Метод за производство на вътрекостен зъбен имплант с плазмено напръскан многослоен
Изобретението се отнася до медицината, а именно до ортопедичната стоматология, и може да се използва при производството на импланти чрез нанасяне върху металната им основа на многослойни плазмени покрития от титан или титанов хидрид, калциев хидроксиапатит и смеси от тях.
Има няколко метода за производство на вътрекостни зъбни импланти с биоактивно покритие [1-3]. Чрез универсален метод (струговане, фрезоване и други методи на обработка или използване на специални електрофизични методи) се изработва метална основа на имплант с цилиндрична, ламелна или тръбна форма. След това компактната основа на импланта от метал или сплав се покрива с биоактивен материал или покривна система, състояща се от преходни слоеве и тънък порест биоактивен външен слой. Основният материал най-често е чист титан, който има добра химическа и корозионна устойчивост, висока якост и е безопасен за живия организъм. Биоактивните материали са калциев хидроксиапатит, трикалциев фосфат, биостъкло, биоцетали и др. Понастоящем калциевият хидроксиапатит - Ca10 (PO4) 6 (OH) 2, който е структурен аналог на минералния компонент на костното вещество, има същия състав (и следователно подобни физични и механични свойства), има уникална биологична съвместимост и способност активно да стимулира възпроизводството на клетките на съединителната тъкан (mu тагенен ефект) и в същото време образуване на нова кост.ноа тъкан.
Известен метод за производство на вътрекостни зъбни импланти, който се състои в нанасяне върху метална основа от титан,нихромова сплав или покрития от неръждаема стомана от биоактивен апатитен материал [1].
Недостатъкът на покритието от биоактивен апатитен материал е неговата ниска механична якост, което е свързано със значителна разлика в термомеханичните и биомеханичните свойства на основния материал на импланта и биоматериала на покритието.
Силата и биосъвместимостта могат да бъдат увеличени чрез напръскване на многослойно покритие върху импланта, предложено в български патент N 2025132, MKI 5 A 61 2/28. Трислойно покритие се нанася върху имплант, изработен от метална или металокерамична сплав под формата на щифт, докато първият слой съдържа биостъкло на базата на калциев фосфат с добавяне на метални оксиди, вторият слой е смес от калциев фосфат и хидроксиапатит, а междинният слой съдържа калциев фосфат [2].
Въпреки това, използването на многокомпонентна покривна система (CaP-стъкло, калциев хидроксиапатит, трикалциев фосфат и добавки от метален оксид) с различни коефициенти на топлинно разширение не допринася за силната фиксация на покривните слоеве (особено първия слой) с металния основен имплант.
Необходимата комбинация от механична якост и биологична активност на покритието, както и получаването на външен слой със специфична пореста структура и повърхностна морфология, се постига чрез използване на многослойна технология за плазмено отлагане на покрития, състоящи се от един или два компонента, а именно титан или титанов хидрид, калциев хидроксиапатит и техните смеси [3].
Този метод е най-близо до предложения и се състои в следното. Върху струйно обработената повърхност на титаниевата основа на импланта се нанася покривна система, състояща се от четири слоя чрез плазмено пръскане при различни режими: първите два са направени от праховетитан или титанов хидрид с различна финост, междинен слой от смес от титан или титанов хидрид с калциев хидроксиапатит и външен слой от хидроксиапатит.
Въпреки това не се наблюдава повишаване на якостта на адхезия на покритията (адхезия) при преход от междинния слой към външния биоактивен (таблица 2). Адхезията на покрития 3 и 4 слоя в прототипния метод е 20 MPa.
Техническият резултат, към който е насочено изобретението, е повишаване на механичната якост на импланта.
Проблемът се решава чрез плазмено пръскане върху титаниевата основа на импланта при различни режими на петслойна покривна система, състояща се от титан или титанов хидрид, калциев хидроксиапатит и техните смеси.
Схемата за послойно формиране на покрития е показана на чертежа.
Преди разпръскване, повърхността на металния титанов имплант 1 се подлага на пясъкоструене с частици от алуминиев оксид. След това се нанася първият слой 2 с дебелина 5-10 микрона от титан или прах от титанов хидрид с дисперсия 3-5 микрона от разстояние 70-80 mm; вторият слой 3 с дебелина 15-20 микрона се напръсква с титан или титанов хидрид с дисперсия 50-100 микрона с разстояние на пръскане 100 mm; третият слой 4 с дебелина 30-50 микрона - със смес от титан или титанов хидрид (70-80 тегл.%) и калциев хидроксиапатит (30-20 тегл.%) с дисперсия съответно 50-100 микрона и 5-10 микрона от разстояние 90-100 mm; четвъртият слой 5 с дебелина 30-50 µm - със смес от титан или титанов хидрид (50-60 wt.%) с калциев хидроксиапатит (50-40 wt.%) с дисперсия съответно 50-100 µm и 20-40 µm, с разстояние на пръскане 80-85 mm, и петият слой 6 с дебела дълбочина 20-30 µm се напръсква с калциев хидроксиапатит с дисперсия 40-70 µm от разстояние 70 mm.
Токът на плазмената дъга е 450-540 A.
Определените диапазони от състави на композитни покрития (слоеве 3 и 4) осигуряват максимална якост на адхезия със съседни съседни слоеве, както се вижда от данните за адхезията на покритието, дадени в таблица. 1.
Варианти на състави и адхезия на покрития в прототипния метод и претендираните са дадени в табл. 2.
Нанасянето на композитни покрития (слоеве 3 и 4) осигурява плавен преход от структурата на компактен титан (основа на импланта) към външния слой с порьозност от 40 до 60%. Когато такъв имплант с многослойно поресто покритие се въведе в костната тъкан, костта ефективно расте в порите на покритието, което осигурява здраво и дълготрайно фиксиране на импланта и нормалното му функциониране в тялото.
Плазменото напръскване на покрития се извършва в атмосферата в струя защитен газ - аргон, като дебитът на плазмообразуващия газ е 20-40 l/min. Скоростта на движение на плазмената горелка по време на пръскане е 80-700 mm / min, напрежението на дъгата е 30 V, скоростта на въртене на частта е 110-160 rpm.
По този начин, за разлика от известния метод за производство на вътрекостни зъбни импланти с плазмено напръскани покрития, в предложения метод два междинни порести слоя съдържат състави на базата на калциев хидроксиапатит.
Положителен ефект (увеличаване на механичната якост) се постига чрез постепенно увеличаване на съдържанието на калциев хидроксиапатит в състава от слой на слой, което води до образуването на система от взаимосвързани порести канали и подсилващи "греди" по цялата дебелина на покритието и по този начин създава благоприятни условия за циркулация на биофлуид и покълване на костна тъкан.
Източници на информация 1. Японски патент N 2-23179, MKI 5 A 61 2/28, 2/30, B 32 B 9/00. Публикувано 1990 г
2. Патент БългарияN 2025132, MKI 5 A 61 2/28. Публикувано 30.12.94 г. Бик. 24.
3. Патент България N 2074674, MKI 6 A 61 2/28. Публикувано 03/10/97. Бик. N 7. (прототип).
1. Метод за производство на вътрекостен зъбен имплант с плазмено напръскано многослойно биоактивно покритие, който се състои в нанасяне на покривна система от смес от прах от титан или титанов хидрид и калциев хидроксиапатит върху метална титанова основа на импланта, характеризиращ се с това, че пръскането се извършва при различни режими на слоеве, докато първият слой се напръсква с титан или титанов хидрид с дисперсия сион от 3-5 μm с разстояние на пръскане 70-80 mm и дебелина 5-10 μm, вторият слой - титан или титанов хидрид с дисперсия 50 - 100 микрона, с разстояние на пръскане 100 mm, дебелина 15 - 20 микрона, третият слой се напръсква със смес от титан или титанов хидрид с дисперсия 50 - 100 микрона и калциев хидроксиапатит с дисперсия 5 - 10 микрона, със съотношение съответно 70 - 80 и 30 - 20 тегл.%, с разстояние на пръскане 90 - 100 mm и дебелина на слоя 30 - 50 микрона, четвъртият слой е смес от титан или титанов хидрид с дисперсия 50 - 100 микрона и калциев хидроксиапатит с дисперсия 20 - 40 микрона, със съотношение съответно 50 - 60 и 50 - 40 тегл.%, с разстояние на пръскане 80 - 85 mm и дебелина 30 - 50 микрона, петият слой се напръсква с дисперсия на калциев хидроксиапатит с дебелина 40 - 70 µm, с разстояние на пръскане от 70 mm и дебелина на слоя 20 - 30 µm.