Патент на изобретение №2386454

(54) БИОПОКРЫТИЕ НА ИМПЛАНТАТ ИЗ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области медицинской техники и может применяться для создания биосовместимого покрытия на медицинских внутри-костных и чрескостных имплантатах с высоким уровнем приживления в организме. Покрытие на титане и его сплавах содержит оксиды титана и меди в определенном количественном соотношении и лантан. Формирование покрытия на титане и титан-содержащих сплавах (ВТ 1-0, ВТ 1-00, ВТ-6, ВТ-16 и др.) осуществляют электрохимическим путем последовательно в двух электролитах, при этом сначала анодным оксидированием получают слой смеси оксидов титана и меди в электролите концентрацией 200 г/л серной кислоты с добавлением 50 г/л сульфата меди в дистиллированной воде при постоянном анодном токе, затем катодным внедрением создают слой лантана в виде фрагментов в электролите концентрацией 0,5 М салицилата лантана в диметилформамиде при постоянном катодном напряжении 3 В. Способ позволяет получить остеоинтеграционное оксидное биопокрытие, обладающее бактерицидными и антикоагулянтными свойствами. 2 н.п. ф-лы.

Изобретение относится к области медицинской техники и может применяться для создания биосовместимого покрытия на медицинских внутрикостных и чрескостных имплантатах с высоким уровнем приживления в организме.

Высокая статистическая частота операционных неудач при вживлении костных имплантатов во многом определяется аллергическими реакциями организма на чужеродное тело и интенсивным тромбообразованием на границе имплантат-ткань в начальный послеоперационный период. Указанные явления приводят к раздражению, воспалению, нагноению прилегающей костной ткани, снижению эффективности остеоинтеграции и последующему отторжению имплантата. Неудовлетворительность данных результатов способствовала поиску новых путей решения этой проблемы, обеспечивающих нормальную остеоинтеграцию, минимизацию послеоперационных осложнений и снижение частоты операционных неудач.

Известно оксидное покрытие, содержащее оксид титана (А.с. 534525, СССР). Данное покрытие обладает высокой твердостью, износостойкостью, но не обладает бактерицидными и антикоагулянтными свойствами.

Известно биоактивное покрытие на имплантатах из титана на основе гидроксиапатита, дополнительно содержащее оксиды никеля, титана, марганца, железа, хрома, ванадия, магния, кремния (Патент РФ 1743024). Однако данное покрытие не создает бактерицидное и антикоагулянтное действие на биосреду.

Ближайшим аналогом, по мнению авторов, является техническое решение по патенту РФ 2154463, в котором покрытие имплантата содержит оксид титана и кальцийфосфатные соединения типа гидроксиапатита, обеспечивающие остеоиндуктивные свойства и не вызывающие нагноения и аллергической реакции костной ткани. Недостатком данного покрытия является отсутствие у него антикоагулянтных свойств, что увеличивает сроки его остеоинтеграции и процесса приживления имплантата. Это сдерживает широкое применение имплантатов в травматологии и ортопедии, где они в течение короткого времени должны надежно закрепиться в костной ткани для возможности восприятия функциональных нагрузок.

Задачей изобретения является создание остеоинтеграционного биопокрытия, обладающего бактерицидными и антикоагулянтными свойствами.

Поставленная задача достигается тем, что покрытие, содержащее оксид титана, состоит из двух слоев, первый слой толщиной 40-50 мкм – из смеси оксида титана и оксида меди при следующем соотношении компонентов, мас.%: 70-80 и 20-30 соответственно, второй слой состоит из лантана в виде фрагментов толщиной 1-3 мкм. Заявляемое покрытие обладает бактерицидными и антикоагулянтными свойствами.

Известен способ изготовления стоматологического имплантата с многослойным биоактивным покрытием, получаемым плазменным напылением (Патент РФ 2146535). Данный способ позволяет получать слоистую систему покрытия, состоящего из титана и гидроксиапатита кальция, обладающего биоактивностью, но не позволяет получать покрытие с бактерицидными и антикоагулянтными свойствами.

Существует способ нанесения покрытия на имплантат из титана и его сплавов (взятый за прототип), при котором нанесение покрытия осуществляют путем анодирования титана и его сплавов постоянным или импульсным током в условиях искрового разряда (Патент РФ 2159094). Данный способ позволяет получить покрытие с остеоиндуктивными и остеокондуктивными свойствами, однако такое покрытие не обладает функциями антисептика и антикоагулянта.

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего получить биопокрытие, обладающее бактерицидными и антикоагулянтными свойствами.

Для получения данного технического результата в предлагаемом способе, включающем анодирование титана и его сплавов постоянным током, процесс ведут в электролите, концентрацией 200 г/л серной кислоты с добавлением раствора 50 г/л сульфата меди в дистиллированной воде, получая при этом первый слой покрытия, а при получении второго слоя покрытия проводят катодное внедрение в электролите 0,5 М салицилата лантана в диметил-формамиде.

Пример. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:

берут предварительно подготовленный имплантат из титана и его сплавов и погружают в электрохимическую ванну-электролизер с электролитом 200 г/л серной кислоты с добавлением 50 г/л сульфата меди в дистиллированной воде и имеющим температуру 40-50°С. Через электролит пропускают постоянный ток напряжением 30-100 В, плотностью анодного тока 1-3 А/дм². Процесс оксидирования ведут в течение 30-50 мин при постоянном перемешивании электролита. Соотношение получаемых компонентов в первом слое покрытия следующее, мас.%: оксид титана – 70-80, оксид меди – 20-30, а толщина получаемого слоя из смеси оксидов титана и меди составляет 40-50 мкм. По завершении анодирования имплантат извлекают из ванны-электролизера с сернокислым электролитом, промывают в дистиллированной воде и сушат. Затем оксидированный имплантат помещают в ванну с подготовленным электролитом, представляющим 0,5 М раствор салицилата лантана в диметилформамиде и имеющим температуру 25-30°С. Процесс катодного внедрения лантана осуществляют в потенциостатических условиях при постоянном катодном напряжении 3 В, продолжительности 15-30 мин. В результате толщина фрагментов слоя из лантана составляет 1-3 мкм. Образование слоя лантана в виде фрагментов происходит за счет внедрения лантана в те участки первого оксидного слоя, где его толщина минимальна и имеет наименьшее электрическое сопротивление. Поэтому катодное внедрение осуществляется на донной поверхности пор слоя из смеси оксидов титана и меди, за счет чего происходит создание фрагментов слоя из лантана.

Соотношение компонентов в первом слое покрытия, составляющего: оксид титана – 70-80 мас.%, оксид меди – 20-30 мас.%, является оптимальным, т.к. меньше 20% содержание оксида меди не обеспечивает эффективное бактерицидное действие покрытия, больше 30% – вызывает появление воспалительных процессов в биотканях.

Положительный эффект (бактерицидные и антикоагулянтные свойства) достигается за счет формирования двухслойного покрытия, состоящего из смеси оксида титана, оксида меди и лантана, обеспечивающей поверхности имплантата выполнение бактерицидных и антикоагулянтных функций. Оксиды титана и меди создаются при анодировании имплантата в электролите 200 г/л серной кислоты с добавлением 50 г/л сульфата меди в дистиллированной воде, что характеризует бактерицидное действие меди в составе покрытия, лантан образуется в результате катодного внедрения из 0,5 М раствора салицилата лантана в диметилформамиде и обеспечивает антикоагулянтные свойства покрытия. Этим достигается минимизация воспалительных реакций, нагноения, тромбообразования, протекания нормального раневого процесса с эффективной остеоинтеграцией и закреплением имплантата в организме.

Имплантаты из титана и его сплавов с биопокрытием, состав которого получен заявляемым способом, прошли испытания на лабораторных животных (кролики породы «Черный великан»). Результаты клинических опытов показали полное отсутствие нагноительных и воспалительных реакций организма, сокращение сроков приживления имплантатов до 1,5-2 раз.

Формула изобретения

1. Биопокрытие на имплантат из титана и его сплавов, содержащее оксид титана, отличающееся тем, что оно состоит из двух слоев, первый слой толщиной 40-50 мкм – из смеси оксида титана и оксида меди при следующем соотношении компонентов, мас.%: 70-80 и 20-30 соответственно, а второй слой состоит из лантана в виде фрагментов толщиной 1-3 мкм.

2. Способ получения покрытия по п.1, включающий анодирование титана и его сплавов постоянным током в электролите, отличающийся тем, что при получении первого слоя покрытия процесс ведут в электролите концентрацией 200 г/л серной кислоты с добавлением 50 г/л сульфата меди в дистиллированной воде, а второй слой покрытия создают путем катодного внедрения в электролите 0,5 М салицилата лантана в диметилформамиде.