×
10.05.2015
216.013.482d

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНОВЫХ ИМПЛАНТАТОВ ПОРОШКОВЫМИ БИОКЕРАМИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к медицине, а именно к способу модифицирования поверхности титановых имплантатов порошковыми биокерамическими материалами. При осуществлении способа проводят термообработку поверхности титановых имплантатов аргоно-плазменной струей при токе дуги 150-250 А, продолжительности 2,5-3,0 мин на дистанции обработки 80-120 мм с последующей струйной обработкой термоактивированной поверхности порошковым биокерамическим материалом дисперсностью частиц 150-500 мкм при давлении струи 0,6-0,7 МПа в течение 10-15 сек. Способ является технологически простым, позволяет модифицировать поверхность титановых имплантатов биокерамическими частицами и обеспечивает создание высокоэффективной остеоинтеграционной поверхностной структуры имплантатов. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к способам формирования биокерамических покрытий на титановых имплантатах для стоматологии, травматологии и ортопедии, и может использоваться при изготовлении внутрикостных и чрескостных имплантационных конструкций.

При модифицировании поверхности титановых имплантатов наиболее часто применяют способы плазменного напыления порошковых биокерамических покрытий. При этом механическая прочность таких порошковых покрытий во многих случаях находится на низком уровне, часто наблюдается отскок частиц порошка от подложки при соударении с ней. Кроме того, не всегда удается получить высокоразвитую морфологию плазменно обработанных поверхностей имплантатов для обеспечения их эффективной остеоинтеграции. Известные технологические способы создания биокерамических слоев на имплантатах отличаются повышенной сложностью и трудоемкостью, а механическая прочность получаемых порошковых покрытий находится на низком уровне, что сильно ограничивает функциональную надежность титановых имплантационных конструкций.

Известен способ изготовления имплантатов с биокерамическим покрытием (гидроксиапатит, биоситалл), наносимым методом плазменного напыления [патент РФ №2157245, МПК: A61L 27/06, A61F 2/28, опубл. 10.10.2000 г.], в котором в качестве основы имплантатов используется титановая лента, из которой просекают сетку с квадратными или ромбовидными ячейками с величиной сторон 0,8-2,5 мм и шагом 0,05-0,1 мм. На поверхность сетки методом плазменного напыления наносят слой титана толщиной 50-100 мкм из порошка дисперсностью 60-150 мкм, который затем покрывают слоем биокерамики (гидроксиапатит, биоситалл) толщиной 30-50 мкм из порошка дисперсностью 40-60 мкм. Плазмонапыленное покрытие может быть однослойным (титан) или двухслойным (титан+биокерамика), односторонним или двусторонним.

Недостатком данного способа является отсутствие развитой остеоинтеграционной структуры поверхности титановых имплантатов и технологическая сложность их модифицирования порошковыми биокерамическими материалами.

Известен способ нанесения гидроксиапатитовых покрытий, включающий смешивание порошка гидроксиапатита со связующим веществом, в качестве которого используют фосфатные связки, взятые в соотношении к порошку 1,0-1,5:1,5-2,0, сушку и термообработку обжигом при температуре 250-600°C [патент РФ №2158189, МПК: B05D 7/24, B05D 7/14, A61L 27/00, опубл. 27.10.2000 г.].

Однако недостатком данного способа является отсутствие технической возможности получения биокерамического слоя (гидроксиапатитового покрытия) с развитой остеоинтеграционной структурой, а также высокая технологическая сложность нанесения частиц порошка биокерамики на поверхность титановых имплантатов.

Ближайшим прототипом, по мнению автора, является способ нанесения гидроксиапатитового покрытия на имплантаты [патент РФ №2417107, МПК: A61L 27/30, B05D 7/24, A61L 27/32, опубл. 27.04.2011 г.], включающий смешивание порошка гидроксиапатита с биологически совместимым связующим веществом в виде фосфатной связки при соотношении связки и порошка 1,0-1,5:1,5-2,0, нанесение получаемой суспензии на металлическую поверхность, сушку и последующую термообработку аргоно-плазменной струей при токе дуги 300-500 A, продолжительности 0,5-2,0 мин на дистанции 40-100 мм.

Однако существенным недостатком данного способа является технологическая сложность модифицирования поверхности имплантатов порошковым биокерамическим материалом.

Задачей изобретения является получение развитой остеоинтеграционной структуры поверхности титановых имплантатов путем создания технологически простых условий их модифицирования порошковыми механически прочными биокерамическими материалами.

Технический результат изобретения заключается в повышении морфологической гетерогенности поверхности имплантатов и в повышении прочности ее срастания с костью.

Поставленная задача достигается за счет того, что в предлагаемом способе модифицирования поверхности титановых имплантатов порошковыми биокерамическими материалами, включающем термообработку поверхности титановых имплантатов аргоно-плазменной струей, согласно предлагаемому техническому решению, термообработку поверхности титановых имплантатов аргоно-плазменной струей проводят при токе дуги 150-250 A, продолжительности 2,5-3,0 мин на дистанции обработки 80-120 мм с последующей струйной обработкой термоактивированной поверхности порошковым биокерамическим материалом дисперсностью частиц 150-500 мкм при давлении струи 0,6-0,7 МПа в течение 10-15 сек. При этом в качестве порошковых биокерамических материалов применяют механически прочные оксиды титана, тантала, циркония, алюминия. В результате предварительной термообработки имплантатов аргоно-плазменной струей происходит термическая активация титановой поверхности с увеличением ее пластичности, что облегчает внедрение и способствует прочному закреплению в ней частиц порошкового биокерамического материала при последующей струйной обработке имплантатов.

Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что активирующая термообработка поверхности имплантатов путем воздействия на нее аргоно-плазменной струи проводится при токе дуги 150-250 A, продолжительности 2,5-3,0 мин на дистанции 80-120 мм для увеличения уровня пластичности поверхностных титановых слоев, а потом осуществляется порошково-струйная обработка термоактивированной поверхности частицами биокерамического материала дисперсностью 150-500 мкм при давлении струи 0,6-0,7 МПа в течение 10-15 сек для формирования морфологически развитой остеоинтеграционной структуры имплантатов.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что процесс модифицирования поверхности титановых имплантатов порошковыми биокерамическими материалами осуществляют сначала путем предварительной активирующей термообработки поверхности имплантатов аргоно-плазменной струей при токе дуги 150-250 A, продолжительности 2,5-3,0 мин на дистанции 80-120 мм, за счет чего титановая поверхность разогревается до температуры 170-200°C при повышении ее пластичности и снижении твердости, а затем производят струйную обработку (обдувку) такой термически активированной поверхности порошковым биокерамическим материалом (механически прочные оксиды титана, тантала, циркония, алюминия) дисперсностью 150-500 мкм при давлении струи 0,6-0,7 МПа в течение 10-15 сек. При этом в процессе струйной обработки происходит внедрение частиц порошкового биокерамического материала в разогретую титановую поверхность, которые, при охлаждении поверхности, сопровождающемся повышением уровня ее твердости и снижением пластичности, прочно закрепляются в ней с формированием развитой и морфологически гетерогенной биокерамической структуры.

Данные технологические условия модифицирования поверхности титановых имплантатов отличаются от способа по прототипу меньшей трудоемкостью и простотой осуществления процесса, позволяют создавать поверхностные биокерамические структуры с высокой механической прочностью и морфологической гетерогенностью.

Значения тока дуги 150-250 A при предварительной аргоно-плазменной обработке титановых имплантатов обеспечивают придание поверхности необходимого пластического состояния и пониженной твердости для уменьшения сопротивления внедрению частиц порошкового биокерамического материала при последующей струйной обработке поверхности. При этом значения тока дуги меньше 150 A не обеспечивают получение высокопластичного состояния титановой поверхности, что затрудняет внедрение и закрепление частиц порошкового биокерамического материала в поверхностном металлическом слое, а значения тока дуги больше 250 A приводят к необратимым структурно-химическим изменениям в титановой основе, к деформированию самой конструкции имплантата и к снижению прочностных характеристик поверхности.

Значения продолжительности воздействия аргоно-плазменной струи, составляющие 2,5-3,0 мин, выбраны исходя из условий обеспечения высокой пластичности титановой поверхности при термообработке. Отклонение от указанных значений временного режима не позволяет добиться такого состояния поверхности имплантата, при котором происходит эффективное внедрение и закрепление в ней частиц порошкового биокерамического материала при струйной обработке.

Значения дистанции обработки аргоно-плазменной струей меньше 80 мм приводят к чрезмерному нагреву титановой поверхности с опасностью ее локального оплавления, а значения дистанции, превышающие 120 мм, не обеспечивают термическую активацию поверхности, при которой происходит существенное повышение уровня ее пластичности.

Значения дисперсности частиц порошкового биокерамического материала, находящиеся в интервале 150-500 мкм, выбраны из условий получения такой морфологической структуры поверхности, которая обладает высокой остеоинтеграционной способностью.

Значения давления порошковой струи на уровне 0,6-0,7 МПа являются технологически наиболее целесообразными, т.к. при меньших значениях давления не удается обеспечить внедрение и прочное закрепление частиц порошкового биокерамического материала в поверхности термообработанных титановых имплантатов, а при больших значениях давления порошковой струи происходит существенное деформирование титановой поверхности, сопровождающееся ее наклепом и значительным изменением физико-механических свойств.

Значения продолжительности струйной обработки титановых имплантатов частицами порошкового биокерамического материала, составляющие 10-15 сек, позволяют сформировать морфологически развитую биокерамическую структуру имплантатов. В случае, если струйная обработка проводится меньше 10 сек, то не удается модифицировать всю поверхность титановых имплантатов частицами порошкового биокерамического материала, а в случае, если струйная обработка осуществляется больше 15 сек, происходит отскок частиц порошкового биокерамического материала от термоактивированной поверхности имплантатов вследствие ее охлаждения, которое приводит к потере высокой пластичности и повышению твердости поверхностных слоев.

Пример 1. Берут титановый имплантат, закрепляют его на оснастке в камере плазменной установки типа ВРЕC и с помощью плазмотрона проводят предварительную активирующую термообработку его поверхности аргоно-плазменной струей при значении тока дуги 250 A, продолжительности 2,5 мин, на дистанции 80 мм. За счет такой термообработки титановая поверхность разогревается до температур порядка 170-200°C, что сопровождается повышением уровня ее пластичности и снижением твердости поверхностных слоев. Затем выключают плазмотрон и в камере плазменной установки с закрепленным термоактивированным имплантатом проводят струйную обработку (обдувку) поверхности имплантата частицами оксида циркония дисперсностью 150 мкм при давлении порошковой струи 0,6 МПа в течение 10 сек. Данную обработку проводят с помощью пескоструйного аппарата, компрессор которого создает необходимое давление подачи порошка оксида циркония. При этом в процессе струйной обработки происходит внедрение частиц оксида циркония в разогретую титановую поверхность, которые при охлаждении поверхности прочно закрепляются в ней с формированием развитой и морфологически гетерогенной биокерамической структуры.

Пример 2. Берут титановый имплантат, закрепляют его на оснастке в камере плазменной установки типа ВРЕC и с помощью плазмотрона проводят предварительную активирующую термообработку его поверхности аргоно-плазменной струей при значении тока дуги 150 A, продолжительности 3,0 мин, на дистанции 120 мм. За счет такой термообработки титановая поверхность разогревается до температур порядка 170-200°C, что сопровождается повышением уровня ее пластичности и снижением твердости поверхностных слоев. Затем выключают плазмотрон и в камере плазменной установки с закрепленным термоактивированным имплантатом проводят струйную обработку (обдувку) поверхности имплантата частицами оксида титана дисперсностью 500 мкм при давлении порошковой струи 0,7 МПа в течение 15 сек. Данная обработка проводится с помощью пескоструйного аппарата, компрессор которого создает необходимое давление подачи порошка оксида титана. При этом в процессе струйной обработки происходит внедрение частиц оксида титана в разогретую титановую поверхность, которые при охлаждении поверхности прочно закрепляются в ней с формированием развитой и морфологически гетерогенной биокерамической структуры.

Получаемая заявляемым способом модифицирования поверхность титановых имплантатов характеризуется следующими параметрами: адгезией, МПа - 25-27, относительной шероховатостью (безразмерный параметр) 0,6-0,75, плотностью распределения частиц биокерамики (плотностью микровыступов), 1/см - 120-190.

Положительный эффект предполагаемого изобретения, заключающийся в повышении морфологической гетерогенности поверхности имплантатов и в повышении прочности ее срастания с костью, достигается за счет получение развитой остеоинтеграционной структуры поверхности титановых имплантатов путем создания технологически простых условий их модифицирования порошковыми механически прочными биокерамическими материалами.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 31-40 из 85.
27.09.2014
№216.012.f7c1

Способ изготовления имплантатов

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для изготовления внутритканевых эндопротезов на титановой основе. Способ изготовления имплантатов включает многослойное плазменное напыление на металлическую основу имплантатов биологического активного покрытия, при этом первым и вторым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529262
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.10.2014
№216.012.fc78

Способ отображения картины поля стоячей электромагнитной волны в многоэлементном электроакустическом преобразователе

Изобретение относится к технике СВЧ измерений. Способ предлагает подачу через развязывающее устройство электромагнитного сигнала от генератора СВЧ на многоэлементный электроакустический преобразователь, нанесенный на кристаллический образец, засветку пучком света от лазера расположенных вдоль...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530478
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fcd2

Способ изготовления внутрикостного имплантата с ионно-лучевой модификацией

Изобретение относится к медицине, конкретно к ортопедической хирургии, и может быть использовано при изготовлении высоконагруженных внутрикостных имплантатов, а также мини-имплантатов. Описан способ, включающий пескоструйную обработку поверхности имплантата частицами оксида алюминия, послойное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530568
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fcd7

Способ изготовления внутрикостных имплантатов с биоактивным покрытием

Изобретение относится к медицине, а именно к челюстно-лицевой хирургии и травматологии, и может быть использовано для изготовления внутритканевых эндопротезов на титановой основе. Описан способ изготовления внутрикостных имплантатов с биоактивным покрытием, заключающийся в послойном нанесении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530573
Дата охранного документа: 10.10.2014
27.10.2014
№216.013.0109

Устройство для защиты оптического прибора

Изобретение относится к области вооружения и военной техники и может быть использовано как устройство для защиты оптического прибора специального назначения. Устройство для защиты оптического прибора содержит оптический прибор, который размещен в цилиндрическом корпусе защиты, имеющем окно....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531663
Дата охранного документа: 27.10.2014
10.01.2015
№216.013.1b4a

Устройство для определения модуля упругости конструкционных материалов

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к устройствам для определения упругих характеристик материалов при изгибе, и может быть использовано для определения зависимости модуля упругости конструкционных материалов как от температуры, так и от величины изгибающих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538414
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1bd8

Вяжущее

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам вяжущих смесей, используемых для изготовления строительных материалов и изделий. Технический результат заключается в повышении прочности и водостойкости материала. Вяжущее содержит компоненты при следующем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538556
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.2425

Вяжущее

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам вяжущих смесей, используемых для изготовления строительных материалов и изделий. Технический результат заключается в повышении прочности и водостойкости материала. Вяжущее содержит компоненты при следующем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540706
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.02.2015
№216.013.2ac8

Способ получения оксидного покрытия на стальных чрескостных имплантатах

Изобретение относится к области медицинской техники. Описан способ получения оксидных биосовместимых покрытий на стальных чрескостных имплантатах, который осуществляют путем их термического оксидирования на воздухе при температуре 300-600°С в условиях обдувки воздухом, подаваемым в рабочую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542409
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.04.2015
№216.013.41ce

Устройство для ультразвуковой обработки

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано при обработке жаропрочных, нержавеющих сплавов, хрупких материалов типа керамики, стекла, а также других труднообрабатываемых материалов. Устройство содержит основную колебательную систему, включающую основную отражающую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548344
Дата охранного документа: 20.04.2015
Показаны записи 31-40 из 95.
20.08.2014
№216.012.ec1c

Способ изготовления внутрикостных имплантатов с многослойным покрытием

Изобретение относится к медицине, а именно к челюстно-лицевой хирургии и травматологии, и предназначено для использования при изготовлении внутритканевых эндопротезов на титановой основе. На металлическую основу имплантата осуществляют многослойное плазменное напыление биологического активного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526252
Дата охранного документа: 20.08.2014
10.09.2014
№216.012.f0e6

Безглютеновый овощной соус

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для производства эмульсионных продуктов типа овощных соусов функционального назначения. Безглютеновый овощной соус содержит следующее соотношение исходных компонентов: томатную пасту 30%-ную - 34,00-35,00 масс.%, лук...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527492
Дата охранного документа: 10.09.2014
27.09.2014
№216.012.f79d

Способ энерготехнологической переработки сланца

Изобретение может быть использовано в области переработки сланца для получения энергетического и технологического газов и химических продуктов, таких как метилтиофен, тиофен, бензол. Способ энерготехнологической переработки сланца включает полукоксование мелкозернистого сланца с твердым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529226
Дата охранного документа: 27.09.2014
27.09.2014
№216.012.f7c1

Способ изготовления имплантатов

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для изготовления внутритканевых эндопротезов на титановой основе. Способ изготовления имплантатов включает многослойное плазменное напыление на металлическую основу имплантатов биологического активного покрытия, при этом первым и вторым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529262
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.10.2014
№216.012.fc78

Способ отображения картины поля стоячей электромагнитной волны в многоэлементном электроакустическом преобразователе

Изобретение относится к технике СВЧ измерений. Способ предлагает подачу через развязывающее устройство электромагнитного сигнала от генератора СВЧ на многоэлементный электроакустический преобразователь, нанесенный на кристаллический образец, засветку пучком света от лазера расположенных вдоль...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530478
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fcd2

Способ изготовления внутрикостного имплантата с ионно-лучевой модификацией

Изобретение относится к медицине, конкретно к ортопедической хирургии, и может быть использовано при изготовлении высоконагруженных внутрикостных имплантатов, а также мини-имплантатов. Описан способ, включающий пескоструйную обработку поверхности имплантата частицами оксида алюминия, послойное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530568
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fcd7

Способ изготовления внутрикостных имплантатов с биоактивным покрытием

Изобретение относится к медицине, а именно к челюстно-лицевой хирургии и травматологии, и может быть использовано для изготовления внутритканевых эндопротезов на титановой основе. Описан способ изготовления внутрикостных имплантатов с биоактивным покрытием, заключающийся в послойном нанесении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530573
Дата охранного документа: 10.10.2014
27.10.2014
№216.013.0109

Устройство для защиты оптического прибора

Изобретение относится к области вооружения и военной техники и может быть использовано как устройство для защиты оптического прибора специального назначения. Устройство для защиты оптического прибора содержит оптический прибор, который размещен в цилиндрическом корпусе защиты, имеющем окно....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531663
Дата охранного документа: 27.10.2014
10.01.2015
№216.013.1b24

Турбокомпрессор двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к области автомобилестроения, а именно к двигателестроению. Турбокомпрессор двигателя внутреннего сгорания содержит подшипниковый узел, в котором установлен вал ротора, с турбинным и компрессорным колесами, корпус центростремительной турбины, закрепленный на корпусе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538376
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1b4a

Устройство для определения модуля упругости конструкционных материалов

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к устройствам для определения упругих характеристик материалов при изгибе, и может быть использовано для определения зависимости модуля упругости конструкционных материалов как от температуры, так и от величины изгибающих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538414
Дата охранного документа: 10.01.2015
+ добавить свой РИД