Спосіб виготовлення імплантатів із сплавів цирконію

Реферат: UA 105181 U UA 105181 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медичної техніки, а саме - до технології виготовлення імплантатів із сплавів цирконію, що використовуються в травматології, ортопедії і стоматології. До металевих імплантатів, що мають довготривале стикання з організмом людини, пред'являються підвищені вимоги як до міцнісних їх властивостей, показників обробки заготовок, так і показників біоінертності і токсичності. Більш-менш придатними для виготовлення металевих імплантатів, що задовольняють зазначеним вимогам для їх використання, наприклад в кістковій хірургії, є неіржавіючі високолеговані сталі, титанові і цирконієві сплави. Останні є найбільш інертними металами відносно до біологічних середовищ і ця їх властивість дозволяє використовувати сплави із цирконію для виготовлення імплантатів в кістковій хірургії і стоматології, а також для виготовлення хірургічного інструментарію. Однак при довготривалому функціонуванні імплантата в організмі людини за рахунок електрохімічної реакції біологічного середовища з ним поверхневі робочі шари імплантата починають кородувати. Це провокує виникнення металозу, запалення тканин навколо імплантата і вторинну інфекцію. Тому, як правило, одним із головних елементів процесу виготовлення таких імплантатів є формування на них довготривалого біоінертного покриття. Відомі способи виготовлення імплантатів із сплавів цирконію, що основані на формуванні після механічної обробки на робочих поверхнях імплантатів покриття із оксидів або керамооксидів цирконію методом мікродугового оксидування або анодування в водних розчинах кислот і лугів при визначеній щільності електричного струму (а.с. СРСР № 1171571, С25Д 11/26,1995; а.с. СРСР № 1805695, С25Д 11/02, 1995; а.с. СРСР № 1823534, С25Д 11/02, 1996). Недоліком даних способів виготовлення імплантатів із сплавів цирконію є присутність в захисних покриттях шкідливих речовин, наприклад солей металів, іони яких дифундують в організм пацієнта, і накопичення їх до певної міри може викликати різні тяжкі захворювання. Це знижує ефективність виготовлення імплантатів. Крім того, для їх виготовлення використовують заготовки із цирконію після лиття, що мають крупнодисперсну структуру з міцними кристалами, але зі слабкими міжкристалевими зв'язками. Це надає заготовкам із цирконію визначену крихкість і створює проблеми при механічній їх обробці, зокрема при поліруванні робочих поверхонь імплантата. Найбільш близьким по суті і досягнутому результату до запропонованого технічного рішення є спосіб виготовлення імплантатів із сплавів цирконію, оснований на наноструктуруванні заготовок із цирконію, механічній обробці останніх з поліруванням їх робочих поверхонь до визначеної шорсткості і наступному формуванні на зазначених поверхнях металооксидного покриття шляхом утримування імплантатів на повітрі на визначений термін (пат.US № 6447550, A61F 2/32, 2002). Наноструктурування цирконієвої заготовки утворює в ній дрібнодисперсну структуру з міцними міжкристалевими зв'язками, що поліпшує умови механічної обробки її, попереджаючи при цьому відколи на робочих поверхнях імплантата і підвищує його міцність. Формування біозахисного покриття із оксидів цирконію на імплантаті таким чином попереджає впровадження в нього шкідливих елементів і підвищує, таким чином, рівень біоінертності імплантата. В той же час, утворення такого покриття визначається малою її товщиною (2-5 мкм), що при функціонуванні імплантата в динамічному режимі і в умовах інтенсивного тертя з кістковими структурами не є надійним, так як це призводить до розтріскування і зниження довготривалості роботи імплантата. Це негативно позначається на якості його використання. Крім того, формування таким чином біоінертного покриття є досить тривалим(10 і більш діб), що суттєво знижує продуктивність виготовлення імплантатів. Задача даної корисної моделі полягає у створенні способу виготовлення імплантатів із сплавів цирконію, який сприяє підвищенню продуктивності і якості їх виготовлення. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення імплантатів із сплавів цирконію, основаному на наноструктуруванні заготовок із цирконію, механічній обробці останніх з поліруванням їх робочих поверхонь до визначеної шорсткості і наступному формуванні на зазначених поверхнях металооксидного покриття шляхом утримування імплантатів на повітрі на визначений термін, згідно з корисною моделлю, металооксидне покриття на імплантатах утворюють в повітряному середовищі, нагрітому до температури 500-800° С, протягом 2-6 год. В повітряне середовище при формуванні покриття на імплантатах додають озон в концентрації 1,5-6,0 % від загальної кількості середовища. Утворення покриття із оксидів цирконію на імплантатах в повітряному середовищі, нагрітому до 500-800° С на протязі 2-6 год. надає можливість формувати цілісне покриття значно більшої товщини за рахунок лінійного розширення цирконію і проникнення кисню в робочі поверхні імплантата на більшу глибину, що сприяє, таким чином, підвищенню якості використання таких імплантатів і продуктивності їх виготовлення. 1 UA 105181 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Додавання в повітряне середовище озону в концентрації 1,5-6,0 % від загальної кількості цього середовища також сприяє підвищенню продуктивності виготовлення імплантатів за рахунок більш агресивної дії атомів озону відносно до атомів кисню. Аналогічних технічних рішень зі схожими ознаками при проведенні патентно-інформаційного пошуку не виявлено. Це свідчить про те, що запропоноване технічне рішення є новим, клінічно та промислово придатним. Спосіб виготовлення імплантатів, наприклад сферичних головок ендопротезів нижніх і верхніх кінцівок, із сплавів цирконію здійснюють наступним чином. Заготовки із цирконію отримують методом лиття їх в спеціальні форми, після чого заготовки наноструктурують в об'ємних прес-формах під тиском 150-200 МПа. При цьому цирконій в заготовці набуває дрібнодисперсну структуру з міцними міжкристалевими зв'язками, що поліпшує умови механічної обробки заготівок і збільшує міцнісні властивості цирконію. Після проведення механічної обробки заготівок імплантатів робочі поверхні їх полірують до шорсткості Ra, що дорівнює 0,1-0,2 мкм. Виготовлений таким чином імплантат розміщують в електричну піч, розігріту до температури 500-800° С, залежно від розмірів імплантата (більш висока температура нагріву печі відповідає більшому розміру імплантата) і витримують його там протягом 2-6 год. В повітряне середовище печі додають озон (О3) в концентрації 1,5-6,0 % від загальної кількості даного середовища. При цьому відбувається процес інтенсивного окислювання робочих поверхонь імплантата і формування на цих поверхнях оксидів цирконію. Зазначене покриття являє собою надтверді частинки з оксидів цирконію, що є біоінертними і не підлягають електрохімічній корозії в біологічному середовищі. Нагріте до температури 500800 С повітряне середовище в електропечі сприяє збільшенню коефіцієнта лінійного розширення цирконію і його оксидів, утворенню в них пор на визначену глибину, в які проникає окислювач (кисень і озон). Сформоване, таким чином, покриття відрізняється більшою його товщиною і цілісністю, що позитивно впливає на довговічність функціонування імплантата без руйнування його захисного покриття при динамічних режимах роботи його в біологічному середовищі в умовах інтенсивного тертя з кістковими структурами. Додавання озону О3 в визначеній концентрації прискорює процес оксидування робочих поверхонь імплантатів і збільшує, таким чином, продуктивність їх виготовлення. Наші дослідження показують, що товщина оксидного покриття на імплантатах може досягати 45-55 мкм. Відколів і розтріскувань на покритті не спостерігалось. Продуктивність виготовлення імплантатів збільшується в 3,5-4 рази. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб виготовлення імплантатів із сплавів цирконію, оснований на наноструктуруванні заготовок із цирконію, механічній обробці останніх з поліруванням їх робочих поверхонь до визначеної шорсткості і наступному формуванні на зазначених поверхнях металооксидного покриття шляхом утримування імплантатів на повітрі на визначений термін, який відрізняється тим, що металооксидне покриття на імплантатах утворюють в повітряному середовищі, нагрітому до температури 500-800 °C, протягом 2-6 год. 2. Спосіб виготовлення імплантатів із сплавів цирконію згідно з п. 1, який відрізняється тим, що в повітряне середовище додають озон в концентрації 1,5-6,0 % від загальної кількості середовища. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2