RU2734416C1

RU2734416C1 - Биоактивное пористое покрытие для внутрикостных имплантатов, выполненных из сплавов титана

Info

Publication number: RU2734416C1
Application number: RU2019125684A
Authority: RU
Inventors: Александр Юрьевич Соловьев; Александр Иванович Бондарь
Original assignee: Александр Юрьевич Соловьев; Александр Иванович Бондарь
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2020-10-16

Abstract

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии, стоматологии и может быть использовано в качестве покрытия для внутрикостных имплантатов, выполненных из сплавов титана. Биоактивное пористое покрытие для внутрикостных имплантатов, выполненных из сплавов титана, характеризуется тем, что оно выполнено из трех слоев титана. Первый слой, обеспечивающий адгезию покрытия к поверхности имплантата и создающий основу для адгезии второго слоя, выполнен толщиной 70-100 мкм, имеет плотность, составляющую 90-95% от плотности основы имплантата и размер пор, равный 50-60 мкм, обеспечивающий проникновение метаболитов остеобластов за счет капиллярного эффекта. Второй слой, обеспечивающий за счет сил поверхностного натяжения проникновение внутрь покрытия физиологических жидкостей, создание пространства для остеобластов и синтеза компонентов межклеточного вещества, а также морфогенетических белков, факторов роста ферментов и фосфоропротеинов, выполнен толщиной 140-200 мкм, имеет плотность, составляющую 50-70% от плотности основы имплантата и размер пор, равный 150-200 мкм, обеспечивающий минерализацию органического матрикса остеобластами и образование гидроксиапатитовых кристаллов. Третий слой, обеспечивающий создание пространства для размещения плотного вещества кости и выстраивания гаверсовых систем - остеонов, выполнен толщиной 500-700 мкм, имеет плотность 30-40% от плотности основы имплантата и размер пор, равный 500-600 мкм, обеспечивающий смачиваемость поверхности пор физиологическими жидкостями за счет открытой наружу пористости. Технический результат – получение покрытия, обладающего высокими остеоинтеграционными свойствами, что обеспечивает надежное устойчивое соединение между имплантатом и костной тканью. 1 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии, стоматологии и может быть использовано в качестве покрытия для внутрикостных имплантатов, выполненных из сплавов титана.

Одной из основных задач внутрикостных имплантатов является обеспечение роста и надежного прикрепления кости к имплантату за счет прорастания костной ткани в поверхность имплантата. Как правило, покрытия для внутрикостных имплантатов выполняются из титана и/или его сплавов и имеют пористую структуру, обеспечивающую прорастание костной ткани внутрь имплантата за счет совместимости титана и/или его сплавов с костными клетками.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ изготовления внутрикостных имплантатов с биоактивным покрытием (Патент РФ на изобретение №2530573, МПК A61F 2/30, С23С 4/12, опубл. 10.10.2014 г.), заключающийся в послойном нанесении плазменным напылением на титановую основу имплантата четырех слоев, при этом первым слоем напыляют порошок титана дисперсностью 3-5 мкм, дистанцией напыления 70-80 мм и толщиной 5-10 мкм, вторым слоем напыляют порошок титана дисперсностью 50-100 мкм, дистанцией напыления 100 мм, толщиной 50-115 мкм, третьим слоем наносят механическую смесь порошков титана дисперсностью 40-70 мкм и гидроксиапатита дисперсностью 5-10 мкм с соотношением 60-80 и 20-40 мас. % соответственно, дистанцией напыления 80 мм и толщиной слоя 15-20 мкм, четвертый слой формируют на основе механической смеси биоактивных порошков на основе гидроксиапатита дистанцией 70 мм и толщиной 20-30 мкм, причем при формировании четвертого слоя смешивают порошок гидроксиапатита дисперсностью 70-90 мкм в количестве 60% от общего количества смеси с порошком фторгидроксиапатита дисперсностью 40-70 мкм в количестве 40% от общего количества смеси.

Однако создаваемое посредством указанного способа покрытие для внутрикостного имплантата не обладает необходимой адгезионной прочностью и не обеспечивает необходимую остеоинтеграцию имплантата с костной тканью.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачами предлагаемого изобретения является создание биоактивного пористого покрытия для внутрикостных имплантатов, выполненных из сплавов титана, обеспечивающего остеоинтеграцию имплантата с костной тканью и пространства для быстрого роста кости. Выполнение покрытия для внутрикостных имплантатов из сплавов титана, имеющего несколько слоев с различной толщиной, плотностью и размером пор, позволяет остеоцитам должным образом стимулировать костные клетки к росту в порах имплантата и обеспечивать надежное устойчивое соединение между имплантатом и костной тканью.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении трехслойного биоактивного пористого покрытия из титана для внутрикостных имплантов, выполненных из сплавов титана, обладающего высокими остеоинтеграционными свойствами, что обеспечивает надежное устойчивое соединение между имплантатом и костной тканью.

Технический результат достигается за счет того, что биоактивное пористое покрытие для внутрикостных имплантатов, выполненных из сплавов титана, выполнено из трех слоев титана, причем первый слой, обеспечивающий высокую адгезию покрытия к поверхности имплантата и создающий основу для адгезии второго слоя, выполнен толщиной 70-100 мкм, имеет плотность составляющую 90-95% от плотности основы имплантата, и размер пор, равный 50-60 мкм, обеспечивающий проникновение метаболитов остеобластов за счет капиллярного эффекта, второй слой, обеспечивающий за счет сил поверхностного натяжения проникновение внутрь покрытия физиологических жидкостей, создание пространства для остеобластов и синтеза компонентов межклеточного вещества, а также морфогенетических белков, факторов роста ферментов и фосфоропротеинов, выполненных толщиной 140-200 мкм, имеет плотность, составляющую 50-70% от плотности основы имплантата и размер пор, равный 150-200 мкм, обеспечивающий минерализацию органического матрикса остеобластами и образование гидроксиапатитовых кристаллов, а третий слой, обеспечивающий создание пространства для размещения плотного вещества кости и выстраивания гаверсовых систем - остеонов, выполнен толщиной 500-700 мкм, имеет плотность 30-40% от плотности основы имплантата и размер пор, равный 500-600 мкм, обеспечивающий смачиваемость поверхности пор физиологическими жидкостями за счет открытой наружу пористости.

Заявителем не обнаружены источники информации, содержащие одинаковую совокупность существенных признаков, указанных в формуле изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения условию патентоспособности «новизна».

Изобретение поясняется чертежом, где:

1. основа имплантата из сплава титана;

2. первый слой покрытия;

3. второй слой покрытия;

4. третий слой покрытия.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Титановое покрытие выполняется трехслойным. Общая толщина покрытия не должна быть более 800 мкм, что соответствует необходимым критериями для прочности сцепления между имплантатом и костной тканью и учитывает максимальную глубину прорастания костной ткани в имплантат.

Первый слой имеет толщину 70-100 мкм, имеет плотность, составляющую 90-95% от плотности основы имплантата, и размер пор, равный 50-60 мкм. За счет заданных толщины слоя, плотности слоя и размера пор обеспечивается адгезионная прочность не менее 500 кг/см²и обеспечивается проникновение метаболитов костных клеток остеобластов (органический матрикс, состоящий из коллагеновых волокон и минеральных компонентов) внутрь покрытия за счет капиллярного эффекта.

Второй слой имеет толщину 140-200 мкм, имеет плотность, составляющую 50-70% от плотности основы имплантата и размер пор, равный 150-200 мкм. За счет заданных толщины слоя, плотности слоя и размера пор обеспечивается адгезионная прочность не менее 400 кг/см² и обеспечивается создание пространства для выполнения главной функции остеобластов - синтеза компонентов межклеточного вещества и различных морфологических белков, факторов роста, ферментов и фосфоропротеинов, а также происходит минерализация органического матрикса остеобластами путем отложениея вдоль фибрилл коллагена гидроксилата и выделяемыми остеобластами мембранными структурами, содержащими в большой концентрации фосфаты кальция и щелочную фосфатазу. Это способствует образованию гидроксиапатитовых кристаллов. В отдаленном периоде пористое пространство заполняется остеоцитами, а также костной жидкостью, которая осуществляет питание клеток.

Третий слой имеет толщину 500-700 мкм, имеет плотность 30-40% от плотности основы имплантата и размер пор, равным 500-600 мкм. За счет заданной толщины слоя, плотности слоя и размера пор, обеспечивается адгезионная прочность (не менее 300 кг/см²) и создание пространства для размещения плотного вещества кости и выстраивания гаверсовых систем - остеонов. Это наиболее прочная часть кости, которая принимает на себя в последующем основные механические нагрузки от имплантата.

Предлагаемое покрытие одновременно позволяет реализовать необходимую прочность для восприятия механических нагрузок на границе раздела имплантат-кость и учитывает физиологические особенности функционирования костных клеток в процессе остеогенеза.

Результаты исследований титановых имплантатов (цилиндрические стержни диаметром 2,5 мм, L=40 мм) с заявленным покрытием, извлеченных из канала бедренной кости кроликов, уже после трехмесячного послеоперационного наблюдения и вывода животных из эксперимента обнаружили полное заполнение пористой структуры покрытия костной тканью, а разрушение при испытаниях на прочность связи имплантата с костью (при сдвиге) всегда происходило по костной ткани. Увеличение толщин слоев в покрытии на прочность фиксации имплантата в кости не сказывалось, уменьшение - напротив, всегда вело к снижению усилия, необходимого для сдвига имплантата в канале кости. Уменьшение или увеличения пористости слоев всегда сопровождалось снижением усилия, необходимого для сдвига имплантата в канале кости.

Claims

Биоактивное пористое покрытие для внутрикостных имплантатов, выполненных из сплавов титана, характеризующееся тем, что оно выполнено из трех слоев титана, причем
первый слой, обеспечивающий адгезию покрытия к поверхности имплантата и создающий основу для адгезии второго слоя, выполнен толщиной 70-100 мкм, имеет плотность, составляющую 90-95% от плотности основы имплантата и размер пор равный 50-60 мкм, обеспечивающий проникновение метаболитов остеобластов за счет капиллярного эффекта,
второй слой, обеспечивающий за счет сил поверхностного натяжения проникновение внутрь покрытия физиологических жидкостей, создание пространства для остеобластов и синтеза компонентов межклеточного вещества, а также морфогенетических белков, факторов роста ферментов и фосфоропротеинов, выполнен толщиной 140-200 мкм, имеет плотность, составляющую 50-70% от плотности основы имплантата и размер пор равный 150-200 мкм, обеспечивающий минерализацию органического матрикса остеобластами и образование гидроксиапатитовых кристаллов,
а третий слой, обеспечивающий создание пространства для размещения плотного вещества кости и выстраивания гаверсовых систем - остеонов, выполнен толщиной 500-700 мкм, имеет плотность 30-40% от плотности основы имплантата и размер пор равный 500-600 мкм, обеспечивающий смачиваемость поверхности пор физиологическими жидкостями за счет открытой наружу пористости.