RU2782100C1 - Способ нанесения гидроксиапатитового покрытия на имплантаты из титанового сплава - Google Patents
Способ нанесения гидроксиапатитового покрытия на имплантаты из титанового сплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782100C1 RU2782100C1 RU2022105535A RU2022105535A RU2782100C1 RU 2782100 C1 RU2782100 C1 RU 2782100C1 RU 2022105535 A RU2022105535 A RU 2022105535A RU 2022105535 A RU2022105535 A RU 2022105535A RU 2782100 C1 RU2782100 C1 RU 2782100C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- hydroxyapatite
- implant
- mixture
- blown
- Prior art date
Links
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 239000007943 implant Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract description 13
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000975 bioactive Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 21
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 21
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 7
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000010883 osseointegration Methods 0.000 description 4
- 210000000988 Bone and Bones Anatomy 0.000 description 3
- 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 3
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 description 3
- 210000002449 bone cell Anatomy 0.000 description 3
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 3
- 229960001714 calcium phosphate Drugs 0.000 description 3
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N Silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K [O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003462 bioceramic Substances 0.000 description 2
- 150000001674 calcium compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 102220042337 rs199607550 Human genes 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000010283 detonation spraying Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- -1 iron ions Chemical class 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000399 orthopedic Effects 0.000 description 1
- 230000004819 osteoinduction Effects 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003018 phosphorus compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000004439 roughness measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 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 медицине, а именно к способу нанесения биоактивного гидроксиапатитового покрытия на имплантаты из титанового сплава. Способ характеризуется тем, что нанесение гидроксиапатита осуществляют на пневмоструйной установке, при этом поверхность имплантата подвергают обдувке сначала абразивным порошком, затем при давлении воздуха не менее 6 атмосфер обдувке смесью гидроксиапатита и нержавеющей литой дроби при содержании дроби в смеси 30-70 мас.% с последующей сушкой и термообработкой при температуре 450-600°С. Достигается получение пористого ГА-покрытия на имплантате, характеризующегося высокой адгезионной прочностью не менее 50 МПа, шероховатостью Ra = 2,2-2,8 мкм. 6 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл., 12 пр.
Description
Изобретение относится к области медицины, а именно к способам нанесения биоактивных гидроксиапатитовых покрытий на имплантаты для стоматологии, травматологии и ортопедии.
Гидроксиапатитовое покрытие имплантатов обеспечивает их ускоренное и эффективное приживление в костных структурах за счет высокого уровня биологической активности поверхности.
Наиболее распространенной технологией нанесения порошковых гидроксиапатитовых покрытий является плазменное напыление, заключающееся в пропускании порошка гидроксиапатита через плазмотрон, расплавлении частиц порошка в плазменной струе с последующим их оседанием на поверхность имплантата [Бутовский К.Г. и др. Электроплазменное напыление в производстве внутрикостных имплантатов. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. 200 с.; патент RU2146535, A61L27/00, A61C8/00, опубл. 20.03.2000; патент RU2134082, A61B17/60, опубл. 10.08.1999].
Однако нанесение гидроксиапатитового покрытия порошково-плазменным методом является технологически сложным процессом и характеризуется низкой экономической эффективностью расхода напыляемого материала, т.к. только 40-50% частиц гидроксиапатитового порошка оседает на поверхности обрабатываемого изделия, а остальное их количество - на стенках напылительной камеры, не попадая на изделие. При этом механическая прочность покрытия во многих случаях находится на низком уровне, часто наблюдается отскок частиц порошка от подложки при соударении с ней.
Известен способ изготовления имплантатов с биокерамическим покрытием (гидроксиапатит, биоситалл), наносимым методом плазменного напыления [патент RU2157245, A61L27/06, A61F2/28, опубл. 10.10.2000].
Недостатком данного способа является большой расход используемого порошкового материала и недостаточный для продолжительного функционирования имплантатов уровень механической прочности покрытия.
Известен способ нанесения гидроксиапатитовых покрытий, методом детанационного напыления [патент RU 2557924, A61L 27/06, A61L 27/32, A61F 2/02, опубл. 27.07.2015].
К недостаткам метода можно отнести низкую производительность - за один «выстрел» получается покрытие толщиной ~ 6 мкм. Из-за большого шума (до 140 дБ), оборудование для детонационного напыления приходится устанавливать в камере со звукоизолирующими стенами.
Известен способ изготовления биосовместимого покрытия на медицинский имплантат, включающий подготовку поверхности титанового имплантата и последующее формирование покрытия путем первоначального напыления порошка титана дисперсностью 60-150 мкм слоем толщиной 50-100 мкм на титановый имплантат и последующего напыления порошка биокерамики, в качестве которой используют порошок гидроксиапатита или порошок биоситала, дисперсностью 40-60 мкм слоем толщиной 30-50 мкм на слой титана. При этом используют плазменное напыление с использованием плазмотрона током дугового разряда, А 6-7, рабочим плазмообразующим и транспортирующим газом аргоном на дистанции от титанового имплантата, составляющей 30-40 мм [патент RU 2157245, A61L 27/06, A61F 2/02, опубл. 10.10.2000].
Основными недостатками данного способа являются невысокий уровень адгезионной прочности сцепления покрытия с титановым имплантатом как основой, что не позволяет обеспечить продолжительное функционирование имплантатов, вследствие присутствия в фазовом составе покрытия небольшого количества продуктов эрозии от медьсодержащих материалов сопла плазмотрона, и повышенный расход используемых порошковых материалов.
Известен способ получения биопокрытия на медицинский имплантат, включающий подготовку поверхности титанового имплантата и последующее формирование покрытия путем напыления порошка гидроксиапатита, который предварительно спекают и измельчают с микродобавками оксидов магния, кремния, никеля, титана, марганца, железа, хрома, ванадия, дисперсностью 0,1-0,5 мкм слоем толщиной 50-1000 мкм на титановый имплантат. Используют газотермическое плазменное или газоплазменное напыление, при получении адгезионной прочности сцепления покрытия с титановым имплантатом как основой, составляющей 20,5-20,7 МПа [А.с. СССР №1743024, A61F 2/00, A61F 2/02, опубл. 1995].
Однако вышеописанный способ получения биопокрытия на медицинский имплантат не обеспечивает высокую адгезионную прочность сцепления покрытия с титановой основой не только из-за большого различия характеристик металла основы и материала покрытия, но и из-за невысокой скорости частиц напыляемого материала. Кроме того, способ не позволяет обеспечить заданную шероховатость и исходный фазовый состав покрытия, так как для газоплазменного напыления характерно длительное нахождение напыляемого материала в потоке продуктов сгорания, что, как правило, приводит к перегреву напыляемого порошка и оказывает влияние на фазовый состав покрытия, а также является достаточно энергоемким, так как приводит к значительным затратам электроэнергии.
Известен способ нанесения гидроксиапатитового покрытия на имплантаты, включающий смешивание порошка гидроксиапатита с биологически совместимым связующим веществом, в качестве которого используют фосфатные связки при соотношении связки и порошка (1,0-1,5):(1,5-2,0), нанесение получаемой суспензии на поверхность имплантата, сушку и последующую термообработку, которую проводят аргоноплазменной струей при токе дуги 300-500 А, продолжительности 0,5-2,0 мин, на дистанции обработки 40-100 мм от поверхности имплантата [патент RU 2417107, A61L 27/30, B05D 7/24, A61L 27/32, 27.04.2011].
Недостатком данного способа является низкая адгезия покрытия к подложке (прочность покрытия на отрыв равна 21-24 МПа).
Известен способ нанесения биоактивного покрытия на титановую пластину для остеосинтеза, в котором смешивают порошок, состоящий из 2 мас. ч. кальций фосфата и 1 мас. ч. гидроксиапатита, с водой до получения пастообразной массы с содержанием воды 3-5 мас.%, наносят полученную пастообразную массу на поверхность титановой пластины и напрессовывают ее на титановую пластину путем прокатки между валками, причем цикл нанесения и напрессовывания повторяют 2-4 раза, уменьшая зазор между валками после каждого цикла [патент RU 2745534, A61F 2/02, A61L 27/06, B05D 7/14, опубл. 26.03.2021].
Недостатком данного способа является невозможность получения развитой поверхности покрытия.
Известен способ нанесения гидроксиапатитовых покрытий, включающий смешивание порошка гидроксиапатита со связующим веществом, в качестве которого используют фосфатные связки, взятые в массовом соотношении (1,0-1,5):(1,5-2,0), сушку и термообработку обжигом при температуре 250-600°С [патент RU 2158189, B05D 7/24, B05D 7/14, A61L 27/00, опубл. 27.10.2000]. Способ характеризуется высокоэкономичным расходом гидроксиапатитового порошка, т.к. все его частицы, предварительно закрепленные на поверхности имплантата с помощью связующего вещества, участвуют в процессе создания покрытия.
Недостатком данного способа является недостаточная механическая прочность покрытия и низкая адгезионная прочность (прочность при сдвиге составляет 1,6-3 МПа).
В настоящее время актуальным является разработка способа получения биопокрытий на имплантатах, обеспечивающих повышенную остеоинтеграцию костных клеток, благодаря пористой структуре и развитой шероховатой поверхности.
Известен способ получения модифицированного биопокрытия на имплантате из титана, включающий анодирование имплантата импульсным током в условиях искрового микроразряда в водном растворе ортофосфорной кислоты, содержащем соединения кальция и фосфора, в котором для анодирования используют электролит, в составе которого соединение кальция с фосфором с дополнительно введенными ионами цинка [патент RU 2693468, A61F 2/02, А61С 8/00, опубл. 03.07.2019]. Покрытие имеет толщину 50-55 мкм, шероховатость Ra=3, пористость 22%, адгезионную прочность 15 МПа.
Недостатками известного способа являются низкая адгезионная прочность и небольшая толщина получаемого покрытия, низкая производительность и необходимость использования электрохимической обработки.
Наиболее близким по достигаемому техническому результату, по мнению авторов, является способ получения кальций-фосфатного биоактивного покрытия на имплантате из титана, заключающийся в нанесении покрытия микродуговым оксидированием, в котором перед нанесением покрытия поверхность титанового имплантата подвергают механической и химической обработке, затем проводят микродуговое оксидирование с получением многоуровневой пористой структуры покрытия, обеспечивающей остеоинтеграцию костных клеток [патент RU 2385740, A61L 27/54, A61F 2/02, А61С 8/00, опубл. 10.04.2010]. Кальций-фосфатные покрытия имеют толщину 10-40 мкм, пористость 35-50%, шероховатость Ra >2,5 мкм (5 класс), адгезионную прочность до 35 МПа. Данное изобретение выбрано в качестве прототипа.
Недостатками прототипа являются небольшая толщина покрытия, недостаточно высокая адгезионная прочность, низкая производительность процесса.
Технической проблемой является разработка простого способа получения гидроксиапатитового (далее ГА) покрытия на медицинский имплантат, обеспечивающего повышенную остеоинтеграцию костных клеток и высокую адгезионную прочность сцепления покрытия с имплантатом.
В одном аспекте решения технической проблемы раскрыт способ нанесения гидроксиапатитового покрытия на имплантаты из титанового сплава, включающий нанесение гидроксиапатита на поверхность имплантата, сушку и последующую термообработку при температуре 450-600°С, в котором нанесение гидроксиапатита осуществляют на пневмоструйной установке, при этом поверхность имплантата подвергают обдувке сначала абразивным порошком, затем при давлении воздуха не менее 6 атмосфер смесью гидроксиапатита и нержавеющей литой дроби при содержании дроби в смеси 30-70 мас.%.
В дополнительных аспектах изобретения раскрыто, что диаметр частиц нержавеющей литой дроби составляет 0,4-0,8 мм, обдувку поверхности имплантата смесью гидроксиапатита и нержавеющей литой дроби ведут при давлении воздуха 6-8 атмосфер в течение 1,5-2,5 минут, перед сушкой имплантат с покрытием обезжиривают, например, раствором кальцинированной соды и промывают водой, сушку проводят при температуре 65-70°С в течение 10 минут, термообработку ведут в печи сопротивления в течение 15-25 минут.
Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации, раскрытые в различных частях описания, могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.
Технический результат заключается в получении пористостого ГА-покрытия на имплантате, характеризующегося высокой адгезионной прочностью не менее 50 МПа, шероховатостью Ra = 2,2-2,8 мкм.
Сущность изобретения заключается в следующем.
В предлагаемом способе перед нанесением биопокрытия поверхность имплантата сначала подвергают обдувке абразивным порошком на пневмоструйной установке для формирования шероховатой поверхности, чтоспособствует улучшению сцепления покрытия с подложкой. Покрытие наносят также на пневмоструйной установке путем обдувки обработанной поверхности имплантата смесью, состоящей из ГА и нержавеющей литой дроби, при давлении воздуха не менее 6 атмосфер. При обдувке поверхности под большим давлением воздуха ГА вылетает из сопла воздушного пистолета с высокой скоростью и соударяется с подложкой, при этом происходит шаржирование ГА в тело подложки с формированием покрытия. Дробь, при этом служит фактором кинетической энергии, с помощью которой происходит "втирание" гидроксиапатита в тело подложки, что обеспечивает высокую адгезию покрытия. Использование нержавеющей дроби позволяет исключить шаржирование ионов железа в тело подложки, что предотвращает нежелательную коррозию. Давление воздуха менее 6 атмосфер не позволит создать достаточное ударное воздействие композиции на поверхность подложки. Оптимальное содержание дроби составляет 30-70 мас.%. Увеличение содержания дроби более 70 мас.% приведет к получению неравномерного по толщине покрытия из-за малого содержания ГА, а при содержании дроби менее 30 мас.% снизится адгезионная прочность покрытия.
Морфология покрытий и их шероховатость играют важную роль при формировании покрытий медицинского назначения. Считается, что оптимальной шероховатостью является шероховатость 4-5 класса (ГОСТ 2789-73), что способствует остеоиндукции и интеграции с костной тканью. Известно, что на успех остеоинтеграции также влияет пористая структура, которая способствует интенсивному врастанию костной ткани в поверхность имплантата, что обеспечивает его надежную фиксацию.
Предлагаемый способ обеспечивает формирование шероховатого пористого ГА покрытия. После удара каждой дробинки на поверхности наносимого покрытия появляются небольшие забоины (поры). В результате формируется шероховатая и пористая поверхность. При этом кристаллическая решетка ГА на месте удара уплотняется, что увеличивает прочность наносимого покрытия.
Изобретение иллюстрируется следующими фигурами:
на фиг. 1 приведена схема пневмоструйной установки, включающей камеру для сухой пневмоструйной обработки поверхности (а) и эжекционный воздушный пистолет (б),
на фиг. 2 - фотография образца с ГА-покрытием, полученная методом лазерной микроскопии с торца, на которой показана толщина и рельеф получаемого покрытия;
на фиг. 3 - фотография образца с ГА-покрытием, полученная методом лазерной микроскопии сверху, где синим цветом показаны линии определения шероховатости поверхности,
на фиг. 4 - изображение 3D-модели микрорельефа полученного покрытия,
на фиг. 5 - фотография образца с ГА-покрытием, полученная методом лазерной микроскопии сверху, где синим цветом показаны точки, по которым определяли значения площади и радиусов пор.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Покрытие наносили на титановую заготовку из титана ВТ1-0.
Обдувку поверхности имплантата осуществляли на пневмоструйной установке VDK-82090. Для обработки поверхности имплантата использовали сухую струйно-абразивную обдувку, которую производили в камере с применением пистолета эжекциоиного типа (фиг. 1). Процесс вели вручную. Сжатый воздух обязательно должен быть сухим и очищенным от примесей.
Для предварительной обработки поверхности в качестве абразивного порошка в примерах использовали порошок карбида кремния, но может быть использован любой другой абразивный порошок.
Использовали фракцию нержавеющей литой дроби с размером частиц 0,4-0,8 мм. Выбор фракции был обусловлен размерами сопла эжекционного пистолета.
Обдувку производили при давлении воздуха 6-8 атмосфер, что было обусловлено возможностями установки.
Предлагаемый способ позволяет получать покрытие различной толщины, которая зависит от времени обдувки поверхности имплантата смесью ГА и нержавеющей литой дроби Оптимальное время обработки составило от 1,5 до 2,5 минут, за это время формируется покрытие толщиной порядка 200-250 мкм. В зависимости от требуемой толщины покрытия может быть выбрано другое время обдувки.
Пример 1
Предварительную обдувку поверхности титановой заготовки проводили карбидом кремния при давлении 6 атм в течение 1,5 мин (шероховатость поверхности составила Ra=2,5 мкм). Затем проводили обдувку смесью, состоящей из 30 мас.% ГА и 70 мас.% нержавеющей литой дроби при давлении воздуха 8 атм в течение 1,5 мин. Далее образец с нанесенным покрытием обезжиривали в растворе кальцинированной соды и промывали в проточной воде. Сушили в сушильном шкафу при температуре 65°С в течение 10 минут, а затем выдерживали в печи сопротивления при температуре 450°С в течение 25 минут.
Примеры 2-12 аналогичны примеру 1, варьировали соотношение ГА : дробь и условия обработки.
У полученных образцов определяли следующие показатели:
- толщину покрытия определяли методом лазерной микроскопии, измерение производили по 4 точкам по линиям, показанным на фиг. 2 синим цветом, и рассчитывали среднее значение;
- шероховатость поверхности определяли методом лазерной микроскопии, измерение проводили вдоль выбранных линий, показанных на фиг. 3 синим цветом и рассчитывали среднее значение;
- площадь и размеры пор определяли методом лазерной микроскопии по точкам, обозначенным на фиг. 5 синим цветом и рассчитывали среднее значение;
- адгезионную прочность покрытия определяли методом испытания на отрыв по ГОСТ 9.304-87 «Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия газотермические. Общие требования и методы контроля». К противоположным поверхностям плоского образца с покрытием с помощью высокопрочного клея ЭД-20 приклеивали цилиндры, основания которых располагались строго параллельно к исследуемой поверхности. При отрыве цилиндров от поверхности измеряли усилие отрыва.
Результаты испытаний приведены в таблице.
Исследования морфологии поверхности образцов, после нанесения покрытия, методом лазерной микроскопии показали, что поверхность имеет ярко выраженный рельеф (фиг. 2), явно видны многочисленные поры (фиг. 3). По результатам измерения шероховатости была построена 3D-модель микрорельефа полученного покрытия (фиг. 4). На модели покрытия прослеживаются гребни и впадины, что подтверждает развитость покрытия, нанесенного заявленным способом. Как видно из фиг. 3 площадь поверхности пор в среднем составила 7200 мкм2, среднее значение радиуса пор - 47 мкм. Полученные данные свидетельствуют об образовании пористой поверхности.
Как видно из табличных данных изменение соотношения ГА и дроби не оказывает существенного влияния на шероховатость покрытия и его толщину, но влияет на адгезионную прочность. При этом исследования показали, что во всех примерах прочность на отрыв составила не менее 50 МПа.
Необходимо отметить, что варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вышеуказанными вариантами, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.
Предлагаемый способ позволяет получить пористое гидроксиапатитовое покрытие на имплантате, характеризующееся высокой адгезионной прочностью сцепления покрытия с титановым имплантатом как основой и развитой шероховатостью. Способ является простым и не требует специального оборудования.
Claims (7)
1. Способ нанесения гидроксиапатитового покрытия на имплантаты из титанового сплава, характеризующийся тем, что нанесение гидроксиапатита осуществляют на пневмоструйной установке, при этом поверхность имплантата подвергают обдувке сначала абразивным порошком, затем при давлении воздуха не менее 6 атмосфер обдувке смесью гидроксиапатита и нержавеющей литой дроби при содержании дроби в смеси 30-70 мас.% с последующей сушкой и термообработкой при температуре 450-600°С.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диаметр частиц нержавеющей литой дроби составляет 0,4-0,8 мм.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что обдувку поверхности смесью гидроксиапатита и нержавеющей литой дроби ведут при давлении воздуха 6-8 атмосфер.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что обдувку поверхности имплантата смесью гидроксиапатита и нержавеющей литой дроби ведут в течение 1,5-2,5 минут.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед сушкой имплантат дополнительно обезжиривают, например, раствором кальцинированной соды и промывают водой.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сушку проводят при температуре 65-70°С в течение 10 минут.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термообработку ведут в печи сопротивления в течение 15-25 минут.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2782100C1 true RU2782100C1 (ru) | 2022-10-21 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2820625C1 (ru) * | 2023-10-23 | 2024-06-06 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Иркутский научный центр хирургии и травматологии" (ИНЦХТ) | Способ модификации поверхности титана |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2490032C1 (ru) * | 2012-07-03 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Способ изготовления внутрикостного стоматологического имплантата с углеродным нанопокрытием |
US8834233B2 (en) * | 2007-12-11 | 2014-09-16 | Yamahachi Dental Mfg., Co. | Method of manufacturing implant and method of manufacturing artificial dental root |
RU2528625C1 (ru) * | 2013-05-29 | 2014-09-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Промтехнология" | Способ нанесения покрытия |
US9393121B2 (en) * | 2010-02-04 | 2016-07-19 | Finsbury (Development) Limited | Prosthesis |
RU2684617C1 (ru) * | 2018-07-11 | 2019-04-10 | Андрей Александрович Нестеренко | Способ нанесения биоактивного покрытия на титановые имплантаты |
RU2745534C1 (ru) * | 2020-08-07 | 2021-03-26 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Медицинские инструменты" (ООО НПО "Медицинские инструменты") | Способ нанесения биоактивного покрытия на титановую пластину для остеосинтеза |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8834233B2 (en) * | 2007-12-11 | 2014-09-16 | Yamahachi Dental Mfg., Co. | Method of manufacturing implant and method of manufacturing artificial dental root |
US9393121B2 (en) * | 2010-02-04 | 2016-07-19 | Finsbury (Development) Limited | Prosthesis |
RU2490032C1 (ru) * | 2012-07-03 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Способ изготовления внутрикостного стоматологического имплантата с углеродным нанопокрытием |
RU2528625C1 (ru) * | 2013-05-29 | 2014-09-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Промтехнология" | Способ нанесения покрытия |
RU2684617C1 (ru) * | 2018-07-11 | 2019-04-10 | Андрей Александрович Нестеренко | Способ нанесения биоактивного покрытия на титановые имплантаты |
RU2745534C1 (ru) * | 2020-08-07 | 2021-03-26 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Медицинские инструменты" (ООО НПО "Медицинские инструменты") | Способ нанесения биоактивного покрытия на титановую пластину для остеосинтеза |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2820625C1 (ru) * | 2023-10-23 | 2024-06-06 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Иркутский научный центр хирургии и травматологии" (ИНЦХТ) | Способ модификации поверхности титана |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Narayanan et al. | Strategies to improve the corrosion resistance of microarc oxidation (MAO) coated magnesium alloys for degradable implants: Prospects and challenges | |
US4223412A (en) | Implants for bones, joints or tooth roots | |
Sato et al. | Enhanced osteoblast adhesion on hydrothermally treated hydroxyapatite/titania/poly (lactide-co-glycolide) sol–gel titanium coatings | |
Saleh et al. | Biodegradable/biocompatible coated metal implants for orthopedic applications | |
Ding et al. | Immersion behavior of RF magnetron‐assisted sputtered hydroxyapatite/titanium coatings in simulated body fluid | |
US4794023A (en) | Process for producing a calcium phosphate compound coated composite material | |
US8974541B2 (en) | Bone implant comprising a magnesium-containing metallic material with reduced corrosion rate, and methods and kit for producing the bone implant | |
Park et al. | Improved biocompatibility of hydroxyapatite thin film prepared by aerosol deposition | |
CN104674320A (zh) | 一种钛或钛合金表面耐磨抑菌生物活性陶瓷膜制备方法和应用 | |
Durdu et al. | Characterization and bioactivity of hydroxyapatite-based coatings formed on steel by electro-spark deposition and micro-arc oxidation | |
CN102978677A (zh) | 钛或钛合金表面耐磨抑菌生物活性陶瓷膜制备方法及应用 | |
US20120271431A1 (en) | Bioactively Coated Metal Implants and Methods for the Production Thereof | |
Yang et al. | Adhesion strength of plasma-sprayed hydroxyapatite coatings on laser gas-nitrided pure titanium | |
Ong et al. | The characterization and development of bioactive hydroxyapatite coatings | |
Yang et al. | Biological response of Sr-containing coating with various surface treatments on titanium substrate for medical applications | |
JPH10102288A (ja) | リン酸カルシウム化合物のコーティング方法 | |
CN110468401A (zh) | 一种冷喷涂制备多孔钽生物活性涂层的方法 | |
RU2782100C1 (ru) | Способ нанесения гидроксиапатитового покрытия на имплантаты из титанового сплава | |
JPS63134672A (ja) | リン酸カルシウム被膜形成方法及び生体埋入部材 | |
KR100750973B1 (ko) | 임플란트의 표면처리방법, 그 표면처리방법에 의해생성되는 막, 그리고 그 막을 가진 임플란트 | |
CN104746120B (zh) | 含有生物活性磷酸钙涂层的碳/碳复合材料及其制备方法 | |
Khor et al. | Plasma spraying of combustion flame spheroidized hydroxyapatite (HA) powders | |
RU2417107C1 (ru) | Способ нанесения гидроксиапатитового покрытия на имплантаты | |
Xiaowei et al. | Effect of the mass ratio of CaCO3 to CaHPO4· 2H2O on in situ synthesis of hydroxyapatite coating by laser cladding | |
Khor et al. | Thermal spraying of functionally graded coatings for biomedical applications |