Спосіб виготовлення титанового імплантату з розвиненою поверхнею

Реферат: Спосіб виготовлення титанового імплантату з розвиненою поверхнею включає прецизійне лиття заготовки, ізостатичне гаряче пресування виливки, подальші її відпал і загартування. Розвинену поверхню внутрішньокісткової частини литого імплантату створюють в вигляді сітки дотичних один з одним циліндричних заглиблень за допомогою локальної інтенсивної пластичної деформації. UA 79160 U (12) UA 79160 U UA 79160 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медичної техніки, а саме до способів виробництва металевих імплантатів, призначених для введення в кісткову тканину, і може бути використано в травматології та ортопедії. Ендопротези, використовувані для тривалої служби в тілі людини або тварини, повинні мати достатній комплекс механічних характеристик для забезпечення необхідної клінічної функціональності. Вони також повинні мати і максимально можливу біосумісність, що забезпечує переносимість їх протягом багаторічної експлуатації [Машков В.Μ., Городний И.П., Эпштейн Г.Г. Эндопротезирование крупных суставов. - Μ., 2000. - С. 170-190; Москалѐв В.П., Корнилов Н.В., Шапиро К.И. и др. Медицинские и социальные проблемы эндопротезирования суставов конечностей. – СПб, 2001. - С. 45-65; Надеев А.А., Иванников С.В., Шестерня Н.А. Рациональное эндопротезирование тазобедренного сустава. – М., 2004. – С. 99-110]. Відомо, що клінічна ефективність медичних металевих імплантатів в травматології та ортопедії в істотній мірі залежить від формування оптимальної поверхневої структури імплантаційних матеріалів. Для модифікації поверхні металевих імплантатів (створення шорсткості і рельєфу) в даний час застосовуються різні методи (піскоструминна обробка, травлення кислотами, плазмове напилення титану, лазерна абляція і т.д.) [Васильєв М.А., Беда В.И., Гурин П.А. Физиологический отклик на состояние поверхности металлических дентальных имплантатов. - Львов: изд-во "ГалДент", 2010. - С. 7-10]. Деякі із згаданих способів належать до зміни морфології названого поверхневого шару, що підсилює його шорсткість з метою збільшення площі контакту і, отже, зв'язування між імплантатом і кістковою тканиною, внаслідок чого посилюються механічна ретенція і міцність, тобто поліпшується остеоінтеграція і механічна міцність імплантату. Відомі способи виготовлення металевих імплантатів, що включають різні способи обробки з метою збільшення їх площі поверхні і шорсткості: виробництво канавок на поверхні металевого імплантату шляхом лазерної абляції (патент US 4865603, A61F 2/30, A61F 2/00, A61F 2/46, 1989); створення рельєфної поверхні титанового імплантату шляхом ультразвукової кавітації в розчині хлористого натрію (патент US 5853561, C25F 3/08, C25F 3/00, 1998); формування поверхневих заглиблень за допомогою хімічного травлення через маски (патент US 5922029, A61F 2/02, A61F 2/28, A61F 2/30, 1999; заявка US № 2003/0194869 Α1, H01L021/302; H01L 021/461); створення рельєфної поверхні титанового імплантату за допомогою роликового рифлення (чеканки) (заявка US № 2010/0047253 Α1, Α61Κ 39/395, С07Н 21/04); виробництво канавок на поверхні металевого імплантату шляхом лазерної абляції (заявка US № 2003/0065401 Α1, A61F 002/28; заявка US № 2004/0000540 Α1, Β23Κ26/00). Недоліками відомих способів виготовлення металевих імплантатів є отримання недостатньо розвиненої поверхні і неможливість істотного підвищення міцності готового металевого імплантату. Відомій також вибраний як прототип спосіб виготовлення стоматологічного титанового імплантату з розвиненою поверхнею, що включає прецизійне лиття титанового сплаву у відповідну виготовлювану імплантату литтєву форму, ізостатичне гаряче пресування виливки, подальші відпал її в області твердого розчину і загартування [патент RU № 2397735, A61F2/02, A61F2/30, A61F2/36, 2010]. Прецизійне лиття дозволяє отримувати протези складної форми. Так, наприклад, внутрішньокісткова частина тазостегнового імплантату на своєму стержні може мати безліч виїмок і виступів пилоподібної форми. Вони служать для поліпшеного кріплення внутрішньокісткової частини в стегні і дозволяють виконувати імплантацію без цементу. Таким чином можуть бути виготовлені ендопротези, наприклад протези тазостегнового суглоба або інші протези суглобів, або нерухомі імплантати, наприклад пластинки і штифти. Недоліками цього способу є отримання недостатньо розвиненої поверхні і неможливість істотного підвищення міцності готового металевого імплантату, що знижує біосумісність і тривалість експлуатації протеза. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу виготовлення металевого імплантату з розвиненою поверхнею шляхом формування сітки дотичних один з одним циліндричних заглиблень на поверхні внутрішньо кістковий частини титанового імплантату з гладкої поверхнею. Такі заглиблення створюються за допомогою інтенсивного деформаційного локального наклепу ультразвуковим концентратором необхідного розміру і дозволяють підвищити міцність титанового імплантату, а також силу зчеплення його з кісткою, що збільшує термін служби імплантату. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення титанового імплантату з розвиненою поверхнею, який включає прецизійне лиття заготовки, ізостатичне гаряче пресування виливки, подальші її відпал і загартування, згідно з корисною моделлю, розвинену 1 UA 79160 U 5 10 15 20 25 30 поверхню внутрішньокісткової частини литого імплантату створюють в вигляді сітки дотичних один з одним циліндричних заглиблень за допомогою локальної інтенсивної пластичної деформації. Крім того, згідно з корисною моделлю, створення сітки циліндричних заглиблень на поверхні внутрішньокісткової частини литого імплантату здійснюють шляхом інтенсивного деформаційного локального наклепу ультразвуковим концентратором відповідного розміру. В результаті такої обробки поверхні гладкого литого металевого імплантату створюється розвинена поверхня і шорсткість з підвищеною механічною міцністю за рахунок формування наноструктурного стану в поверхневих шарах при фінішній інтенсивній пластичній деформації, що забезпечує збільшення питомої площі поверхні титанового імплантату, сили зчеплення його з кістковою тканиною пацієнта (біосумісності), стійкості до зламу і, таким чином, підвищення терміну служби імплантату. Запропонований спосіб може бути проілюстрований наступним прикладом його реалізації. Тазостегновий імплантат виготовляється з β-титаново-молібденового (15 мас. % Мо) прецизійним литтям без формування рельєфної поверхні. Потім виливок піддається ізостатичному гарячому пресуванню при температурі 740 °C в атмосфері аргону при тиску 1150 бар, відпалу при 650 °C в атмосфері аргону і загартуванню у воді кімнатної температури. Далі на всій поверхні внутрішньокісткової частини титанового імплантату наноситься сітка дотичних один з одним циліндричних заглиблень за допомогою ультразвукового генератора з частотою 21 кГц та потужністю 0,6 кВт та вібратора зі ступінчастим концентратором, на якому за допомогою пружин розміщувалась ударна головка. Обробка проводиться ударною головкою з циліндричнім бойком із загартованої сталі ШХ15 діаметром 3 мм та довжиною 18 мм. Амплітуда бойка при обробці на повітрі складала 25 мкм. Тривалість обробки складала 30 с, що призводить до формування поглиблення до 200 мкм. Вимірювання мікротвердості поверхні, що оброблена, проводилося на приладі ПМТ-3 за методом Вікерса при навантаженні 100 г. 2 Мікротвердість до обробки складала 202 кгс/мм , після ультразвукової обробки вона 2 підвищувалася до 650 кгс/мм . За даними просвічуючої електронної мікроскопії така обробка приводить до формування нанокристалічної структури. Отримана таким чином рифлена поверхня титанового імплантату має питому площу в два рази більше в порівнянні з необробленою поверхнею. За рахунок наноструктурування при інтенсивній пластичній деформації міцність поверхневого шару збільшується в 3 рази, а отже і міцність на вигин всього імплантату. Завдяки виникненню стискаючих напружень в поверхневому шарі збільшується і втомна міцність титанового імплантату. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 1. Спосіб виготовлення титанового імплантату з розвиненою поверхнею, що включає прецизійне лиття заготовки, ізостатичне гаряче пресування виливки, подальші її відпал і загартування, який відрізняється тим, що розвинену поверхню внутрішньокісткової частини литого імплантату створюють в вигляді сітки дотичних один з одним циліндричних заглиблень за допомогою локальної інтенсивної пластичної деформації. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що створення сітки циліндричних заглиблень на поверхні внутрішньокісткової частини литого імплантату здійснюють шляхом інтенсивного деформаційного локального наклепу ультразвуковим концентратором відповідного розміру. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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