в имитаторе жидкости тела для генерации на его поверхности кристаллов гидроксиапатита. Отметим, что описанный способ является жидкофазным методом нанесения покрытий, и он не применим к имплантатам с большой площадью поверхности, содержащим глубокие поры малого диаметра.From US Pat. No. 2010159118, A1, June 24, 2010, a method is known for producing a biocompatible titanium implant coated on a substrate, for example, from titanium or a titanium alloy, by the sol-gel technique of a film of titanium oxide, for example, anatase modification, which has excellent hydroxyapatite formation ability , which allows the use of an implant to eliminate bone defects and bone formation. Coatings from titanium oxide by sol-gel technology are formed by applying a titanium fluid containing a titanium compound, such as titanium alkoxide, for example ethoxy titanium [Ti (OC 2 H 5 ) 4 ], an organic solvent, preferably a monohydric alcohol, a catalyst onto a substrate hydrolysis (acid or alkali, for example, inorganic acid). The liquid is applied to the substrate, for example, by dipping. Next, heat treatment is carried out from 250 ° C to 790 ° C, preferably 350 ° C and above. Next, ultraviolet irradiation and treatment of the implant are carried out in a body fluid simulator to generate hydroxyapatite crystals on its surface. Note that the described method is a liquid-phase coating method, and it is not applicable to implants with a large surface area containing deep pores of small diameter.

Из уровня техники известна технология осаждения на подложках тонких пленок, которая основывается на последовательных химических реакциях между газообразным регентом и твердым телом, так называемый метод атомно-слоевого осаждения (АСО). Большинство АСО-реакций используют два химических соединения, которые обычно называют прекурсорами. Такие прекурсоры поочередно вступают в реакцию с поверхностью. В результате многократного влияния прекурсоров происходит рост тонкой пленки, [В.Б. Алесковский, журнал «Прикладная химия», 47, 2145, (1974)].The prior art technology for the deposition of thin films on substrates, which is based on sequential chemical reactions between a gaseous regent and a solid, the so-called atomic layer deposition (ASO) method. Most ASO reactions use two chemical compounds that are commonly called precursors. Such precursors react in turn with the surface. As a result of the repeated influence of precursors, a thin film grows, [V. B. Aleskovsky, Journal of Applied Chemistry, 47, 2145, (1974)].

Способ атомно-слоевого осаждения широко используется в микроэлектронике. Так, например, в монографии (Киреев В.Ю., Столяров А.А. Технологии микроэлектроники. Химическое осаждение из газовой фазы - М.: Техносфера, 2006. - 192 с.) описан способ атомно-слоевого осаждения пленок сложных химических соединений путем послойного, разделенного на циклы процесса осаждения материала, моноатомной за цикл толщиной. По окончании каждого цикла химическая реакция самоостанавливается. Общая толщина пленки задается и контролируется по количеству циклов осаждения. Атомы последующего слоя образуют химические связи с атомами предыдущего таким образом, что создается упорядоченная структура пространственного расположения атомов всего многослойного осадка. Технология реализуется путем дискретной поочередной подачи реагентов к поверхности подложки с промежуточной продувкой зоны реакции инертным газом.The atomic layer deposition method is widely used in microelectronics. So, for example, in the monograph (Kireev V.Yu., Stolyarov A.A. Microelectronics Technologies. Chemical Deposition from the Gas Phase - M .: Tekhnosfera, 2006. - 192 pp.), A method of atomic layer deposition of films of complex chemical compounds by layered, divided into cycles of the process of deposition of material, monoatomic per cycle thickness. At the end of each cycle, the chemical reaction self-stops. The total film thickness is set and controlled by the number of deposition cycles. The atoms of the subsequent layer form chemical bonds with the atoms of the previous one so that an ordered structure of the spatial arrangement of the atoms of the entire multilayer precipitate is created. The technology is implemented by discrete alternating supply of reagents to the surface of the substrate with intermediate purging of the reaction zone with an inert gas.

В частности, в патенте US 2006/0251875 A1, 09.11.2006 описан биосовместимый и биоинертный имплантат (в виде чипа), биосовместимый с теплокровными животными, и способ его получения путем нанесения на кремниевую подложку методом атомно-слоевого осаждения биосовместимого и биоинертного покрытия, состоящего из одного или нескольких слоев одного или более следующих материалов: оксид алюминия или оксид титана, или оксида циркония, или оксид ванадия, или нитрид кремния, или карбид кремния, или титана. Покрытие осаждают с использованием газообразных прекурсоров, например, из тетрахлорида титана и воды, при температуре осаждения 100-900°C.In particular, in patent US 2006/0251875 A1, 09/09/2006, a biocompatible and bioinert implant (in the form of a chip), biocompatible with warm-blooded animals, and a method for its preparation by deposition of a biocompatible and bio-inert coating on the silicon substrate by atomic-layer deposition consisting of from one or more layers of one or more of the following materials: aluminum oxide or titanium oxide, or zirconium oxide, or vanadium oxide, or silicon nitride, or silicon carbide, or titanium. The coating is precipitated using gaseous precursors, for example, from titanium tetrachloride and water, at a deposition temperature of 100-900 ° C.

Однако получаемое покрытие не является биоактивным и получаемый материал, как устройство типа чипа, не предназначен для использования в качестве имплантата для устранения дефектов костной ткани. Кроме того, в качестве прекурсоров на металл используются галлиды металлов TiCl4, TiI4, ZrCl4, которые могут приводить к внедрению в покрытие галогенов, а также поскольку при использовании этих прекурсоров одним из основных продуктов реакций являются коррозионно-активные вещества типа HCl, способные взаимодействовать с материалом реактора (как правило, хромоникелевая нержавеющая сталь), покрытие может насыщаться такими элементами, как Ni, Cr, Fe, что ввиду их токсичности крайне нежелательно в биомедицинских применениях. Отметим, что использование в качестве прекурсоров на Ti, Zr, Та органометаллических соединений Ti(OC2H5)4, Zr[N(CH3)(C2H5)]4, Та(ОС2Н5)5, соответственно, не должно приводить к насыщению покрытия токсичными элементами.However, the resulting coating is not bioactive and the resulting material, as a device such as a chip, is not intended to be used as an implant to eliminate bone defects. In addition, metal gallides TiCl 4 , TiI 4 , ZrCl 4 are used as precursors to the metal, which can lead to the introduction of halogens into the coating, and also, when using these precursors, one of the main reaction products is corrosive substances such as HCl, capable of interact with the reactor material (usually chromium-nickel stainless steel), the coating can be saturated with elements such as Ni, Cr, Fe, which is highly undesirable in biomedical applications due to their toxicity. Note that the use of organometallic compounds Ti (OC 2 H 5 ) 4 , Zr [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 , Ta (OS 2 H 5 ) 5 as precursors on Ti, Zr, and Ta, respectively , should not lead to saturation of the coating with toxic elements.

Технической задачей заявленного изобретения и достигаемым при этом техническим результатом являются получение биоактивного покрытия титанового имплантата, в том числе с многослойным покрытием, с высокой однородностью покрывающего трехмерный имплантат, в том числе и с очень развитым поверхностным рельефом, обладающим хорошими биоактивными свойствами, пониженной токсичностью, высокой коррозионной стойкостью, расширение арсенала технических средств - имплантатов титановых для устранения различных костных дефектов, восстановления костной ткани.The technical task of the claimed invention and the technical result achieved by this is to obtain a bioactive coating of a titanium implant, including a multilayer coating, with high uniformity covering a three-dimensional implant, including a very developed surface relief, with good bioactive properties, low toxicity, high corrosion resistance, expanding the arsenal of technical means - titanium implants to eliminate various bone defects, restore osteal tissue.

Поставленная техническая задача и достигаемый при этом технический результат, достигаются способом получения на имплантируемом в костную ткань человека титановом имплантате биоактивного покрытия, представляющего собой многокомпонентное или многослойное биоактивное покрытие из, по меньшей мере, слоев одного оксида переходного металла из группы оксид титана, оксид циркония, оксид гафния, оксид тантала, оксид ниобия, включающий последующее нанесение слоев биоактивного покрытия, путем выращивания тонких пленок из указанных оксидов металлов методом атомно-слоевого осаждения при пониженном давлении, температуре в реакционной зоне используемого устройства для атомно-слоевого осаждения 200-300°C и при продувке реакционной зоны азотом при давлении 0,5-5 мбар и при импульсной подаче к поверхности металлической подложки имплантата химических реагентов - прекурсоров, включающих органометаллические соединения и воду, с периодом длительности импульсов подачи металлсодержащих прекурсоров 0,2-0,6 сек и с межимпульсной продувкой реакционной зоны азотом около 6 сек, при этом количеством циклов осаждения определяют необходимую толщину биоактивного покрытия, которое варьируется в пределах от 100 до 1000 циклов, а в качестве прекурсоров используют химические реагенты, включающие, по меньшей мере, одно соответствующее органометаллическое соединение и воду, выбранные из группы, включающие химические реагенты-прекурсоры, в которую входят этоксититан (тетраэтоксититан Ti(OC2H5)4) и вода, этилметиламидциркония Zr[N(CH3)(С2Н5)]4 и вода, этилметиламидгафния Hf[N(CH3)(С2Н5)]4 и вода, пентаэтокситантал Ta(ОС2Н5)5, пентаэтоксиниобий Nb(OC2H5)5 и воду.The stated technical problem and the technical result achieved in this case are achieved by a method for producing a bioactive coating on a titanium implant implanted in human bone tissue, which is a multicomponent or multilayer bioactive coating of at least layers of one transition metal oxide from the group of titanium oxide, zirconia, hafnium oxide, tantalum oxide, niobium oxide, including the subsequent application of layers of a bioactive coating, by growing thin films of these metal oxides the method of atomic layer deposition under reduced pressure, the temperature in the reaction zone of the device used for atomic layer deposition of 200-300 ° C and when the reaction zone is purged with nitrogen at a pressure of 0.5-5 mbar and with a pulsed chemical implant applied to the surface of the metal substrate reagents - precursors, including organometallic compounds and water, with a pulse duration period of supply of metal-containing precursors of 0.2-0.6 seconds and with an inter-pulse purge of the reaction zone with nitrogen for about 6 seconds, with m deposition cycles determine the required thickness of the bioactive coating, which varies from 100 to 1000 cycles, and chemical reagents are used as precursors, including at least one corresponding organometallic compound and water selected from the group including chemical precursors, which includes ethoxy titanium (tetraethoxy titanium Ti (OC 2 H 5 ) 4 ) and water, ethyl methyl amid zirconium Zr [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 and water, ethyl methyl amid hafnium Hf [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 and water, pentaethoxytantalum Ta (OS 2 H 5 ) 5 , pentaethoxyniobium Nb (OC 2 H 5 ) 5 and water.

В результате осуществления данного способа по изобретению на поверхности титанового имплантата образуется многокомпонентное или многослойное биоактивное покрытие, выращенное из продуктов реакции прекурсоров и представляющее собой, в частности, покрытие из, по меньшей мере, одного оксида переходного металла, выбранного из группы, включающей покрытие из слоев оксида титана TiO2 с кристаллической анатазной модификацией, покрытие из слоев ZrO2, HfO2 с поликристаллической структурой с тетрагональной решеткой, покрытие из слоев Ta2O5 с аморфной структурой, Nb2O5 с аморфной структурой, покрытие из слоев мнгогокомпонентного оксида (TiO2)x(Ta2O5)1-x, где x равен 0,8-0,95 со структурой твердого раствора на основе тетрагональной кристаллической решетки (типа анатаз) или (ZrO2)x(Ta2O5)1-x, где x равен 0,8-0,95 со структурой твердого раствора на основе тетрагональной кристаллической решетки, с контролируемой толщиной покрытия, определяемой числом повторяющихся циклов осаждения соответствующих прекурсоров.As a result of the implementation of this method according to the invention, a multicomponent or multilayer bioactive coating is grown on the surface of a titanium implant grown from precursor reaction products and, in particular, is a coating of at least one transition metal oxide selected from the group comprising a coating of layers titanium oxide TiO 2 with crystalline anatase modification, a coating of ZrO 2 layers, HfO 2 with a polycrystalline structure with a tetragonal lattice, a coating of Ta 2 O 5 layers with amorphous th structure, Nb 2 O 5 with an amorphous structure, a coating of layers of a multicomponent oxide (TiO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1-x , where x is 0.8-0.95 with a structure of a solid solution based on a tetragonal crystal lattice (anatase type) or (ZrO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1-x , where x is 0.8-0.95 with the structure of a solid solution based on a tetragonal crystal lattice, with a controlled coating thickness determined by the number of repeated deposition cycles relevant precursors.

Характеристику около 6 секунд, указанную для промежуточной продувки реакционной зоны азотом между импульсами подачи следует понимать, как, например, 5,4 сек, 5,7 сек, 6,1 сек, 6,25 сек.A characteristic of about 6 seconds indicated for an intermediate purge of the reaction zone with nitrogen between feed pulses should be understood, such as, for example, 5.4 seconds, 5.7 seconds, 6.1 seconds, 6.25 seconds.

Во всех приведенных примерах продувку реакционной зоны азотом осуществляют при давлении 0,5-5,0 мбар.In all the examples cited, the reaction zone was purged with nitrogen at a pressure of 0.5-5.0 mbar.

Хотя используемый метод и называется методом атомно-слоевого осаждения (АСО), на самом деле за один цикл осаждения вырастает доля монослоя вещества. В частности, в покрытии типа (TiO2)x(Ta2O5)1-х циклы подобраны таким образом, чтобы в итоге получались не поочередные слои оксида титана и оксида тантала, а именно смесь, которая обладает новыми свойствами, что и ведет к ускорению остеоинтеграции.Although the method used is called atomic layer deposition (ASO), in fact, the fraction of a monolayer of a substance grows in one deposition cycle. In particular, in a coating of the type (TiO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1 cycles are selected so that as a result, not alternating layers of titanium oxide and tantalum oxide are obtained, namely, a mixture that has new properties, which leads to accelerate osseointegration.

Получаемый заявленным способом имплантируемый в костную ткань человека титановый имплантат содержит биоактивное покрытие. Биоактивность покрытия контролируется по образованию in vitro слоя гидроксиапатита в растворе, имитирующем тканевую жидкость тела человека.Obtained by the claimed method is implanted in human bone tissue a titanium implant contains a bioactive coating. The bioactivity of the coating is controlled by the formation of an in vitro layer of hydroxyapatite in a solution that mimics the tissue fluid of the human body.

Известно, что такие кристаллические модификации TiO2, как анатаз и рутил, обладают биоактивными свойствами, проявляющимися в их ускоренной (по сравнению с аморфным естественным окислом титана) остеоинтеграции, при этом предпочтение отдается оксиду титана с кристаллической структурой анатаза.It is known that crystalline modifications of TiO 2 , such as anatase and rutile, have bioactive properties, which are manifested in their accelerated (as compared with amorphous natural titanium oxide) osseointegration, with preference being given to titanium oxide with anatase crystal structure.

Действительно, было установлено, что анатаз удовлетворяет прежде всего кристаллографическому критерию при выборе материалов для биоактивных покрытий. [Masaki Uchida, Hyun-Min Kim, Tadashi Kokubo, Shunsuke Fujibayashi, Takashi Nakamura. Structural dependence of apatite formation on titania gels in a simulated body fluid // Journal of Biomedical Materials Research Part A Volume 64A, Issue 1, pages 164-170, 1 (2003)].Indeed, it was found that anatase primarily satisfies the crystallographic criterion when choosing materials for bioactive coatings. [Masaki Uchida, Hyun-Min Kim, Tadashi Kokubo, Shunsuke Fujibayashi, Takashi Nakamura. Structural dependence of apatite formation on titania gels in a simulated body fluid // Journal of Biomedical Materials Research Part A Volume 64A, Issue 1, pages 164-170, 1 (2003)].

Так как основой костной ткани человека является гидроксиапатит (Са10(PO4)6(OH)2) в гексагональной кристаллографической модификации, то материалы в кристаллической модификации с межплоскостными расстояниями, схожими с гидроксиапатитом (прежде всего оксиды переходных металлов), особенно тетрагональной модификации, являются потенциальными кандидатами на быструю остеинтеграцию с костной тканью человека.Since the basis of human bone tissue is hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) in a hexagonal crystallographic modification, materials in a crystalline modification with interplanar distances similar to hydroxyapatite (primarily transition metal oxides), especially tetragonal modifications, are potential candidates for rapid osteointegration with human bone tissue.

Изобретения поясняются чертежами и примерами.The invention is illustrated by drawings and examples.

На фиг. 1 изображено взаимное расположение OH-групп гидроксиапатита по отношению к атомам кислорода в TiO2 со структурой анатаза;In FIG. 1 shows the relative position of the OH groups of hydroxyapatite with respect to oxygen atoms in TiO 2 with the anatase structure;

На фиг. 2 изображено взаимное расположение OH-групп гидроксиапатита по отношению к атомам кислорода в TiO2 со структурой рутила;In FIG. 2 shows the relative position of the OH groups of hydroxyapatite with respect to oxygen atoms in TiO 2 with the structure of rutile;

На фиг. 3 представлены рентгеновские дифрактограммы от покрытий TiO2, осажденных на титановую подложку за указанное число реакционных циклов;In FIG. 3 shows X-ray diffraction patterns from TiO 2 coatings deposited on a titanium substrate for a specified number of reaction cycles;

На фиг. 4 представлена рентгеновская дифракция от покрытия TiO2, осажденного на титановую подложку за указанное число рекционных циклов после выдержки в растворе, моделирующем тканевую жидкость;In FIG. 4 shows X-ray diffraction from a TiO 2 coating deposited on a titanium substrate for a specified number of reaction cycles after exposure to a solution simulating tissue fluid;

На фиг. 5 изображены спектры рентгеновской дифракции, измеренные от образцов с TiO2, полученных при следующих длительностях импульсов тетраэтоксититана: t=0,06 сек, t=0,2 сек и t=0,6 сек;In FIG. 5 shows X-ray diffraction spectra measured from samples with TiO 2 obtained with the following pulse widths of tetraethoxy titanium: t = 0.06 sec, t = 0.2 sec and t = 0.6 sec;

На фиг. 6 представлены дифрактограммы образцов с ZrO2, полученных при следующих длительностях импульсов этилметиламид циркония:t=0,06 сек. и t=0,5 сек.In FIG. Figure 6 shows the diffraction patterns of samples with ZrO 2 obtained with the following pulse durations of zirconium ethylmethylamide: t = 0.06 sec. and t = 0.5 sec.

На фиг. 7 приведены спектры рентгеновской дифракции, измеренные от образцов с многокомпонентными оксидами (TiO2)x(Ta2O5)1-х, с концентрацией TiO2 x=0,7 и x=0,9.In FIG. 7 shows the X-ray diffraction spectra measured from samples with multicomponent oxides (TiO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1 x , with a concentration of TiO 2 x = 0.7 and x = 0.9.

На фиг. 1 и фиг. 2 показано взаимное расположение OH-групп гидроксиапатита по отношению к атомам кислорода в TiO2 со структурой анатаза (фиг. 1) и в TiO2 со структурой рутила (фиг. 2).In FIG. 1 and FIG. Figure 2 shows the relative position of the OH groups of hydroxyapatite with respect to oxygen atoms in TiO 2 with the anatase structure (Fig. 1) and in TiO 2 with the rutile structure (Fig. 2).

Действительно, на фиг. 1 показано положение атомов O анатаза в кристаллографической плоскости (101) по отношению к положениям OH-групп гидроксиапатита в плоскости (0001), а на фиг. 2 положение атомов O рутила в плоскости (110) по отношению к положениям OH-групп гидроксиапатита в плоскости (0001). Из рисунка видно, что в случае анатаза совпадение положения атомов кислорода с положением OH-групп практически полное, а в случае рутила присутствует расхождение ~3%. Данное обстоятельство часто принимается во внимание при объяснении более высокой биоактивности анатаза по сравнению с рутилом.Indeed, in FIG. 1 shows the position of the O anatase O atoms in the crystallographic plane (101) with respect to the positions of the OH groups of hydroxyapatite in the (0001) plane, and in FIG. 2, the position of the rutile O atoms in the (110) plane with respect to the positions of the OH groups of hydroxyapatite in the (0001) plane. It can be seen from the figure that in the case of anatase the coincidence of the position of oxygen atoms with the position of OH groups is almost complete, and in the case of rutile there is a discrepancy of ~ 3%. This circumstance is often taken into account when explaining the higher anatase bioactivity compared to rutile.

Биоактивными характеристиками обладают также покрытия из оксида циркония и оксида гафния в тетрагональной кристаллической модификации.Bioactive characteristics are also possessed by coatings of zirconium oxide and hafnium oxide in tetragonal crystalline modification.

1. При выборе материалов покрытий - кандидатов на высокую биоактивность, кроме описанного выше кристаллографического подхода при выборе материалов, представляется интересным рассмотреть еще следующие обстоятельства. Согласно работе [Kim Н-М, Himeno Т, Kokubo Т, Nakamura Т, Process and kinetics of bonelike apatite formation on sintered hydroxyapatite in a simulated body fluid, Biomaterials 26 (2005) 4366-4373] ключевым фактором для усиления биоактивных свойств является формирование активного притока ионов кальция на поверхность имплантата, поскольку с формирования кальцийсодержащего слоя и начинается процесс остеоинтеграции. Изоэлектрический потенциал является величиной, которая фактически является значением pH жидкости, при помещении в которую не возникает разности потенциалов между поверхностью имплантата и жидкостью. Известно, что pH крови человека изменяется в пределах 7.2-7.4. Тогда материалы с изоэлектрическим потенциалом поверхности <7.2-7.4 будут обеспечивать разность потенциалов с тканевой жидкостью, обеспечивая поток ионов Ca+ к их поверхности. В табл. 1 из работы [М. Textor, С. Sittig, V. Frauchiger, S. Tosatti, D.M. Brunette. Properties and Biological Significance of Natural Oxide Films, on Titanium and Its Alloys in “Titanium in Medicine: Material Science, Surface Science, Engineering, Biological Responses and Medical Applications”, Springer Verlag, Heidelberg and Berlin; 2001; pp. 171-230] приведены данные об изоэлектрическом потенциале и цитотоксичности некоторых простых оксидов переходных металлов. Серым цветом выделены оксиды, обладающие как низким изоэлектрическим потенциалом, так и не проявляющие цитотоксичности. Среди этих материалов наиболее низким изоэлектрическим потенциалом обладает Ta2O5.1. When choosing coating materials - candidates for high bioactivity, in addition to the crystallographic approach described above when choosing materials, it seems interesting to consider the following circumstances. According to [Kim NM, Himeno T, Kokubo T, Nakamura T, Process and kinetics of bonelike apatite formation on sintered hydroxyapatite in a simulated body fluid, Biomaterials 26 (2005) 4366-4373], a key factor for enhancing bioactive properties is formation active influx of calcium ions on the surface of the implant, since the process of osseointegration begins with the formation of a calcium-containing layer. The isoelectric potential is a value that is actually the pH value of the liquid, when placed in which there is no potential difference between the surface of the implant and the liquid. It is known that the pH of human blood varies between 7.2-7.4. Then materials with an isoelectric potential of the surface <7.2-7.4 will provide a potential difference with the tissue fluid, providing a flow of Ca + ions to their surface. In the table. 1 from [M. Textor, S. Sittig, V. Frauchiger, S. Tosatti, DM Brunette. Properties and Biological Significance of Natural Oxide Films, on Titanium and Its Alloys in “Titanium in Medicine: Material Science, Surface Science, Engineering, Biological Responses and Medical Applications”, Springer Verlag, Heidelberg and Berlin; 2001; pp. 171-230] provides data on the isoelectric potential and cytotoxicity of some simple transition metal oxides. Oxides possessing both low isoelectric potential and not showing cytotoxicity are highlighted in gray. Among these materials, Ta 2 O 5 has the lowest isoelectric potential.

Figure 00000001
Figure 00000001

Тем не менее тонкие пленки из оксида тантала, получаемые различными методами, обладают существенным с точки зрения представленного выше кристаллографического критерия биоактивности недостатком - они аморфны в достаточно широком диапазоне толщин. Поэтому, в этой связи, представляется перспективной разработка многокомпонентного покрытия, включающего в себя компонент, удовлетворяющий кристаллографическому критерию (TiO2 в тетрагональной модификации анатаз или ZrO2 в тетрагональной модификации) и компонент с низким изоэлектрическим потенциалом (Ta2O5). При этом с целью максимального соответствия кристаллографическому критерию покрытие по своему фазовому составу должно представлять твердый раствор типа (TiO2)x(Ta2O5)1-x или (ZrO2)x(Ta2O5)1-x с тетрагональной решеткой. Отметим, что использование в качестве прекурсоров Ti, Zr, Hf, Та органометаллических соединений Ti(OC2H5)4, Zr[N(CH3)(C2H5)]4, Hf[N(CH3)(C2H5)]4, Ta(OC2H5)5, соответственно, не должно приводить к насыщению покрытия токсичными элементами.Nevertheless, thin films of tantalum oxide obtained by various methods have a significant drawback from the point of view of the crystallographic bioactivity criterion presented above - they are amorphous in a fairly wide range of thicknesses. Therefore, in this regard, it seems promising to develop a multicomponent coating that includes a component that meets the crystallographic criterion (TiO 2 in the tetragonal modification of anatase or ZrO 2 in the tetragonal modification) and a component with a low isoelectric potential (Ta 2 O 5 ). In order to maximize compliance with the crystallographic criterion, the coating in its phase composition should be a solid solution of the type (TiO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1-x or (ZrO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1-x with a tetragonal lattice . We note that the use of Ti, Zr, Hf, and Ta organometallic compounds as precursors is Ti (OC 2 H 5 ) 4 , Zr [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 , Hf [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 , Ta (OC 2 H 5 ) 5 , respectively, should not lead to saturation of the coating with toxic elements.

Ниже представлены примеры, иллюстрирующие заявленное изобретение, но не ограничивающие его.Below are examples illustrating the claimed invention, but not limiting it.

Пример 1.Example 1

Непосредственно перед АСО титановые пластины марки Grade 4 отмывалась в ультразвуковой ванне при 50°C сначала в ацетоне (ХЧ) (10 мин), затем в этаноле (96%, ХЧ) (10 мин), затем в деионизованной воде (10 мин). АСО TiO2 на титановые пластины проводили в реакторе атомно-слоевого осаждения вертикального типа, работающего при пониженном давлении (~2 мбар) при температуре реактора 300°C в режиме прокачки азота. Из-за низкого давления паров этоксититана (Ti(OC2H5)4) его подавали в реактор из прогреваемого источника при температуре 150°C. Длительность импульсов подачи Ti(OC2H5)4 и H2O составляла 0.2 и 0.2 с, соответственно. Время продувки азотом после каждого импульса подачи прекурсоров составляло 6 с после каждого импульса подачи реагентов. Количество реакционных циклов «n» варьировали от 100 до 1000, что соответствовало толщине получаемого TiO2 от 4 до 40 нм.Directly before ASO, Grade 4 titanium plates were washed in an ultrasonic bath at 50 ° C, first in acetone (ChP) (10 min), then in ethanol (96%, ChP) (10 min), then in deionized water (10 min). ASO TiO 2 on titanium plates was carried out in a vertical-type atomic layer deposition reactor operating under reduced pressure (~ 2 mbar) at a reactor temperature of 300 ° C in a nitrogen pumping mode. Due to the low vapor pressure of ethoxy titanium (Ti (OC 2 H 5 ) 4 ), it was fed into the reactor from a heated source at a temperature of 150 ° C. The duration of the feed pulses of Ti (OC 2 H 5 ) 4 and H 2 O was 0.2 and 0.2 s, respectively. The nitrogen purge time after each precursor feed pulse was 6 s after each reagent feed pulse. The number of reaction cycles "n" ranged from 100 to 1000, which corresponded to the thickness of the obtained TiO 2 from 4 to 40 nm.

Кристаллическая структура полученных TiO2 покрытий исследовалась методом рентгеновской дифрактометрии. В этом и в других примерах реализации изобретения биоактивность покрытий оценивалась по способности образовывать на поверхности слой гидроксиапатита после их выдержки в растворе, моделирующем тканевую жидкость (РМТЖ), в течении 9 дней по методике, изложенной в работе [Tas А.С., Bhaduri S.B. // Biomaterials. 2000. V. 21. P. 1429]. Наличие гидроксиапатита контролировалось методом рентгеновской дифрактометрии и/или гравитометрическим методом.The crystal structure of the obtained TiO 2 coatings was studied by x-ray diffractometry. In this and other examples of the invention, the bioactivity of the coatings was evaluated by their ability to form a hydroxyapatite layer on the surface after they were soaked in a solution simulating tissue fluid (BCL) for 9 days according to the method described in [Tas A.S., Bhaduri SB // Biomaterials. 2000. V. 21. P. 1429]. The presence of hydroxyapatite was monitored by x-ray diffractometry and / or by gravity.

На фиг. 3 и фиг. 4 показаны дифрактограммы титановых образцов с покрытием TiO2 100, 300, 600 и 1000 циклов. Измерения были сделаны в области наиболее интенсивного пика анатаза (101) 2θ ~24.6°-26.2°. Было замечено, что пока число циклов меньше 300 рентгеновская дифракция не выявляла каких-либо дифракционных пиков. Сканирование в широком диапазоне (2θ ~10-70°, не показано на фиг. 3) так же не выявило дифракционных пиков за исключением пика от титановой подложки. В то время как при количестве циклов n≥300 появляется пик от анатаза (101) 2θ ~25.4° (ICDD: №01-070-6826). Также стоит отметить, что интенсивность пика растет с увеличением количества циклов «n» (фиг. 3).In FIG. 3 and FIG. 4 shows diffraction patterns of titanium samples coated with TiO 2 of 100, 300, 600 and 1000 cycles. Measurements were made in the region of the most intense peak of anatase (101) 2θ ~ 24.6 ° -26.2 °. It has been observed that while the number of cycles is less than 300, X-ray diffraction has not revealed any diffraction peaks. Scanning in a wide range (2θ ~ 10-70 °, not shown in Fig. 3) also did not reveal diffraction peaks except for the peak from the titanium substrate. While with the number of cycles n≥300, a peak from anatase (101) 2θ ~ 25.4 ° appears (ICDD: No. 01-070-6826). It is also worth noting that the peak intensity increases with the number of “n” cycles (Fig. 3).

Пока количество реакционных циклов менее 600, рентгеновская дифракция выявляет только один пик на 25.4°, соответствующий кристаллической фазе анатаз (101). С увеличением числа циклов n>600 появляется второй пик от анатаза на 48.2° (200). Таким образом, поликристаллическая структура пленки и соответствующее табличным данным отношение сравнительной интенсивности пиков (101) и (200) показывают на отсутствие сильного текстурирования пленок TiO2, созданных методом атомно-слоевого осаждения.While the number of reaction cycles is less than 600, X-ray diffraction reveals only one peak at 25.4 °, corresponding to the crystalline phase of anatase (101). With an increase in the number of cycles n> 600, a second peak from anatase appears at 48.2 ° (200). Thus, the polycrystalline structure of the film and the ratio of the relative intensities of peaks (101) and (200) corresponding to the tabular data indicate the absence of strong texturing of TiO 2 films created by atomic layer deposition.

Итак, на фиг. 3 и фиг. 4 представлены рентгеновская дифракция от: фиг. 3 покрытия TiO2, осажденного на титановую подложку за 100, 300, 600, 1000 реакционных циклов; фиг. 4 покрытия TiO2, осажденного на титановую подложку за 100, 300, 600, 1000 реакционных циклов после выдержки в растворе, моделирующем тканевую жидкость в зависимости от числа реакционных циклов.So in FIG. 3 and FIG. 4 presents x-ray diffraction from: FIG. 3 TiO 2 coatings deposited on a titanium substrate in 100, 300, 600, 1000 reaction cycles; FIG. 4 TiO 2 coatings deposited on a titanium substrate in 100, 300, 600, 1000 reaction cycles after exposure to a solution simulating tissue fluid depending on the number of reaction cycles.

Апатит-образующая способность TiO2 покрытия была изучена в зависимости от числа реакционных циклов n. После выдержки в растворе, моделирующем тканевую жидкость, титановые образцы с TiO2 покрытием были проанализированы методами рентгеновской дифракции, растровым электронным микроскопом с приставкой элементного анализа. На фиг. 3 показана дифрактограмма титановых образцов с покрытием из TiO2, полученных при варьировании числа реакционных циклов n в диапазоне 100-1000 циклов после выдержки в растворе, моделирующем тканевую жидкость. При n<300 дифракция выявляет только один дифракционный пик на 31.7°, что соответствует NaCl. При n≥300 появляется пик на 26.1°, 31.8°, 32.3° и 32.8°, что соответствует пикам (002), (211), (112), (300) гидроксиапатита соответственно. Таким образом, фиг. 3 и фиг. 4 показывают, что аморфное покрытие TiO2 (n<300) не вызывает рост гидроксиапатита при выдержке в растворе, моделирующем тканевую жидкость. При дальнейшем увеличении толщины покрытия при изменении n в диапазоне 300-1000 (10-40 нм) гидроксиапатит присутствует, при этом не наблюдается существенного изменения его количества. В результате установлена корреляция между структурными характеристиками АСО TiO2 и его биоактивными свойствами, проявляющаяся в том, что рентгеноаморфные TiO2 покрытия являются биоинертными (после выдержки образцов в РМТЖ гидроксиапатит отсутствует), в то время как поликристаллические с тетрагональной структурой типа анатаз проявляют биоактивные свойства (после выдержки образцов в РМТЖ на поверхности присутствует гидроксиапатит). Таким образом, показано, что толщина АСО покрытия TiO2 может быть подобрана из условия проявления покрытием поликристаллической структуры.Apatite-forming ability of TiO 2 coatings was studied depending on the number of reaction cycles n. After exposure to a solution simulating tissue fluid, titanium samples with a TiO 2 coating were analyzed by x-ray diffraction, a scanning electron microscope with an elemental analysis attachment. In FIG. Figure 3 shows the diffraction pattern of titanium samples coated with TiO 2 obtained by varying the number of reaction cycles n in the range of 100-1000 cycles after exposure to a solution simulating tissue fluid. At n <300, diffraction reveals only one diffraction peak at 31.7 °, which corresponds to NaCl. At n≥300, a peak appears at 26.1 °, 31.8 °, 32.3 ° and 32.8 °, which corresponds to the peaks (002), (211), (112), (300) hydroxyapatite, respectively. Thus, FIG. 3 and FIG. 4 show that the amorphous TiO 2 coating (n <300) does not cause the growth of hydroxyapatite upon exposure to a solution simulating tissue fluid. With a further increase in the coating thickness with a change in n in the range of 300–1000 (10–40 nm), hydroxyapatite is present, with no significant change in its amount. As a result, a correlation was established between the structural characteristics of ASO TiO 2 and its bioactive properties, which manifests itself in the fact that X-ray amorphous TiO 2 coatings are bio-inert (there is no hydroxyapatite after exposure to samples), while polycrystalline with anatase-type tetragonal structure exhibit bioactive properties ( after exposure of the samples to breast cancer, hydroxyapatite is present on the surface). Thus, it is shown that the thickness of the ASO coating of TiO 2 can be selected from the condition that the coating exhibits a polycrystalline structure.

Пример 2.Example 2

АСО покрытия TiO2 были получены при трех различных длительностях импульсов подачи титанового прекурсора - Ti(OC2H5)4, а именно t=0,2 с, t=0,6 с и t=0,06 с. Все остальные условия подготовки подложек и АСО процесса были такими же, как и в примере 1.ASO coatings of TiO 2 were obtained at three different pulse widths of the titanium precursor feed - Ti (OC 2 H 5 ) 4 , namely t = 0.2 s, t = 0.6 s and t = 0.06 s. All other conditions for the preparation of substrates and ASO process were the same as in example 1.

Ниже приведены спектры рентгеновской дифракции, измеренные от образцов с TiO2, полученных при t=0,06 с, t=0,2 с и t=0,6 с (фиг. 5).Below are the X-ray diffraction spectra measured from samples with TiO 2 obtained at t = 0.06 s, t = 0.2 s and t = 0.6 s (Fig. 5).

Рентгено-дифракционный анализ показал, что проведение АСО короткими импульсами t=0,2 с подачи титанового прекурсора позволяет получить однофазное TiO2 покрытие со структурой анатаз, в то время как АСО процесс при t=0.6 с приводит в дополнении к анатазной фазы появлению в покрытии рутильной фазы 2Θ ~27.5° (110). При t=0.06 с рефлексов от кристаллических фаз не выявлено.X-ray diffraction analysis showed that ASO with short pulses t = 0.2 s of a titanium precursor feed allows a single-phase TiO 2 coating with anatase structure to be obtained, while the ASO process at t = 0.6 s leads to the appearance of a coating in addition to the anatase phase rutile phase 2Θ ~ 27.5 ° (110). At t = 0.06 s, reflections from crystalline phases were not detected.

В примере 1 показано, что рентгеноаморфные TiO2 покрытия являются биоинертными. Вместе с тем было известно, что биоактивность рутильной фазы TiO2 существенно уступает биоактивности анатазной. Таким образом, показана необходимость проведения процесса АСО TiO2 при длительностях импульсов титанового прекурсора, указанных в формуле изобретения.Example 1 shows that X-ray amorphous TiO 2 coatings are bioinert. However, it was known that the bioactivity of the rutile phase of TiO 2 is significantly lower than the anatase bioactivity. Thus, the need for the ASO TiO 2 process at the pulse durations of the titanium precursor specified in the claims is shown.

Пример 3.Example 3

Непосредственно перед АСО титановые пластины марки Grade 4 отмывались в ультразвуковой ванне при 50°C сначала в ацетоне (ХЧ) (10 мин), затем в этаноле (96%, ХЧ) (10 мин), затем в деионизованной воде (10 мин.). АСО ZrO2 проводили с использованием этиламидациркония Zr[N(CH3)(C2H5)]4 и воды в качестве прекурсоров, а АСО HfO2 - с использованием этиламидагафния Hf[N(CH3)(C2H5)]4 и воды в качестве прекурсоров, в реакторе атомно-слоевого осаждения вертикального типа при температуре реактора 240°C, работающего при пониженном давлении (~2 мбар) в режиме прокачки азота. Из-за низкого давления паров этилметиламидциркония Zr[N(CH3)(C2H5)]4 и этиламидагафния Hf[N(CH3)(C2H5)]4 их подавали в реактор из прогреваемого источника при температуре 100°C. Время продувки азотом после каждого импульса подачи прекурсоров составляло 6 с. АСО покрытия ZrO2 и HfO2 и были получены при трех различных длительностях импульсов подачи металлсодержащих прекурсоров -Zr[N(CH3)(C2H5)]4 в случае роста ZrO2 и Hf[N(CH3)(C2H5)]4 в случае роста HfO2, а именно t=0,8 с, t=0,5 с и t=0,06 с. Количество реакционных циклов варьировали в диапазоне 100-1000, что соответствовало толщинам получаемых покрытий 8-80 нм.Directly before ASO, Grade 4 titanium plates were washed in an ultrasonic bath at 50 ° C, first in acetone (ChP) (10 min), then in ethanol (96%, ChP) (10 min), then in deionized water (10 min.) . ASO ZrO 2 was carried out using ethylamidacirconium Zr [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 and water as precursors, and ASO HfO 2 was carried out using ethylamidagafnium Hf [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 and water as precursors in a vertical-type atomic layer deposition reactor at a reactor temperature of 240 ° C operating under reduced pressure (~ 2 mbar) in a nitrogen pumping mode. Due to the low vapor pressure of ethylmethylamidzirconium Zr [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 and ethylamidahafnium Hf [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 they were fed into the reactor from a heated source at a temperature of 100 ° C. The nitrogen purge time after each precursor feed pulse was 6 s. ASO coatings of ZrO 2 and HfO 2 were obtained at three different pulse durations for the supply of metal-containing precursors —Zr [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 in the case of growth of ZrO 2 and Hf [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 in the case of an increase in HfO 2 , namely t = 0.8 s, t = 0.5 s and t = 0.06 s. The number of reaction cycles varied in the range of 100-1000, which corresponded to the thickness of the resulting coatings 8-80 nm.

На фиг. 6 представлены дифрактограммы образцов покрытием ZrO2, полученным при длительности импульсов этилметиламид циркония 0,06 сек и 0,5 сек. Из фигуры видно, что образец со временем напуска прекурсора Zr[N(CH3)(C2H5)]4 0,5 сек. обладает кристаллическими рефлексами [110], [101] тетрагональной структуры, а образец с 0,06 сек является аморфным.In FIG. Figure 6 shows the diffraction patterns of samples with a ZrO 2 coating obtained with a pulse duration of zirconium ethyl methylamide of 0.06 sec and 0.5 sec. The figure shows that the sample with the time of the inlet of the precursor Zr [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 0.5 sec. possesses crystalline reflections of [110], [101] tetragonal structures, and a sample with 0.06 sec is amorphous.

После этого был сделан тест на биоактивность в растворе, моделирующем тканевую жидкость. Для проверки данных результатов были приведены количественные исследования на основе РД-спектров, в ходе которых оценивалась площадь под пиками. Моделирование производилось в среде WinXRD, для моделирования спектров были использованы функции Pearson и Split Pearson. Данные по количественным рентгено-структурным исследованиям и приросту массы сведены в таблицу 2.After that, a bioactivity test was made in a solution simulating tissue fluid. To verify these results, quantitative studies based on RD spectra were presented, during which the area under the peaks was estimated. The simulation was performed in the WinXRD environment; the Pearson and Split Pearson functions were used to simulate the spectra. Data on quantitative x-ray structural studies and weight gain are summarized in table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Из таблицы видно, что наибольшей биоактивностью обладает образец, полученный при длительности импульса Zr[N(CH3)(C2H5)]4 0,5 с. Аналогичные зависимости по биоактивности покрытий от длительности импульса металлического прекурсора были получены и в случае роста покрытия HfO2 с использованием этилметиламидогафния в качестве металлического прекурсора. Таким образом, показана необходимость проведения процесса АСО ZrO2 и HfO2 при длительностях импульсов металлических прекурсоров, указанных в п. 1 формулы изобретения.It can be seen from the table that the sample obtained with a pulse duration of Zr [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] of 4 0.5 s has the highest bioactivity. Similar dependences on the bioactivity of the coatings on the pulse duration of the metal precursor were obtained in the case of the growth of the HfO 2 coating using ethylmethylamidogafnium as a metal precursor. Thus, the need for an ASO ZrO 2 and HfO 2 process at the pulse durations of metal precursors specified in paragraph 1 of the claims is shown.

Пример 4.Example 4

Непосредственно перед АСО титановые пластины марки Grade 4 отмывалась в ультразвуковой ванне при 50°C сначала в ацетоне (ХЧ) (10 мин), затем в этаноле (96%, ХЧ) (10 мин), затем в деионизованной воде (10 мин). АСО Ta2O5 проводили с использованием в качестве прекурсоров пентаокситантала Та(ОС2Н5)5 и воды в качестве, а АСО Nb2O5 - с использованием пентаоксиниобия Nb(OC2H5)5 и воды, в реакторе атомно-слоевого осаждения вертикального типа при температуре реактора 300°C, работающего при пониженном давлении (~2 мбар) в режиме прокачки азота. Время продувки азотом после каждого импульса подачи прекурсоров составляло 6 с. АСО покрытия и Nb2O5 и были получены при трех различных длительностях импульсов подачи металлсодержащих прекурсоров - Та(ОС2Н5)5 в случае роста Ta2O5 и Nb(OC2H5)5 в случае роста Nb2O5, а именно t=0,8 с, t=0,5 с и t=0,06 с. Количество реакционных циклов варьировали в диапазоне 100-1000, что соответствовало толщинам получаемых покрытий 4-40 нм.Directly before ASO, Grade 4 titanium plates were washed in an ultrasonic bath at 50 ° C, first in acetone (ChP) (10 min), then in ethanol (96%, ChP) (10 min), then in deionized water (10 min). ASO Ta 2 O 5 was carried out using Ta (OS 2 H 5 ) 5 pentaoxitantal and water as precursors, and ASO Nb 2 O 5 was used using pentoxyniobium Nb (OC 2 H 5 ) 5 and water, in an atomic vertical-type deposition at a reactor temperature of 300 ° C, operating under reduced pressure (~ 2 mbar) in the mode of nitrogen pumping. The nitrogen purge time after each precursor feed pulse was 6 s. ASO coatings and Nb 2 O 5 and were obtained at three different pulse durations for the supply of metal-containing precursors - Ta (OC 2 H 5 ) 5 in the case of growth of Ta 2 O 5 and Nb (OC 2 H 5 ) 5 in the case of growth of Nb 2 O 5 namely t = 0.8 s, t = 0.5 s and t = 0.06 s. The number of reaction cycles varied in the range of 100-1000, which corresponded to the thickness of the resulting coatings 4-40 nm.

Образцы с покрытиями были протестированы на биоактивность в растворе, моделирующем тканевую жидкость. После рентгено-дифракционной идентификации образования гидроксиапатита на образцах, выдержанных в растворе, моделирующем тканевую жидкость, прирост массы гидроксиапатита был определен гравитометрически и приведен в Таблице 3.Coated samples were tested for bioactivity in a solution simulating tissue fluid. After X-ray diffraction identification of the formation of hydroxyapatite on samples aged in a solution simulating tissue fluid, the increase in the mass of hydroxyapatite was determined gravitometrically and is shown in Table 3.

Figure 00000003
Figure 00000003

Из таблицы видно, что наибольшей биоактивностью (наибольший прирост гидроксиапатита) обладает образец с покрытием Ta2O5, полученный при длительности импульса Ta(OC2H5)5 - 0.5 с. Аналогичные зависимости по биоактивности покрытий от длительности импульса металлического прекурсора были получены и в случае роста покрытия Nb2O5 с использованием Nb(OC2H5)5 в качестве металлического прекурсора. Таким образом, показана необходимость проведения процесса АСО Ta2O5 и Nb2O5 при длительностях импульсов металлических прекурсоров, указанных в п. 1 формулы изобретения.The table shows that the highest bioactivity (the largest increase in hydroxyapatite) has a sample with a coating of Ta 2 O 5 , obtained with a pulse duration of Ta (OC 2 H 5 ) 5 - 0.5 s. Similar dependences on the bioactivity of coatings on the pulse duration of a metal precursor were obtained in the case of the growth of the Nb 2 O 5 coating using Nb (OC 2 H 5 ) 5 as a metal precursor. Thus, the need for the ASO process Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 at the pulse durations of the metal precursors specified in paragraph 1 of the claims is shown.

Пример 5.Example 5

АСО покрытия (TiO2)x(Ta2O5)1-x на титановых пластинах марки Grade 4 были получены при трех различных значениях концентраций x, а именно x=0.9, x=0.7 и x=0.98. С целью получения многокомпонентных покрытий указанного состава x АСО процесс проводили циклически повторяющимися супециклами, включающими 9 реакционных циклов с использованием Ti(OC2H5)4 (длительность импульса 0.2 сек) и H2O (длительность импульса 0.1 сек) и 1 реакционный цикл с использованием Ta(OC2H5)5 (длительность импульса 0.5 сек) и H2O (длительность импульса 0.1 сек) - для получения покрытия состава x=0.9; 7 реакционных циклов с использованием Ti(OC2H5)4 (длительность импульса 0.2 сек) и H2O (длительность импульса 0.1 сек) и 1 реакционный цикл с использованием Ta(ОС2Н5)5 (длительность импульса 0.5 сек) и H2O (длительность импульса 0.1 сек) - для получения покрытия, состава x=0.7; 20 реакционных циклов с использованием Ti(OC2H5)4 (длительность импульса 0.2 сек) и H2O (длительность импульса 0.1 сек) и 1 реакционный цикл с использованием Ta(OC2H5)5 (длительность импульса 0.5 сек) и H2O (длительность импульса 0.1 сек) - для получения покрытия состава x=0.98. Общее чило суперциклов подбирали такими, чтобы получить толщину многокомпонентного (TiO2)x(Ta2O5)1-x покрытия в диапазоне 30-50 нм. Все остальные условия подготовки подложек и проведения процесса АСО были такими же, как и в примере 1.ASO coatings (TiO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1-x on Grade 4 titanium plates were obtained at three different concentrations x, namely x = 0.9, x = 0.7 and x = 0.98. In order to obtain multicomponent coatings of the indicated composition x ASO, the process was carried out in cyclically repeating supecycles including 9 reaction cycles using Ti (OC 2 H 5 ) 4 (pulse duration 0.2 sec) and H 2 O (pulse duration 0.1 sec) and 1 reaction cycle with using Ta (OC 2 H 5 ) 5 (pulse duration 0.5 sec) and H 2 O (pulse duration 0.1 sec) to obtain a coating of composition x = 0.9; 7 reaction cycles using Ti (OC 2 H 5 ) 4 (pulse duration 0.2 sec) and H 2 O (pulse duration 0.1 sec) and 1 reaction cycle using Ta (OC 2 H 5 ) 5 (pulse duration 0.5 sec) and H 2 O (pulse duration 0.1 sec) - to obtain a coating, composition x = 0.7; 20 reaction cycles using Ti (OC 2 H 5 ) 4 (pulse duration 0.2 sec) and H 2 O (pulse duration 0.1 sec) and 1 reaction cycle using Ta (OC 2 H 5 ) 5 (pulse duration 0.5 sec) and H 2 O (pulse duration 0.1 sec) - to obtain a coating of composition x = 0.98. The total number of supercycles was chosen so as to obtain the thickness of the multicomponent (TiO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1-x coating in the range of 30-50 nm. All other conditions for the preparation of substrates and the ASO process were the same as in example 1.

На приведенной фиг. 7 изображены спектры рентгеновской дифракции, измеренные от образцов с (TiO2)x(Ta2O5)1-x, полученного при концентрационных числах x=0.7 и x=0.9.In FIG. 7 shows the X-ray diffraction spectra measured from samples with (TiO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1-x obtained at concentration numbers x = 0.7 and x = 0.9.

Из фиг. 7 видно, что образец со значением концентрации x=0.9 имеет дифракционный максимум, соответствующий рефлексу (101) от кристаллической структуры анатаз, тогда как образец с концентрационным значением x=0.7 не имеет дифракционных максимумов, что означает, что на поверхности находится аморфное покрытие. Так же был проведен тест в растворе, моделирующем тканевую жидкость, после чего был сделан анализ на дифрактометре. Результаты продемонстрированы в таблице 3.From FIG. Figure 7 shows that a sample with a concentration value of x = 0.9 has a diffraction maximum corresponding to reflection (101) of the anatase crystal structure, while a sample with a concentration value of x = 0.7 does not have diffraction maxima, which means that there is an amorphous coating on the surface. A test was also carried out in a solution simulating tissue fluid, after which an analysis was made on a diffractometer. The results are shown in table 3.

В Таблице 4 приведены интегральные интенсивности и прирост массы для образцов с многокомпонентным покрытием (TiO2)x(Ta2O5)1-x с различными концентрационными числами x, после их выдержки в растворе, моделирующем тканевую жидкость.Table 4 shows the integrated intensities and weight gain for samples with a multicomponent coating (TiO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1-x with different concentration numbers x, after exposure to a solution simulating tissue fluid.

Figure 00000004
Figure 00000004

Из таблицы видно, что наибольшей биоактивностью обладает образец с многокомпонентным покрытием (TiO2)x(Ta2O5)1-x с концентрационным числом x=0.9. Таким образом, была показана необходимость применения концентрационного числа в пределе от 0.8 до 0.95.It can be seen from the table that the sample with the multicomponent coating (TiO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1-x with the concentration number x = 0.9 has the highest bioactivity. Thus, the necessity of using a concentration number in the range from 0.8 to 0.95 was shown.

Пример 6.Example 6

АСО покрытия (ZrO2)x(Ta2O5)1-x на титановых пластинах марки Grade 4 были получены при трех различных значениях концентраций x, а именно x=0.9, x=0.7 и x=0.97. С целью получения многокомпонентных покрытий указанного состава x АСО процесс проводили циклически повторяющимися суперциклами, включающими 5 реакционных циклов с использованием Zr[N(CH3)(C2H5)]4 (длительность импульса 0,5 сек) и H2O (длительность импульса 0,1 сек) и 1 реакционный цикл с использованием Ta(OC2H5)5 (длительность импульса 0,5 сек) и H2O (длительность импульса 0,1 сек) - для получения покрытия состава x=0,9; 3 реакционных цикла с использованием Zr[N(CH3)(C2H5)]4 (длительность импульса 0,5 сек) и H2O (длительность импульса 0,1 сек) и 1 реакционный цикл с использованием Ta(OC2H5)5 (длительность импульса 0,5 сек) и H2O (длительность импульса 0,1 сек) - для получения покрытия состава x=0,7; 10 реакционных циклов с использованием Zr[N(CH3)(C2H5)]4 (длительность импульса 0,5 сек) и H2O (длительность импульса 0,1 сек) и 1 реакционный цикл с использованием Ta(OC2H5)5 (длительность импульса 0,5 сек) и H2O (длительность импульса 0,1 сек) - для получения покрытия состава x=0,97. Общее число суперциклов подбирали такими, чтобы получить толщину многокомпонентного (ZrO2)x(Ta2O5)1-x покрытия в диапазоне 30-50 нм. Все остальные условия подготовки подложек и проведения процесса АСО были такими же, как и в примере 1.ASO coatings (ZrO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1-x on Grade 4 titanium plates were obtained at three different concentrations x, namely x = 0.9, x = 0.7 and x = 0.97. In order to obtain multicomponent coatings of the specified composition x ASO, the process was carried out in cyclically repeated supercycles, including 5 reaction cycles using Zr [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 (pulse duration 0.5 sec) and H 2 O (duration pulse 0.1 s) and 1 reaction cycle using Ta (OC 2 H 5 ) 5 (pulse duration 0.5 s) and H 2 O (pulse duration 0.1 s) - to obtain a coating composition x = 0.9 ; 3 reaction cycles using Zr [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 (pulse duration 0.5 sec) and H 2 O (pulse duration 0.1 sec) and 1 reaction cycle using Ta (OC 2 H 5 ) 5 (pulse duration 0.5 sec) and H 2 O (pulse duration 0.1 sec) - to obtain a coating composition x = 0.7; 10 reaction cycles using Zr [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 (pulse duration 0.5 sec) and H 2 O (pulse duration 0.1 sec) and 1 reaction cycle using Ta (OC 2 H 5 ) 5 (pulse duration 0.5 sec) and H 2 O (pulse duration 0.1 sec) - to obtain a coating composition x = 0.97. The total number of supercycles was chosen so as to obtain the thickness of the multicomponent (ZrO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1-x coating in the range of 30-50 nm. All other conditions for the preparation of substrates and the ASO process were the same as in example 1.

Образцы с покрытиями были протестированы на биоактивность в растворе, моделирующем тканевую жидкость. После рентгено-дифракционной идентификации образования гидроксиапатита на образцах, выдержанных в растворе, моделирующем тканевую жидкость, прирост массы гидроксиапатита был определен гравитометрически и приведен в Таблице 5.Coated samples were tested for bioactivity in a solution simulating tissue fluid. After X-ray diffraction identification of the formation of hydroxyapatite on samples aged in a solution simulating tissue fluid, the increase in the mass of hydroxyapatite was determined gravitometrically and is shown in Table 5.

Таблица 5.Table 5. Образцы с покрытием (ZrO2)x(Ta2O5)1-x с концентрационными числами х:Samples coated with (ZrO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1-x with concentration numbers x: Прирост массы гидроксиапатита, мгThe weight gain of hydroxyapatite, mg Х=0.7X = 0.7 6.0±0.46.0 ± 0.4 Х=0.9X = 0.9 9.0±0.49.0 ± 0.4 Х=0.97X = 0.97 8.2±0.48.2 ± 0.4

Из таблицы видно, что наибольшей биоактивностью обладает образец с многокомпонентным покрытием (ZrO2)x(Ta2O5)1-x с концентрационным числом x=0.9. Таким образом, была показана необходимость применения концентрационного числа в пределе от 0.8 до 0.95.It can be seen from the table that the sample with the multicomponent coating (ZrO 2 ) x (Ta 2 O 5 ) 1-x with the concentration number x = 0.9 has the highest bioactivity. Thus, the necessity of using a concentration number in the range from 0.8 to 0.95 was shown.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет получить биоактивное покрытие на титановом имплантате, обладающее биоактивностью, нетоксичностью и не подверженное коррозионным поражениям.Thus, the claimed invention allows to obtain a bioactive coating on a titanium implant with bioactivity, non-toxicity and not susceptible to corrosion damage.

Claims (1)

Способ получения биоактивного покрытия на имплантируемом в костную ткань человека титановом имплантате, представляющего собой многослойное или многокомпонентное биоактивное покрытие из, по меньшей мере, слоев одного оксида переходного металла из группы оксид титана, оксид циркония, оксид тантала, оксид гафния, оксид ниобия, путем выращивания тонких пленок из указанных оксидов металлов методом атомно-слоевого осаждения при пониженном давлении, температуре в реакционной зоне используемого устройства для атомно-слоевого осаждения 200-300°C и при продувке реакционной зоны азотом, и при импульсной подаче к поверхности титанового имплантата химических реагентов-прекурсоров, включающих органометаллические соединения указанных металлов и воду, с длительностью импульсов подачи металлических прекурсоров 0,2-0,6 сек и с промежуточной продувкой реакционной зоны азотом около 6 сек, при этом количеством циклов осаждения определяют необходимую толщину покрытия, которое составляет от 100 до 1000 циклов, а в качестве прекурсоров используют соответственно химические реагенты, включающие, по меньшей мере, одно органометаллическое соединение и воду, органометаллические соединения, выбранные из группы, в которую входят этоксититан (тетраэтоксититан Ti(OC2H5)4), этилметиламидциркония Zr[N(CH3)(C2H5)]4, этилметиламидгафния Hf[N(CH3)(C2H5)]4, пентаэтокситантал Ta(ОС2Н5)5, пентаэтоксиниобий Nb(OC2H5)5. A method of obtaining a bioactive coating on a titanium implant implanted in human bone tissue, which is a multilayer or multicomponent bioactive coating of at least layers of one transition metal oxide from the group of titanium oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, niobium oxide, by growing thin films of these metal oxides by atomic layer deposition under reduced pressure, temperature in the reaction zone of the device used for atomic layer deposition of 200-300 C during the purging of the reaction zone with nitrogen, and during the pulsed supply of precursor chemicals to the surface of the titanium implant, including organometallic compounds of these metals and water, with a pulse duration of supply of metal precursors of 0.2-0.6 sec and with an intermediate purging of the reaction zone with nitrogen about 6 seconds, with the number of deposition cycles determine the required thickness of the coating, which is from 100 to 1000 cycles, and chemical reagents are used as precursors, including at least one organometallic compound and water, organometallic compounds selected from the group consisting of ethoxy titanium (tetraethoxy titanium Ti (OC 2 H 5 ) 4 ), ethyl methyl amid zirconium Zr [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 , ethylmethylamidhafnium Hf [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 , pentaethoxytantalum Ta (OS 2 H 5 ) 5 , pentaethoxyniobium Nb (OC 2 H 5 ) 5 .
RU2014115236/15A 2014-04-16 2014-04-16 Method for producing bioactive coating on titanium implant implanted into human bone tissue RU2554819C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014115236/15A RU2554819C1 (en) 2014-04-16 2014-04-16 Method for producing bioactive coating on titanium implant implanted into human bone tissue

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014115236/15A RU2554819C1 (en) 2014-04-16 2014-04-16 Method for producing bioactive coating on titanium implant implanted into human bone tissue

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2554819C1 true RU2554819C1 (en) 2015-06-27

Family

ID=53498672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014115236/15A RU2554819C1 (en) 2014-04-16 2014-04-16 Method for producing bioactive coating on titanium implant implanted into human bone tissue

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2554819C1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2630578C1 (en) * 2016-10-31 2017-09-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method for titanium implants surface modification
RU2677271C1 (en) * 2018-02-09 2019-01-16 Игорь Николаевич Колганов Method of manufacturing micro-nanostructured porous layer on titanium implant surface
RU2687792C1 (en) * 2018-05-07 2019-05-16 Сергей Вячеславович Купряхин Method for making an intraosseous implant
CN113440653A (en) * 2021-07-01 2021-09-28 山西医科大学口腔医院 Titanium-based implant for promoting osseointegration and preparation method and application thereof
US11484412B2 (en) 2016-08-22 2022-11-01 Waldemar Link Gmbh & Co. Kg Coating for an implant
CN116288268A (en) * 2023-02-20 2023-06-23 福建医科大学 Planting base and surface treatment process thereof
RU2801029C1 (en) * 2022-12-18 2023-08-01 Общество с ограниченной ответственностью "Малое Инновационное предприятие Имплант Аддитивные Технологии" Dental intraosseous conical implant made of alloyed titanium alloys with a nanostructured surface and a method of its manufacturing
PL442840A1 (en) * 2022-11-15 2024-05-20 Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk Implant with a biomimetic coating promoting osteointegration of bone tissue with the implant surface and a method of producing a biomimetic coating on the surface of this implant

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4058430A (en) * 1974-11-29 1977-11-15 Tuomo Suntola Method for producing compound thin films
US6716444B1 (en) * 2000-09-28 2004-04-06 Advanced Cardiovascular Systems, Inc. Barriers for polymer-coated implantable medical devices and methods for making the same
US20110021001A1 (en) * 2007-02-14 2011-01-27 Micron Technology, Inc. Vapor Deposition Methods for Forming a Metal-Containing Layer on a Substrate
US8118923B2 (en) * 2006-02-03 2012-02-21 Colorobbia Italia S.P.A. Process for functionalizing titanium metal surfaces with nanometric particles of titanium and products thus functionalized

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4058430A (en) * 1974-11-29 1977-11-15 Tuomo Suntola Method for producing compound thin films
US6716444B1 (en) * 2000-09-28 2004-04-06 Advanced Cardiovascular Systems, Inc. Barriers for polymer-coated implantable medical devices and methods for making the same
US8118923B2 (en) * 2006-02-03 2012-02-21 Colorobbia Italia S.P.A. Process for functionalizing titanium metal surfaces with nanometric particles of titanium and products thus functionalized
US20110021001A1 (en) * 2007-02-14 2011-01-27 Micron Technology, Inc. Vapor Deposition Methods for Forming a Metal-Containing Layer on a Substrate

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.П. АЛЕХИН и др., Cинтез биосовместимых поверхностей методами. нанотехнологии, Российские нанотехнологии, Том 5, N9-10, стр. 128-136, 2010. *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11484412B2 (en) 2016-08-22 2022-11-01 Waldemar Link Gmbh & Co. Kg Coating for an implant
US12011354B2 (en) 2016-08-22 2024-06-18 Waldemar Link Gmbh & Co. Kg Coating for an implant
RU2630578C1 (en) * 2016-10-31 2017-09-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method for titanium implants surface modification
RU2677271C1 (en) * 2018-02-09 2019-01-16 Игорь Николаевич Колганов Method of manufacturing micro-nanostructured porous layer on titanium implant surface
RU2687792C1 (en) * 2018-05-07 2019-05-16 Сергей Вячеславович Купряхин Method for making an intraosseous implant
CN113440653A (en) * 2021-07-01 2021-09-28 山西医科大学口腔医院 Titanium-based implant for promoting osseointegration and preparation method and application thereof
PL442840A1 (en) * 2022-11-15 2024-05-20 Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk Implant with a biomimetic coating promoting osteointegration of bone tissue with the implant surface and a method of producing a biomimetic coating on the surface of this implant
RU2801029C1 (en) * 2022-12-18 2023-08-01 Общество с ограниченной ответственностью "Малое Инновационное предприятие Имплант Аддитивные Технологии" Dental intraosseous conical implant made of alloyed titanium alloys with a nanostructured surface and a method of its manufacturing
CN116288268A (en) * 2023-02-20 2023-06-23 福建医科大学 Planting base and surface treatment process thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2554819C1 (en) Method for producing bioactive coating on titanium implant implanted into human bone tissue
RU2566060C1 (en) Bioactive coating of titanium implant inserted into individual&#39;s bone tissue
Hilario et al. Influence of morphology and crystalline structure of TiO2 nanotubes on their electrochemical properties and apatite-forming ability
Suchanek et al. Crystalline hydroxyapatite coatings synthesized under hydrothermal conditions on modified titanium substrates
Lin et al. Enhanced osteointegration of medical titanium implant with surface modifications in micro/nanoscale structures
Nazarov et al. Enhanced osseointegrative properties of ultra-fine-grained titanium implants modified by chemical etching and atomic layer deposition
Goudarzi et al. Development of electrophoretically deposited hydroxyapatite coatings on anodized nanotubular TiO2 structures: corrosion and sintering temperature
Chernozem et al. Comprehensive characterization of titania nanotubes fabricated on Ti–Nb alloys: Surface topography, structure, physicomechanical behavior, and a cell culture assay
Sun et al. Microstructure and apatite-forming ability of the MAO-treated porous titanium
EP2156851B1 (en) Method for production of biocompatible implant
Fathi-Hafshejani et al. Phase-selective and localized TiO2 coating on additive and wrought titanium by a direct laser surface modification approach
Qadir et al. Surface characterization and biocompatibility of hydroxyapatite coating on anodized TiO2 nanotubes via PVD magnetron sputtering
Lee et al. Precipitation of bone-like apatite on anodised titanium in simulated body fluid under UV irradiation
Xu et al. Rapid fabrication of TiO2 coatings with nanoporous composite structure and evaluation of application in artificial implants
Pisarek et al. Biomimetic and electrodeposited calcium-phosphates coatings on Ti–formation, surface characterization, biological response
Zhu et al. Characterization of hydrothermally treated anodic oxides containing Ca and P on titanium
Gravina et al. Bioactivity enhancement of cerium-containing titanium oxide nanotubes. Relationship between surface reactivity and nanostructuring process
Saha et al. Fabrication of highly ordered nanoporous oxide layer on Ti6Al4V surfaces for improved corrosion resistance property
Noothongkaew et al. Enhanced bioactivity and antibacterial properties of anodized ZrO2 implant coatings via optimized nanoscale morphology and timed antibiotic release through PLGA overcoat
Amin et al. Biomimetic apatite growth from simulated body fluid on various oxide containing DLC thin films
Ulfah et al. Effect of cathode material on the morphology and osseointegration of TiO2 nanotube arrays by electrochemical anodization technique
Zhao Nanosurface modification of Ti64 implant by anodic fluorine-doped alumina/titania for orthopedic application
Nguyen et al. The effect of two-step surface modification for Ti-Ta-Mo-Zr alloys on bone regeneration: An evaluation using calvarial defect on rat model
Sun et al. The influence of electrolytic concentration on the electrochemical deposition of calcium phosphate coating on a direct laser metal forming surface
Khodaei et al. Comparative evaluation of the effect of different types of surface modifiers on bioactivity of porous titanium implants

Legal Events

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

Effective date: 20170417

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20191002