×
10.04.2016
216.015.3217

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОАКТИВНОГО ПОКРЫТИЯ С АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫМ ЭФФЕКТОМ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к медицине. Описан способ получения биоактивного покрытия с антибактериальным эффектом, который включает электроискровую обработку поверхности подложки обрабатывающим электродом, следующего состава (вес. %):биоактивная добавка - 5-40,антибактериальная металлическая добавка - 0,5-5, биосовместимый металл - остальное. Электроискровую обработку проводят при следующих режимах:100≤N≤10000, 10≤f≤100000, 0,01≤v≤0,6, где N - мощность единичного импульсного разряда, Вт, f - частота импульсных разрядов, Гц. Технический результат заключается в обеспечении получения на имплантатах, изготовленных из специальных сплавов медицинского назначения, сплошных биосовместимых, биоактивных покрытий с антибактериальным эффектом с высокой величиной адгезии (более 100 Н), высокой износостойкостью и с заданным рельефом. v - линейная скорость перемещения обрабатывающего электрода, м/мин. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к поверхностной обработке металлов и их сплавов медицинского назначения и может быть использовано при изготовлении имплантатов, предназначенных для замены поврежденных участков костной ткани, к которым относятся, в частности, ортопедические и дентальные имплантаты, имплантаты для челюстно-лицевой хирургии и хирургии позвоночника, искусственные сочленения, фиксаторы и др.

Известен способ получения оксидного биосовместимого покрытия на чрескостных имплантатах из нержавеющей стали (RU 2412723, опублик. 27.02.2011).

В известном способе получение покрытия на чрескостных имплантатах из нержавеющей стали (12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т) осуществляют путем оксидирования имплантатов в течение 0,3-1,0 ч на воздухе при температуре 300-600ºС и атмосферном давлении с последующим постепенным охлаждением обработанных изделий в печи до температуры окружающей среды (20-30ºС).

Недостатком известного способа является необходимость применения печей для проведения процесса оксидирования, значительная длительность технологического цикла, в связи с проведением охлаждения имплантатов в печи, а также низкая величина адгезии. При этом в способе не обеспечивается получение покрытий с антибактериальным эффектом.

Известен способ нанесения покрытий на изделия из титана (RU 2453630, опублик. 20.06.2012), в котором на поверхности титановых имплантатов формируют химическими методами кальцитные, апатитовые и композиционные покрытия.

Недостатком известного способа является необходимость использования специальных химикатов, длительность технологического цикла, достигающая не менее 3 суток, а также относительно низкая величина адгезии покрытия. При этом в способе не обеспечивается получение покрытий с антибактериальным эффектом.

Наиболее близким к предложенному способу является способ нанесения коррозионностойких и биосовместимых покрытий на титановый сплав ВТ6 методом электроискрового легирования (А.М. Павленко, В.А. Винокуров, Е.В. Найденкин «Нанесение коррозионностойких и биосовместимых покрытий на титановый сплав ВТ6 методом электроискрового легирования» «Современные техника и технологии: сборник трудов XIX международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 15-19 апреля 2013 г. », ТПУ, 2013, т. 2, с. 120-121).

Недостатком предложенного способа является то, что сформированные покрытия не являются биоактивными и не имеют антибактериального эффекта.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание биосовместимых, биоактивных покрытий с антибактериальным эффектом на металлах и их сплавах медицинского назначения.

Технический результат, достигаемый в предложенном способе, заключается в обеспечении получения на имплантатах, изготовленных из специальных сплавов медицинского назначения, сплошных биосовместимых, биоактивных покрытий с антибактериальным эффектом с высокой величиной адгезии (более 100 Н), высокой износостойкостью и с заданным рельефом.

Технический результат достигается следующим образом.

Способ получения биоактивного покрытия с антибактериальным эффектом включает электроискровую обработку поверхности токопроводящей подложки обрабатывающим электродом, следующего состава (вес. %):

биоактивная добавка - 5-40,

антибактериальная металлическая добавка - 0,5-5,

биосовместимый металл - остальное.

В качестве биоактивной добавки используется гидроксилапатит, и/или трикальцийфосфат, и/или оксид кальция, и/или диоксид титана.

В качестве антибактериальной металлической добавки используется серебро и/или медь.

В качестве биосовместимого металла используется титан, и/или цирконий, и/или гафний, и/или тантал.

Электроискровую обработку проводят при следующих условиях:

100≤Ni≤10000;

10≤f≤100000;

0,01≤v≤0,6,

где

Ni - мощность единичного импульсного разряда, Вт,

f - частота импульсных разрядов, Гц,

v - линейная скорость перемещения обрабатывающего электрода, м/мин.

Токопроводящая подложка выполнена из сплавов медицинского назначения на основе Ti, Ni, Fe, Zr, Nb, Та.

Электроискровая обработка проводится в среде аргона, или гелия, или азота.

Электроискровая обработка проводится в жидкости, в качестве которой используют этиловый спирт, или дистиллированную воду, или физиологический раствор, или раствор Рингера.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Нанесение покрытий осуществляется на оборудовании для электроискровой обработки, например, Alier-Metal.

Имплантат, являющийся токопроводящей подложкой, устанавливают в специальном боксе, так чтобы он и рабочая часть обрабатывающего электрода находились в защитной среде.

Инструмент с закрепленным обрабатывающим электродом, в состав которого входят биоактивная добавка, антибактериальная металлическая добавка и биосовместимый металл в соотношении, указанном выше, и имплантат подключают к генератору установки.

При сближении обрабатывающего электрода с имплантатом происходит электрический разряд, с последующей электрической эрозией материала обрабатывающего электрода и полярным переносом продуктов эрозии на поверхность имплантата. Формирование биоактивного покрытия с антибактериальным эффектом происходит при перемещении обрабатывающего электрода вдоль поверхности имплантата с заданной скоростью при установленной мощности и частоте импульсных разрядов.

Рельеф покрытия задается защитной средой, в которой проводят электроискровую обработку, например газовой или жидкой.

В качестве газовой среды при проведении электроискровой обработки используют аргон, или гелий, или азот.

В качестве жидкой среды при проведении электроискровой обработки используют этиловый спирт, или дистиллированную воду, или физиологический раствор H2O-NaCl, или раствор Рингера.

Для обеспечения биактивности покрытия в состав электродного материала вводят биоактивные добавки в виде неорганических соединений или их смесей, а именно гидроксилапатит Ca10(PO4)6(OH)2, и/или трикальцийфосфат Ca3(PO4)2, и/или оксид кальция СаО, и/или диоксид титана TiO2 в количестве 5-40 вес. %.

Введение биоактивной добавки в количестве меньше 5 вес. % не способствует повышению биоактивности сформированного покрытия.

Введение биоактивной добавки в количестве больше 40 вес. % способствует резкому увеличению неравномерности сформированного покрытия, снижению его сплошности, а также большому разбросу по величине шероховатости.

Для обеспечения антибактериальности биоактивного покрытия в электродный материал вводят антибактериальную металлическую добавку в количестве 0,5-5 вес. %, например, в виде серебра и/или меди.

Введение антибактериальной металлической добавки в количестве меньше 0,5 вес. % не приводит к появлению антибактериального эффекта сформированного покрытия. Кроме этого, технически сложно обеспечить равномерность распределения добавки в таком количестве в объеме электродного материала.

Введение антибактериальной металлической добавки в количестве больше 5 вес. % может вызывать токсические явления, а в ряде случаев вероятен летальный исход.

В качестве основы электродного материала, используемого для получения биоактивного покрытия с антибактериальным эффектом, применяют биосовместимые металлы титан Ti, и/или цирконий Zr, и/или гафний Hf, и/или тантал Та.

Диапазон значений параметров режимов электроискровой обработки при проведении способа выбран из следующих предпосылок.

При мощности единичных импульсных разрядов меньше 100 Вт наблюдается неустойчивость проведения процесса электроискровой обработки. Сформированные покрытия характеризуются низкой сплошностью и минимальной шероховатостью. На данных режимах возможно неравномерное распределение биоактивных и антибактериальных добавок в поверхностном слое, что приводит к снижению биоактивности и антибактериального эффекта.

При проведении процесса электроискровой обработки с мощностью единичного импульсного разряда больше 10000 Вт происходит сильный нагрев электродного материала, что приводит к его эрозии в виде твердофазных частиц. Данные частицы не обладают достаточной возможностью закрепления на поверхности подложки. Сформированное покрытие имеет высокую шероховатость и недостаточную сплошность.

Существует вероятность, что слабо закрепленные между собой частицы покрытия при эксплуатации будут откалываться от покрытия и попадать в организм.

Кроме этого, интенсивный нагрев электрода может способствовать потере твердости и увеличению пластичности, приводящей к потере формы материала электрода, что делает невозможным его дальнейшее использование. Также происходит повышенный расход электродного материала.

Применение режима электроискровой обработки с частотой импульсных разрядов менее 10 Гц приводит к снижению производительности процесса. В этом случае для получения сплошных, равномерных покрытий необходимо увеличение времени обработки.

В то же время применение режимов обработки выше 100000 Гц приводит к формированию покрытий, характеризующихся минимальной шероховатостью и толщиной, не превышающей 10 мкм. Покрытие с минимальной шероховатостью не имеет разветвленной поверхности и не способствует повышению медико-биологических характеристик (биоактивности и антибактериального эффекта).

Проведение электроискровой обработки с линейной скоростью перемещения обрабатывающего электрода менее 0,01 м/мин снижает производительность процесса формирования биоактивных покрытий.

Линейная скорость перемещения обрабатывающего электрода более 0,6 м/мин приводит к формированию несплошных покрытий и неравномерному распределению биоактивных и антибактериальных добавок на поверхности обрабатываемых имплантатов.

Физико-механические и биологические свойства биоактивных покрытий с антибактериальным эффектом определялись при использовании специализированных прецизионных приборов.

В качестве модельной системы в биологических исследованиях были использованы остеобласты линии МС3Т3-Е1, культивируемые на поверхности тестируемых материалов.

Адгезия клеток с последующим распластыванием на поверхности подложки является первой фазой взаимодействия клеток организма и имплантата и поэтому качество этой первой фазы имеет решающее значение для биосовместимости материала.

Морфометрический анализ площади распластывания клеток на поверхности покрытий показал, что остеобласты хорошо распластывались на поверхности тестируемых образцов. Иммуноморфологическое исследование актинового цитоскелета показало, что разрушения актинового цитоскелета клеток не происходит.

С помощью количественного колориметрического метода с использованием в качестве маркера раннего маркера дифференцировки щелочной фосфатазы также проводилась оценка способности покрытий влиять на дифференцировку остеобластов МС3Т3-Е1 при их росте в дифференцирующей среде. Проведенные исследования показали, что остеобласты, растущие на поверхности покрытий, способны дифференцироваться. После двух недель культивирования МС3Т3-Е1 остеобластов количественный колориметрический анализ показал более высокий уровень активности щелочной фосфатазы в клетках, растущих на поверхности покрытий, по сравнению с контрольным образцом (образцом без покрытия из титанового сплава ВТ6).

В качестве тестовых культур микроорганизмов для исследования бактерицидной активности покрытий была использована кишечная палочка бактерия Е. coli. Оценивалось количество сохранившихся бактерий через 24 часа (в качестве параметра антибактериальной активности приведено процентное отношение сохранившихся бактерий по сравнению с контрольным образцом (образцом без антибактериальной добавки)).

Проведение электроискровой обработки при вышеперечисленных параметрах обеспечивает устойчивость (стабильность) проведения процесса формирования биоактивного покрытия с антибактериальным эффектом без дефектов в виде закрытых пор и трещин, с заданной шероховатостью и химическим составом, с высокой величиной адгезии, сплошностью и износостойкостью.

В таблице 1 приведены примеры осуществления способа и зависимость характеристик полученных биоактивных покрытий от заданного диапазона параметров электроискровой обработки для соответствующих составов электродных материалов.

Из таблицы следует, что сформированные покрытия характеризуются высокой величиной адгезии более 100 Н, высокими эксплуатационными свойствами, а именно износостойкостью, заданным рельефом R max 1,5-85,1 мкм и толщиной 15-90 мкм. Медико-биологические характеристики, которыми являются биоактивность и антибактериальный эффект, подтверждаются:

- отсутствием разрушения актинового цитоскелета клеток на поверхности покрытий;

- увеличением уровня активности щелочной фосфатазы;

- снижением концентрация кишечной палочки.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 31-40 of 334 items.
20.08.2016
№216.015.4aa1

Способ дефосфорации марганцевых руд и концентратов

Изобретение относится к дефосфорации расплавов марганцевых руд и концентратов. Селективное восстановление фосфора из расплава ведут газообразным монооксидом углерода (СО), который продувают через расплав. Может быть использован газообразный монооксид углерода, полученный в газогенераторе и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594997
Дата охранного документа: 20.08.2016
20.08.2016
№216.015.4e67

Композиция для изготовления режущего инструмента для стали и чугуна

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления режущего инструмента. Композиция содержит сверхтвердый материал, включающий смесь порошков кубического нитрида бора и алмаза, при следующем соотношении компонентов, мас. %: кубический нитрид бора 20-60,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595000
Дата охранного документа: 20.08.2016
10.08.2016
№216.015.54e5

Способ определения термостойкости углей

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам измерения термостойкости углей. Способ предполагает воздействие на образец угля двух последовательных термоударов, второй из которых имеет большую по сравнению с первым интенсивность, и регистрацию параметров акустической эмиссии....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593441
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.55b2

Способ определения пористости металлоизделий

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к определению пористости металлоизделия, полученного обработкой давлением литого изделия, и может быть использовано для определения влияния обработки давлением на пористость получаемого металлоизделия. Способ заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593525
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.07.2016
№216.015.56a6

Способ сорбционного извлечения селена, теллура и мышьяка из водных растворов.

Изобретение относится к области гидрометаллургии, а именно к способу сорбционного извлечения селена, теллура и мышьяка из растворов. Сущность способа заключается во введении растворимых соединений индия в раствор извлекаемых элементов перед сорбцией. Количество соединений индия должно превышать...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590806
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.5d1e

Способ измерения величины и пространственного распределения локальных магнитных полей, возникающих вследствие протекания коррозионных процессов на металлической поверхности в проводящем растворе

Использование: для проведения коррозионных in-situ исследований материалов в различных проводящих средах. Сущность изобретения заключается в том, что исследуемый образец помещают в кювету с проводящим раствором, в котором требуется исследовать коррозионное поведение материала образца, после...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591027
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.5dcc

Способ получения порошка титаната диспрозия для поглощающих элементов ядерного реактора

Изобретение относится к способу получения высокодисперсных порошков титаната диспрозия для поглощения нейтронов и может быть использовано в стержнях регулирования ядерных реакторов. Способ включает получение порошка титаната диспрозия путем механической активации смеси компонентов - диоксида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590887
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.62ef

Способ переработки сульфидных никелевых концентратов

Изобретение относится к металлургии цветных металлов. Способ переработки сульфидного никелевого сырья включает обжиг шихты, содержащей сульфидное никелевое сырье и хлорид натрия, при температуре 350-400°С с доступом кислорода в течение 1,5-2 ч и выщелачивание полученного огарка водой при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588904
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.6ad8

Способ получения нанокомпозита feni/c в промышленных масштабах

Изобретение относится к нанотехнологии изготовления нанокомпозита FeNi/C. Техническим результатом является получение нанокомпозита FeNi/C, содержащего наночастицы FeNi с размером от 12 до 85 нм. Способ синтеза нанокомпозита FeNi/C включает приготовление совместного раствора порошка графита,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593145
Дата охранного документа: 27.07.2016
13.01.2017
№217.015.6d89

Нанокомпозиционный электроконтактный материал и способ его получения

Изобретение относится к области электротехники и нанотехнологии, в частности к нанокомпозитному материалу на основе меди (Cu) для производства силовых разрывных электрических контактов в переключателях мощных электрических сетей и вакуумных дугогасительных камерах и способу его получения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597204
Дата охранного документа: 10.09.2016
Showing 31-40 of 201 items.
20.08.2016
№216.015.4aa1

Способ дефосфорации марганцевых руд и концентратов

Изобретение относится к дефосфорации расплавов марганцевых руд и концентратов. Селективное восстановление фосфора из расплава ведут газообразным монооксидом углерода (СО), который продувают через расплав. Может быть использован газообразный монооксид углерода, полученный в газогенераторе и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594997
Дата охранного документа: 20.08.2016
20.08.2016
№216.015.4e67

Композиция для изготовления режущего инструмента для стали и чугуна

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления режущего инструмента. Композиция содержит сверхтвердый материал, включающий смесь порошков кубического нитрида бора и алмаза, при следующем соотношении компонентов, мас. %: кубический нитрид бора 20-60,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595000
Дата охранного документа: 20.08.2016
10.08.2016
№216.015.54e5

Способ определения термостойкости углей

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам измерения термостойкости углей. Способ предполагает воздействие на образец угля двух последовательных термоударов, второй из которых имеет большую по сравнению с первым интенсивность, и регистрацию параметров акустической эмиссии....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593441
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.55b2

Способ определения пористости металлоизделий

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к определению пористости металлоизделия, полученного обработкой давлением литого изделия, и может быть использовано для определения влияния обработки давлением на пористость получаемого металлоизделия. Способ заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593525
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.07.2016
№216.015.56a6

Способ сорбционного извлечения селена, теллура и мышьяка из водных растворов.

Изобретение относится к области гидрометаллургии, а именно к способу сорбционного извлечения селена, теллура и мышьяка из растворов. Сущность способа заключается во введении растворимых соединений индия в раствор извлекаемых элементов перед сорбцией. Количество соединений индия должно превышать...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590806
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.5d1e

Способ измерения величины и пространственного распределения локальных магнитных полей, возникающих вследствие протекания коррозионных процессов на металлической поверхности в проводящем растворе

Использование: для проведения коррозионных in-situ исследований материалов в различных проводящих средах. Сущность изобретения заключается в том, что исследуемый образец помещают в кювету с проводящим раствором, в котором требуется исследовать коррозионное поведение материала образца, после...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591027
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.5dcc

Способ получения порошка титаната диспрозия для поглощающих элементов ядерного реактора

Изобретение относится к способу получения высокодисперсных порошков титаната диспрозия для поглощения нейтронов и может быть использовано в стержнях регулирования ядерных реакторов. Способ включает получение порошка титаната диспрозия путем механической активации смеси компонентов - диоксида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590887
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.62ef

Способ переработки сульфидных никелевых концентратов

Изобретение относится к металлургии цветных металлов. Способ переработки сульфидного никелевого сырья включает обжиг шихты, содержащей сульфидное никелевое сырье и хлорид натрия, при температуре 350-400°С с доступом кислорода в течение 1,5-2 ч и выщелачивание полученного огарка водой при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588904
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.6ad8

Способ получения нанокомпозита feni/c в промышленных масштабах

Изобретение относится к нанотехнологии изготовления нанокомпозита FeNi/C. Техническим результатом является получение нанокомпозита FeNi/C, содержащего наночастицы FeNi с размером от 12 до 85 нм. Способ синтеза нанокомпозита FeNi/C включает приготовление совместного раствора порошка графита,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593145
Дата охранного документа: 27.07.2016
13.01.2017
№217.015.6d89

Нанокомпозиционный электроконтактный материал и способ его получения

Изобретение относится к области электротехники и нанотехнологии, в частности к нанокомпозитному материалу на основе меди (Cu) для производства силовых разрывных электрических контактов в переключателях мощных электрических сетей и вакуумных дугогасительных камерах и способу его получения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597204
Дата охранного документа: 10.09.2016
+ добавить свой РИД