Спосіб виготовлення металевого імплантата

Реферат: Спосіб виготовлення металевого імплантата, що включає механічне виконання металевого імплантата з різзю та піскоструминну обробку поверхні імплантата частинками оксидів, причому піскоструминну обробку проводять після охолодження імплантата до температури рідкого азоту (-196 °C). UA 74892 U (12) UA 74892 U UA 74892 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель стосується галузі медицини і може використовуватися в ортопедичній стоматології для реабілітації пацієнтів з частковою та повною втратою природних зубів верхньої та нижньої щелеп шляхом протезування з опорою на металеві імплантати. Крім того, запропонований спосіб виготовлення металевого імплантата може бути використаний в інших галузях медицини для створення елементів різних ендопротезів та імплантатів різних типів (ортопедії, травматології, щелепно-лицевої хірургії та ін.). Відомі способи виготовлення імплантатів з високоміцних металевих матеріалів (титану, титанових, кобальтових або інших сплавів), до яких висувають жорсткі вимоги, обумовлені тим, що імплантати повинні служити максимально тривалий час. Крім того, вони експлуатуються в умовах складного напруженого стану при циклічних жувальних навантаженнях у контакті з тканинами і рідинами порожнини рота пацієнта. З метою підвищення міцності імплантатів розробляються технології їх виробництва з використанням об'ємних наноструктурних металевих матеріалів, які характеризуються однорідністю кристалічної структури і властивостями по всьому об'єму матеріалу. Наявність нанорозмірних кристалічних зерен і особливої дислокаційної структури забезпечують унікальні фізичні і механічні властивості таких матеріалів [див., наприклад, М.А. Васильєв, В.И. Беда, П.А. Гурин. Физиологический отклик на состояние поверхности титанових имплантатов. - ГалДен, Львов, 2010. - С. 11]. Але для формування наноструктур в об'ємі матеріалу необхідно використовувати унікальні механічні системи інтенсивного деформаційного впливу, що вимагає значних енергетичних витрат і матеріальних ресурсів. Тому серійні дентальні імплантати виготовляються здебільшого з крупнокристалічного титану або титанового сплаву з вмістом алюмінію і ванадію. Відомо також, що розв'язання проблеми успішної інтеграції металевих імплантатів у живу кістку пов'язане безпосередньо з розробкою способів оптимізації межі поділу кістка/біоматеріал. Численні дослідження in vitro та in vivo підтвердили суттєвий вплив рівня поверхневого рельєфу металевих імплантатів на швидкість остеоінтеграції і біомеханічну фіксацію протезів порівняно з гладкими поверхнями. Поліпшення умов остеоінтеграції дозволяє у свою чергу підвищити міцність закріплення імплантата в кістковій тканині і створити надійну опору для подальшого протезування. При цьому спостерігається скорочення термінів приживлення імплантатів. У зв'язку з цим розроблені різні способи поверхневої обробки, спрямовані на зміну амплітуди і топографії поверхневого рельєфу готового імплантата. Відомі способи виготовлення металевих імплантатів з різзю, в яких для створення рельєфної поверхні імплантатів широко використовується повітряна піскоструминна обробка при певних технологічних параметрах, що забезпечує величину шорсткості поверхні в межах від 1 до 10 мкм. Формування рельєфної поверхні у таких способах полягає в обробці поверхні спрямованим потоком прискорених мікрочастинок, що складаються здебільшого з металевих оксидів (оксидів алюмінію, кремнію, титану або фосфату кальцію). Рівень рельєфу при даній обробці регулюється добором розміру частинок у діапазоні від 50 до 250 мкм. Традиційна піскоструминна обробка проводиться у спеціальних камерах при кімнатній температурі. Надалі для підвищення біологічної сумісності імплантата з кістковою тканиною його поверхня піддається або хімічному травленню, або на неї наноситься біосумісне покриття, наприклад, оксидне або на основі гідрооксіапатиту [див., наприклад патенти США US № 5441536, 1995; US № 5344457, 1996; US № 5484286, 1996; US № 5603338, 1997; US № 4355428, 1982; US № 20010008649, 2001; US № 6207218, 2001; US № 6491723, 2002; US № 259432, 2002; US № 20020143404, 2002; US № 20020156529, 2002; US № 20030176927, 2003; US № 6645250, 2003; US № 6911249, 2005; US № 20060229733, 2006; US № 20060229711, 2006; US № 20050170070, 2007; US № 8057843, 2011, патент РФ № 2146535, 2005]. Так, патентом США US № 6645250, 2003, захищається спосіб виготовлення металевого імплантата з різзю, при якому поверхня титанового імплантата піддається піскоструминній обробці перед травленням у кислотах (режими не вказані). У патенті US № 6491723, 2002 перед травленням у 100 мл 15 % розчині HF поверхня гвинтових титанових імплантатів обробляється частинками титану розміром від 10 до 45 мкм при повітряному тиску 6-8 атм. У патенті US № 5484286, 1996 титанові імплантати Astra Meditec обробляються частинками діоксиду титану розміром 10-53 мкм при тиску 8 атм тривалістю 20 с. У патенті US № 6911249, 2005 перед травленням для піскоструминної обробки використовуються частинки оксиду алюмінію розміром 25-150 мкм при тиску повітря 20-120 атм протягом 1-30 с. Недоліками відомих способів виготовлення металевих імплантатів з використанням піскоструминної обробки при кімнатній температурі є те, що взаємодія прискорених мікрочастинок з поверхнею імплантата призводить, по-перше, до інтенсивного зношування (потоншення) нарізної внутрішньокісткової частини імплантата, по-друге, в результаті локального розігрівання найтоншої поверхні імплантата за рахунок поглинання деформаційної 1 UA 74892 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 енергії у ній відбуваються рекристалізаційні процеси. Обидва зазначені чинники призводять до знеміцнення різі, внаслідок чого в процесі експлуатації можливе її руйнування і скорочення служби імплантата. У разі використання наноструктурованого титану ці процеси спричиняють руйнування наноструктурного стану поверхні різі, що робить необгрунтованим використання дорогої технології інтенсивної деформації для отримання високоміцного стану. У цьому випадку найслабшою в механічному відношенні ділянкою імплантата стає його нарізна частина, яка зазнає швидкого зношування при жувальних навантаженнях. Відомий також, вибраний як прототип, спосіб виготовлення стоматологічного титанового імплантата, що включає механічне вироблення імплантата з різзю, піскоструминну обробку поверхні імплантата частинками оксиду алюмінію з наступним багатошаровим біоактивним плазмовим напиленням (див. патент РФ № 2146535, МПК A61L 27/00, А61С 8/00, 2000). Піскоструминна обробка поверхні імплантата необхідна для отримання шорсткості поверхні титану, яка дозволяє забезпечити адгезійну міцність покриття. Недоліками цього способу є зниження міцності різьбової частини імплантата при використанні піскоструминної обробки при кімнатній температурі. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу виготовлення металевого імплантата шляхом попередньої піскоструминної обробці поверхні імплантата при температурах нижче кімнатної, що забезпечує підвищення міцності внутрішньокісткової опорної частини та збільшення строку служби імплантата. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення металевого імплантата, що включає механічне виконання імплантата з різзю та піскоструминну обробку поверхні імплантата частинками оксидів, згідно з корисною моделлю, піскоструминну обробку проводять після охолодження імплантата до температури рідкого азоту (-196 °C). Піскоструминна обробка поверхні імплантата, виготовленого з об'ємного крупнокристалічного металу, при температурі рідкого азоту (-196 °C) виключає нагрівання різьбової частини імплантата і сприяє формуванню високоміцної і корозійностійкої нанокристалічної структури поверхневого шару. В разі виготовлення імплантата з об'ємного наноструктурного матеріалу низькотемпературна піскоструминна обробка поверхні імплантата зберігає наноструктурний стан поверхневого шару. Крім того така обробка зменшує абразивне зношування нарізних частин імплантата, ускладнює попадання в поверхню абразивних частинок, підвищує міцність зчеплення біосумісних покриттів, нанесених на більш міцну підкладку і таким чином збільшує термін служби імплантата при жувальних навантаженнях. Запропонований спосіб може бути проілюстрований наступним прикладом його реалізації. Підготовлений до піскоструминної обробки дентальний титановий імплантат з різзю стандартного розміру закріплюють його позакістковою частиною (головкою) на торці мідного циліндра, розміщеного в пінопластовій ванні з рідким азотом (-196 °C), так, що площина торця збігається з площиною ванни рідкого азоту. Ванна з рідким азотом обертається зі швидкістю один оберт за секунду. Через 10-15 хв імплантат охолоджується до температури, наближеної до температури рідкого азоту, після чого здійснюють піскострумінну обробку поверхні імплантата порошком оксиду алюмінію розміром 50 мкм. Для піскоструминної обробки використовують установку Heraues Combilabor Kulzer CL-FSG94. Діаметр сопла піскоструминного пістолета дорівнює 2 мм, тиск повітря становить 4 атм. Відстань від сопла до поверхні імплантата 10 см, кут бомбардування 90°. Тривалість обробки 10-20 с. Підготовлений у такий спосібімплантат далі піддається або відомим способам хімічного травлення, або на нього наносять відомі покриття. Експериментально встановлено, що мікротвердість поверхні різьби зростає в 3 рази у порівнянні з піскоструминною обробкою при кімнатній температурі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Спосіб виготовлення металевого імплантата, що включає механічне виконання металевого імплантата з різзю та піскоструминну обробку поверхні імплантата частинками оксидів, який відрізняється тим, що піскоструминну обробку проводять після охолодження імплантата до температури рідкого азоту (-196 °C). Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2