RU2771813C1 - Способ получения модифицированного биопокрытия с наночастицами Fe-Cu на имплантате из титана - Google Patents
Способ получения модифицированного биопокрытия с наночастицами Fe-Cu на имплантате из титана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771813C1 RU2771813C1 RU2021130329A RU2021130329A RU2771813C1 RU 2771813 C1 RU2771813 C1 RU 2771813C1 RU 2021130329 A RU2021130329 A RU 2021130329A RU 2021130329 A RU2021130329 A RU 2021130329A RU 2771813 C1 RU2771813 C1 RU 2771813C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- biocoating
- implant
- nanopowder
- nanoparticles
- titanium
- Prior art date
Links
- 239000007943 implant Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 229910002549 Fe–Cu Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 30
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 29
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 18
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 24
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000007743 anodising Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229960003563 Calcium Carbonate Drugs 0.000 claims abstract description 10
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910014497 Ca10(PO4)6(OH)2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims description 3
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 abstract description 12
- 210000000988 Bone and Bones Anatomy 0.000 abstract description 10
- 230000000844 anti-bacterial Effects 0.000 abstract description 9
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010883 osseointegration Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002316 cosmetic surgery Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004053 dental implant Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000399 orthopedic Effects 0.000 abstract description 2
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 abstract 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 22
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 22
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H Tricalcium phosphate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 10
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 10
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 229960001714 calcium phosphate Drugs 0.000 description 6
- 230000000975 bioactive Effects 0.000 description 5
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 5
- 230000000845 anti-microbial Effects 0.000 description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 150000001674 calcium compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- 229960005069 Calcium Drugs 0.000 description 2
- AOWKSNWVBZGMTJ-UHFFFAOYSA-N Calcium titanate Chemical compound [Ca+2].[O-][Ti]([O-])=O AOWKSNWVBZGMTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 108010064367 calcium titanate Proteins 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- BDVMTRCCIQHRBL-UHFFFAOYSA-J phosphonato phosphate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O BDVMTRCCIQHRBL-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003018 phosphorus compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 description 2
- 229960004256 Calcium Citrate Drugs 0.000 description 1
- FNAQSUUGMSOBHW-UHFFFAOYSA-H Calcium citrate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O FNAQSUUGMSOBHW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 241000192125 Firmicutes Species 0.000 description 1
- 241000976924 Inca Species 0.000 description 1
- RJQXTJLFIWVMTO-TYNCELHUSA-N Methicillin Chemical compound COC1=CC=CC(OC)=C1C(=O)N[C@@H]1C(=O)N2[C@@H](C(O)=O)C(C)(C)S[C@@H]21 RJQXTJLFIWVMTO-TYNCELHUSA-N 0.000 description 1
- 241000191940 Staphylococcus Species 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000002449 bone cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000001354 calcium citrate Substances 0.000 description 1
- QXJJQWWVWRCVQT-UHFFFAOYSA-K calcium;sodium;phosphate Chemical compound [Na+].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O QXJJQWWVWRCVQT-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229960003085 meticillin Drugs 0.000 description 1
- 238000004452 microanalysis Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 1
- 230000002138 osteoinductive Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 230000000699 topical Effects 0.000 description 1
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 235000013337 tricalcium citrate Nutrition 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к способам обработки поверхности биоинертного титанового имплантата и может быть использовано при изготовлении поверхностно-пористых дентальных имплантатов, имплантатов для травматологии, ортопедии и различных видов пластической хирургии. Способ получения модифицированного биопокрытия с наночастицами Fe-Cu на имплантате из титана включает анодирование имплантата импульсным током в условиях искрового микроразряда в водном растворе ортофосфорной кислоты, содержащем карбонат кальция и гидроксиапатит, при этом для анодирования используют электролит, в состав которого дополнительно введен нанопорошок Fe-Cu с массовым соотношением, равным 46:54, при следующем соотношении компонентов, мас.%: ортофосфорная кислота (Н3РО4) 26,9±0,1; карбонат кальция (CaCO3) 7,2 (±0,1); гидроксиапатит (Ca10(PO4)6(OH)2) 4,8 (±0,1); нанопорошок Fe-Cu 0,4 (±0,01); остальное - вода. Технический результат: получение модифицированного биопокрытия с наночастицами Fe-Cu на имплантате из титана с развитой шероховатой поверхностью, достаточной для успешной остеоинтеграции костной ткани, при этом биопокрытие обладает антибактериальными свойствами, высокими адгезионными прочностными свойствами и высокой биологической активностью. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к способу обработки поверхности биоинертного титанового имплантата, позволяющему формировать биоактивную поверхность для имплантации в костную ткань для улучшения его биологической совместимости с живым организмом, и может быть использовано при изготовлении поверхностно-пористых дентальных имплантатов, имплантатов для травматологии, ортопедии и различных видов пластической хирургии.
Известно кальций-фосфатное покрытие на титане и титановых сплавах и способ его нанесения, RU2291918, опубл. 20.01.2007 [1].
Покрытие содержит, мас.%: титанат кальция 7-9; пирофосфат титана 16-28; кальций-фосфатные соединения - остальное. Способ включает анодирование имплантата импульсным током в условиях искрового разряда в растворе фосфорной кислоты, содержащем гидроксилапатит и карбонат кальция, при этом анодирование ведут импульсным током со следующими параметрами: время импульса 50-200 мкс; частота следования 50-100 Гц; начальная плотность тока 0,2-0,25 А/мм2; конечное напряжение 100-300 В. Покрытие составом, аналогичным составу костной ткани, содержит, мас.%: титанат кальция 7-9; пирофосфат титана 16-28; кальций-фосфатные соединения - остальное, толщиной 40-80 мкм.
Недостатком известного изобретения является недостаточный антимикробный эффект покрытия на имплантате из титана, который не исследовался авторами, особенно в случае покрытий с высокими значениями шероховатости (Ra до 8 мкм).
Известно кальций-фосфатное покрытие на титане и титановых сплавах и способ его нанесения, RU 2221904, опубл. 20.01.2004 [2] г.
Предложен способ нанесения покрытия на имплантат из титана и его сплавов, включающий анодирование имплантата импульсным или постоянным током в условиях искрового разряда с частотой следования импульсов 0,5-10,0 Гц в растворе ортофосфорной кислоты в течение 10-30 мин при постоянном перемешивании, причем анодирование ведут при напряжении 90-200 В и температуре 20-35°С в растворе фосфорной кислоты с концентрацией 30%, содержащем порошок СаО до пересыщенного состояния, или в растворе фосфорной кислоты с концентрацией 5-25%, содержащем порошок СаО до пересыщенного состояния и дополнительно 5-10% суспензии гидроксиапатита дисперсностью менее 70 мкм для создания суспензии. Изобретение позволяет удешевить и упростить способ получения биоактивного покрытия.
Недостатком покрытия, полученного этим способом, является также низкое содержание кальция в нем. Также недостатком этого способа является то, что при его реализации получают покрытие толщиной не более 30 мкм.
Известен способ нанесения кальций-фосфатного покрытия на имплантаты из титана и его сплавов, RU2348744, опубл. 10.03.2009 [3].
При нанесении кальций-фосфатного покрытия на имплантаты из титана и его сплавов осуществляют плазменно-электролитическую обработку имплантата импульсным током в электролите, содержащем цитрат кальция и фосфат натрия. Обработку проводят в течение 10-15 мин импульсным током с длительностью анодных и катодных импульсов 0,0033-0,02 с первоначально в монополярном гальваностатическом режиме при эффективном значении плотности тока 3-5 А/см2 и конечном напряжении формирования 350-380 В. Затем в течение 3-5 мин имплантат обрабатывают в биполярном режиме с потенциодинамической анодной составляющей при напряжении до 280-300 В и гальваностатической катодной составляющей с эффективной плотностью тока 1,0-1,5 А/см2. Полученное покрытие обладает высокой биоактивностью и остеоиндуктивностью благодаря его качественному и количественному составу, близкому к минеральному составу костной ткани, соотношению кальций/фосфор, сравнимому с соотношением, присущим костной ткани, а также своей пористой структуре.
Недостатком известного изобретения является недостаточный антимикробный эффект покрытия на имплантате из титана, которая не исследовалась авторами, особенно в случае покрытий с высокими значениями шероховатости (Ra до 8 мкм).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения модифицированного биопокрытия на имплантате из титана (варианты), RU2693468, опубл. 03.07.2019 [4].
Изобретение относится к четырем вариантам способа получения модифицированного биопокрытия на имплантате из титана. Один из вариантов способа включает анодирование имплантата импульсным током в условиях искрового микроразряда в водном растворе ортофосфорной кислоты, содержащем соединения кальция и фосфора, отличающийся тем, что для анодирования используют электролит, в составе которого присутствует соединение кальция с фосфором с дополнительно введенными ионами цинка при следующем соотношении компонентов, мас.%: H3PO4 26,9±0,1; CaCO3 7,2±0,1; Ca9.9Zn0.1(PO4)6(OH)2 4,8±0,1; остальное - Н2О. Техническим результатом изобретения является получение модифицированных биопокрытий с пористой структурой на имплантате из титана с развитой шероховатой поверхностью и повышенной остеоинтеграцией с костной тканью. При этом модифицированные биопокрытия, полученные по разным вариантам способа, дополнительно обладают повышенными антибактериальными и остеоиндуктивными свойствами; высокой биологической активностью и хорошей адгезией к материалу имплантата.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения модифицированного биопокрытия с наночастицами Fe-Cu на имплантате из титана.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение модифицированного биопокрытия с наночастицами Fe-Cu на имплантате из титана с развитой шероховатой поверхностью, достаточной для успешной остеоинтеграции костной ткани, и при этом биопокрытие обладает антибактериальными свойствами.
При этом модифицированное биопокрытие дополнительно обладает высокими адгезионными прочностными свойствами и высокой биологической активностью.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения модифицированного биопокрытия с наночастицами Fe-Cu на имплантате из титана включает анодирование имплантата импульсным током в условиях искрового микроразряда в водном растворе ортофосфорной кислоты, содержащем карбонат кальция (CaCO3) и гидроксиапатит (Ca10(PO4)6(OH)2, при этом для анодирования используют электролит в состав которого дополнительно введен нанопорошок Fe-Cu с массовым соотношением равном 46:54, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
| ортофосфорная кислота (Н3РО4) | 26,9±0,1 |
| карбонат кальция (CaCO3) | 7,2 (±0,1) |
| гидроксиапатит (Ca10(PO4)6(OH)2) | 4,8 (±0,1) |
| нанопорошок Fe-Cu | 0,4 (±0,01) |
| остальное | вода |
Микродуговое оксидирование проводят в течение 10 мин в анодном режиме при параметрах: напряжение 200 В, длительность импульсов 100 мкс, частота следования импульсов 50 Гц. При этом в электролит введен нанопорошок Fe-Cu, полученный методом электрического взрыва соответствующих металлических проволочек.
При осуществлении способа получают покрытие, содержащем в своем составе наночастицы Fe-Cu, встроенные в структуру биопокрытия. Для получения указанной структуры биопокрытия в предлагаемом способе используют один из составов электролита, известный из прототипа [4], в который дополнительно введен нанопорошок Fe-Cu, взятый в массовом соотношении 46:54.
Биопокрытие со встроенными в его структуру наночастицами Fe-Cu имеет толщину около 50 мкм; общую пористость около 22% со средним размером пор 6 мкм; шероховатость 2,8-3,2 мкм; адгезионную прочность покрытия к подложке около 34 МПа и содержит кальцийфосфаты в рентгеноаморфном состоянии.
Раскрытие сущности изобретения.
В настоящее время актуальным является разработка биоактивных покрытий на титановых имплантатах, обеспечивающих повышенную остеоинтеграцию костных клеток и антибактериальную активность. Повышению остеоинтеграции и адгезии клеток титановых имплантатов в живых организмах способствует создание кальций-фосфатного биоактивного покрытия с пористой структурой и его модифицирование с помощью наночастиц Fe-Cu, повышающих антибактериальные и прочностные свойства покрытий.
Способ включает анодирование имплантата импульсным током в условиях искрового микроразряда в водном растворе ортофосфорной кислоты, содержащем соединения кальция и фосфора, при этом для анодирования используют электролит, в состав которого дополнительно введён нанопорошок Fe-Cu с массовым соотношением равном 46:54.
Биопокрытие с наночастицами Fe-Cu на имплантате из титана состоит из фосфатов кальция, применение которых обусловлено сходством химического состава с минеральной составляющей костной ткани человека. Способ получения биопокрытия осуществляют путем микродугового оксидирования металлической подложки из титана в электролите, компонентами которого являются химически чистые соединения, совместимые с биологическими тканями, масс.%: ортофосфорная кислота H3PO4 – 26,9±0,1; карбонат кальция CaCO3 – 7,2±0,1; гидроксиапатит Ca10(PO4)6(OH)2 – 4,8±0,1, нанопорошок Fe-Cu – 0,4±0,01, вода – остальное. Подложка представляет собой технически чистый титан марки ВТ1-0. Титан являлся крупнокристаллическим и состоял из зерен α-фазы.
Бикомпонентный нанопорошок Fe-Cu с ограниченной смешиваемостью вводят в кальцийфосфатные (КФ) покрытия для улучшения биомеханических, антибактериальных и биоактивных и свойств биопокрытий. Такие недостатки биопокрытий как низкая прочность и адгезия к титановой подложке можно решить путем добавления в состав электролита наночастиц Fe для улучшения прочностных и адгезионных свойств биопокрытия. В результате адгезионная прочность биопокрытий после введения в состав электролита нанопорошка Fe-Cu увеличивается от 20 до 34 МПа. В то же время введение в структуру биопокрытия наночастиц Cu улучшает его антибактериальные свойства. Одновременное включение наночастиц Fe-Cu в структуру биопокрытия позволит решить сразу несколько проблем костных имплантатов из титана с КФ покрытием.
В эксперименте использовали нанопорошок Fe:Cu с массовым соотношением равном 46:54 соответственно, так как по результатам исследования антимикробного действия на грамположительные бактерии MRSA (метициллин-резистентный стафилококк) данное соотношение наночастиц Fe:Cu продемонстрировало наибольший антибактериальный эффект.
В состав электролита для формирования биопокрытий вводят нанопорошок Fe-Cu в количестве 0,4 масс.%. Большее количество нанопорошка Fe-Cu, чем заявляемое, может вызвать токсический эффект на здоровые биологические ткани, а при меньшем количестве нанопорошка Fe-Cu, чем заявляемое, не достичь достаточного антибактериального эффекта биопокрытия и его прочностных свойств. В предлагаемом способе использован нанопорошок Fe-Cu, полученный методом электрического взрыва соответствующих металлических проволочек.
Биоактивность биопокрытия с наночастицами Fe-Cu достигается за счет формирования на поверхности биопокрытия, содержащего фосфаты кальция. с равномерной развитой структурой поверхности, а также за счет осаждения в покрытии компонентов, сходных с составом костной ткани, а также компонентов, усиливающих процессы остеогенеза.
Приборы и методы, с помощью которых проводят измерения свойств.
Исследование морфологии, структуры и элементного состава КФ биопокрытий проводили на растровом электронном микроскопе LEO EVO 50 (Zeiss, Германия) с приставкой для энергодисперсионного микроанализа (INCA Energy-250, Oxford Instruments). Для расчета пористости биопокрытий по РЭМ-изображениям применялся стандартный метод «секущей». Общая пористость оценивалась металлографическим методом, который основан на определении просвета пористого материала по микрофотографиям.
Исследования микроструктуры биопокрытий проводились на просвечивающем электронном микроскопе JEM-2100 (JEOL, Япония).
Съемку рентгенограмм проводили на дифрактометре ДРОН-7 (Буревестник, Россия) с фокусировкой по Бреггу-Брентано в Co-Kα излучении (λ = 0.17902 нм) в диапазоне углов 2θ = 10-90º с шагом сканирования 0,02º.
Шероховатость поверхности биопокрытий определяли на Профилометре-296 (Россия) по параметру Ra (ГОСТ 2789-73).
В работе для измерения адгезионной прочности биопокрытий к металлической основе был выбран метод равномерного отрыва (клеевой метод). Данные испытания проводили на испытательной машине Instron-1185 (ЦКП «Нанотех» ИФПМ СО РАН) при комнатной температуре со скоростью смещения захвата 0,1 мм/мин.
Биосовместимость покрытий оценивали in vitro методом МТТ-анализа, с помощью которого определяли влияние биопокрытий на жизнеспособность клеточных линий мышиных фибробластов 3Т3 (Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «ВЕКТОР», Новосибирск, Россия).
Противомикробная активность образцов была проверена методом подсчетов жизнеспособных бактерий. В этом методе in vitro динамика гибели бактерий в образце измерялась путем подсчета остаточных бактерий по сравнению со стартером.
Изобретение иллюстрируется фигурами 1-2.
На фиг. 1 представлено РЭМ-изображение КФ покрытия с наночастицами Fe-Cu, сформированных методом микродугового оксидирования при заявленных параметрах режима.
На фиг. 2 представлены РЭМ-изображение и карты распределения элементов покрытий с наночастицами Fe-Cu, сформированных методом микродугового оксидирования при заявленных параметрах режима.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Пример
Берут образец в виде подложки размером 10⋅10⋅1 мм, выполненный из технически чистого титана марки ВТ1-0. Титан крупнокристаллический и состоит из зерен α-фазы. Подложку подвергают шлифовке до достижения шероховатости по Ra=0,6 мкм, затем проводят ультразвуковую очистку сначала в дистиллированной воде, а затем в спирте, в течение 10 минут.
Микродуговое оксидирование проводят в анодном режиме при параметрах: напряжение 200 В, длительность импульсов 100 мкс, частота следования импульсов 50 Гц, в течение 10 минут.
Процесс ведут в водном растворе электролита, приготовленного следующим образом. Для получения 1 л электролита смешивают 765 мл дистиллированной воды с 235 мл 85%-ной ортофосфорной кислотой (Н3РО4), затем по очереди небольшими порциями добавляют карбонат кальция (CaCO3) в количестве 90 г. Далее после окончания процесса газовыделения в электролит при постоянном перемешивании вводят гидроксиапатит Ca10(PO4)6(OH)2 в количестве 60 г, а в качестве модифицирующего компонента вводят нанопорошок Fe-Cu в количестве 5,5 г, взятые в массовом соотношении соответственно 46:54.
Параметры покрытия следующие. Толщина покрытия 50 мкм, шероховатость R a =3,2 мкм, пористость 22%, химический состав: Ca (6.1-8.2 ат.%), P (23.2-21.7 ат.%) Ti (15.8-13.5 ат.%), O (54.6-56.2 ат.%), Fe (0.2-0.3 ат.%), Cu (0.1 ат.%). Адгезионная прочность покрытия к подложке 34 МПа.
Claims (4)
1. Способ получения модифицированного биопокрытия с наночастицами Fe-Cu на имплантате из титана, включающий анодирование имплантата импульсным током в условиях искрового микроразряда в водном растворе ортофосфорной кислоты, содержащем карбонат кальция (CaCO3) и гидроксиапатит (Ca10(PO4)6(OH)2, отличающийся тем, что для анодирования используют электролит, в состав которого дополнительно введен нанопорошок Fe-Cu с массовым соотношением, равным 46:54, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что микродуговое оксидирование проводят в течение 10 мин в анодном режиме при параметрах: напряжение 200 В, длительность импульсов 100 мкс, частота следования импульсов 50 Гц.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в электролит введен нанопорошок Fe-Cu, полученный методом электрического взрыва соответствующих металлических проволочек.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2771813C1 true RU2771813C1 (ru) | 2022-05-12 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116326598A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-06-27 | 天津农学院 | 一种双金属纳米Cu-Fe NPs颗粒的制备方法及应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2361623C1 (ru) * | 2008-04-09 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Покрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его получения |
| RU2693468C1 (ru) * | 2019-03-25 | 2019-07-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Способ получения модифицированного биопокрытия на имплантате из титана (варианты) |
| WO2020104653A1 (en) * | 2018-11-23 | 2020-05-28 | Meotec Gmbh | Biodegradable implant comprising coated metal alloy product |
| RO134819A0 (ro) * | 2020-10-12 | 2021-03-30 | Institutul Naţional De Cercetare Dezvoltare Pentru Fizica Materialelor (Incdfm) | Procedeu de realizare a unui implant endoosos cu activitate antimicro- biană extinsă, condiţionată ca intensitate şi durată prin grosimea stratului bioresor- babil de acoperire din sticlă fosfatică cosubstituită |
| CN112981493A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-18 | 西安工业大学 | 一种钛植入材料表面抗菌耐磨涂层的制备方法 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2361623C1 (ru) * | 2008-04-09 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Покрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его получения |
| WO2020104653A1 (en) * | 2018-11-23 | 2020-05-28 | Meotec Gmbh | Biodegradable implant comprising coated metal alloy product |
| RU2693468C1 (ru) * | 2019-03-25 | 2019-07-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Способ получения модифицированного биопокрытия на имплантате из титана (варианты) |
| RO134819A0 (ro) * | 2020-10-12 | 2021-03-30 | Institutul Naţional De Cercetare Dezvoltare Pentru Fizica Materialelor (Incdfm) | Procedeu de realizare a unui implant endoosos cu activitate antimicro- biană extinsă, condiţionată ca intensitate şi durată prin grosimea stratului bioresor- babil de acoperire din sticlă fosfatică cosubstituită |
| CN112981493A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-18 | 西安工业大学 | 一种钛植入材料表面抗菌耐磨涂层的制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116326598A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-06-27 | 天津农学院 | 一种双金属纳米Cu-Fe NPs颗粒的制备方法及应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Huang et al. | Strontium and copper co-substituted hydroxyapatite-based coatings with improved antibacterial activity and cytocompatibility fabricated by electrodeposition | |
| JP5777609B2 (ja) | ナノ銀を用いた骨接合 | |
| Kung et al. | Bioactivity and corrosion properties of novel coatings containing strontium by micro-arc oxidation | |
| EP1150620B1 (de) | Osteophile implantate | |
| Park et al. | Surface characteristics of titanium anodized in the four different types of electrolyte | |
| Gnedenkov et al. | Formation and properties of bioactive surface layers on titanium | |
| KR20110082658A (ko) | 타이타늄 임플란트의 표면처리 방법 및 그 방법에 의해 제조된 임플란트 | |
| Molaei et al. | Enhancing cytocompatibility, antibacterial activity and corrosion resistance of PEO coatings on titanium using incorporated ZrO2 nanoparticles | |
| US9353453B2 (en) | Metal substrate modified with silicon based biomimetic treatment having antibacterial property for the osteointegration thereof | |
| Kim et al. | Functional elements coatings on the plasma electrolytic oxidation-treated Ti–6Al–4V alloy by electrochemical precipitation method | |
| Alves et al. | A first insight on the bio-functionalization mechanisms of TiO2 nanotubes with calcium, phosphorous and zinc by reverse polarization anodization | |
| DE102010027532B4 (de) | Verfahren zur PEO-Beschichtung | |
| RU2445409C1 (ru) | Способ получения антикоррозионных кальцийсодержащих покрытий на сплавах магния | |
| Sato et al. | Effect of strontium ions on calcification of preosteoblasts cultured on porous calcium-and phosphate-containing titanium oxide layers formed by micro-arc oxidation | |
| Yan et al. | The effect of chemical treatment on apatite-forming ability of the macroporous zirconia films formed by micro-arc oxidation | |
| RU2771813C1 (ru) | Способ получения модифицированного биопокрытия с наночастицами Fe-Cu на имплантате из титана | |
| RU2693468C1 (ru) | Способ получения модифицированного биопокрытия на имплантате из титана (варианты) | |
| Chebodaeva et al. | Formation of a surface charged microarc coatings modified by boehmite nanoparticles | |
| ES2965813T3 (es) | Sustrato metálico con propiedades antibacterianas y de osteointegración para aplicaciones de implantología | |
| RU2386454C1 (ru) | Биопокрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его получения | |
| KR20190121993A (ko) | 5개 이온이 함유된 전해질 조성물과 그 조성물을 이용하는 플라즈마 전해 산화 공정이 포함된 임플란트 제조방법 | |
| RU2763091C1 (ru) | Способ получения модифицированного биопокрытия с микрочастицами трикальцийфосфата и/или волластонита на имплантате из магниевого сплава | |
| CN103120805A (zh) | 一种生物医用可降解镁合金的生物活性表面涂层及制备 | |
| RU2779076C1 (ru) | Способ получения модифицированного биопокрытия из диатомита с микрочастицами диоксида циркония на имплантате из магниевого сплава | |
| RU2348744C1 (ru) | Способ нанесения кальций-фосфатного покрытия на имплантаты из титана и его сплавов |