Лазерный мир

Фадеев Иван Анатольевич, Гашков Алексей Георгиевич, Дюрягин Василий Сергеевич, Дюрягин Алексей Сергеевич // Патент RU 2 724 437 C1

Данное изобретение относится к области медицинской техники, и может быть использовано в стоматологии и травматологии, в частности при создании дентальных имплантатов. Получаемый дентальный имплантат с композитным покрытием способствует активации процесса остеогенеза, имеет биосовместимые и антибактериальные свойства и обладает повышенным уровнем потребительских свойств.

Уровень техники

Имплантат — это искусственный материал или устройство, хирургически помещенное в организм. Одной из актуальных проблем травматологии, ортопедии и стоматологии являются создание новых костно-пластических материалов и применение различных имплантатов для остеосинтеза. В последние годы широко используются титановые имплантаты, позволяющие формировать биоактивную поверхность за счет содержания на поверхности кальций-фосфатных соединений. Поверхность на имплантатах имеет многоуровневую пористую структуру с шероховатой поверхностью, обладающей адгезивными и остеосинтезирующими свойствами. Биосовместимость и биоактивность имплантатов из титана или титановых сплавов, предназначенных для использования в различных областях медицины: стоматологии, ортопедии, травматологии, достигается за счет формирования на их поверхности биоактивного покрытия, сходного с составом костной ткани и с высокоразвитой структурой поверхности.

Известным способом нанесения покрытия является электрохимический метод в условиях искрового разряда [RU2154463]. Покрытие наносится в процессе анодирования в насыщенном растворе гидроксиапатита в фосфорной кислоте с концентрацией 5-20% или 3-5% суспензии гидроксиапатита дисперсностью менее 100 мкм в этом насыщенном растворе.

Известен также способ изготовления внутрикостного стоматологического имплантата с плазмонапыленным многослойным биоактивным покрытием [RU2146535], включающий напыление плазменным методом системы покрытий из пяти слоев различной дисперсности и толщины.

Известен способ нанесения кальций-фосфатного покрытия на имплантат из титана и титановых сплавов, включающий анодирование имплантата импульсным током в условиях искрового разряда в растворе фосфорной кислоты.

Раскрытие изобретения

Задачей данного изобретения является разработка и создание дентального имплантата, характеризующегося высокой прочностью, а также повышенной способностью к активации процесса остеогенеза и остеоинтеграции.

Техническим результатом данного изобретения является разработка и создания способа получения дентального имплантата с биоактивным нанопокрытием на основе кальций-фосфатно-углеродного композита, характеризующегося высокой прочностью, а также повышенной способностью к активации процесса остеогенеза и остеоинтеграции. Полученный указанным способом имплантат характеризуется высокой биосовместимостью, бактерицидными свойствами (снижает выраженные дистрофические и некротические процессы живой ткани), повышенным уровнем прочности поверхности имплантата.

Указанный технический результат достигается посредством осуществления способа получения дентального имплантата с биоактивным нанопокрытием на основе кальций-фосфатно-углеродного композита, включающего следующие этапы:

а) изготовление имплантата на ЧПУ токарном станке из нанотитана;

б) лазерное структурирование поверхности имплантата.

Подробное раскрытие изобретения

Изготовление имплантата на станке ЧПУ по технологии токарной обработке из наноструктурированного титана марки ВТ5-0 позволяет создать имплантат с требуемыми физические свойства поверхности с микротвердостью 3000-3500 МПа, пределом прочности 1500-1900 МПа и пределом текучести 900-1100 МПа.

Лазерное структурирование поверхности имплантата осуществляется лазерным нагревом поверхности титана выше температуры кипения в течении 20 минут. На поверхности титана формируется микро- и нанорельеф. Микрорельеф поверхности имплантата с высокой степенью пористости обеспечивает повышенный уровень адгезии наносимого композитного покрытия.

Осуществление плазменной обработки поверхности имплантата аргоном при давлении (2-6)×10^-2 Па под отрицательным напряжением с постепенным увеличением его от 800 до 1500 В в течение 1 ч обеспечивает очистку поверхности от загрязнений за счет удаления приповерхностного слоя.

Композитный слой покрытия выполняют двухэтапным процессом напыления.

Способ по изобретению осуществляют следующим образом.

Изготовление имплантата на станке ЧПУ по технологии токарной обработке из наноструктурированного титана.

Для этого используются патронно-центровые станки с ЧПУ, которые служат для наружной и внутренней обработки разнообразных сложных заготовок деталей типа тел вращения и обладают технологическими возможностями токарных центровых и патронных станков.

Изготовленный имплантат перемещается на лазерную установку МиниМаркер2  (Россия) – прецизионный маркер на базе волоконного лазера для лазерного структурирования поверхности имплантата. Иттербиевый импльсный волоконный лазер IPG-Photonics производства «НТО «ИРЭ-Полюс» Россия.

Выходная мощность лазера 50 Вт. Длина волны лазерного излучения 1,064 мкм. Частота следования импульсов 100 кГц. Энергия в импульсе лазера 1,0 мДж. Скорость перемещения луча 8,7 м/с.  Имплантат размещается на поле обработке 110х110 мм. Сканирующее устройство 2-х осевой сканатор (Cambridge Technology) сканирует заготовку.

Лазер автоматически, под контролем оператора, нагревает поверхность нанотитана выше температуры кипения в течение 20 минут. На поверхности имплантата образуется микро- и нанорельеф.

Данная технология позволяет создать требуемый микрорельеф поверхности имплантата с высокой степенью пористости, и требуемые физические свойства поверхности с микротвердостью 3000-3500 МПа, пределом прочности 1500-1900 МПа и пределом текучести 900-1100 МПа. Микрорельеф поверхности имплантата с порами обеспечивает повышенный уровень адгезии наносимого композитного покрытия.

Изготовленный имплантат на специальных держателях помещаются в камеру напылительной установки и вакуумируют до давления 10^-4 Па.

Осуществление плазменной обработки поверхности имплантата аргоном при давлении (2-6)×10^-2 Па под отрицательным напряжением с постепенным увеличением его от 800 до 1500 В в течение 1 ч обеспечивает очистку поверхности от загрязнений за счет удаления приповерхностного слоя.

Полное содержание статьи: https://patenton.ru/patent/RU2724437C1