PL218412B1 - Sposób otrzymywania implantów hydroksyapatytowo-tytanowych - Google Patents

Sposób otrzymywania implantów hydroksyapatytowo-tytanowych

Info

Publication number
PL218412B1
PL218412B1 PL392892A PL39289210A PL218412B1 PL 218412 B1 PL218412 B1 PL 218412B1 PL 392892 A PL392892 A PL 392892A PL 39289210 A PL39289210 A PL 39289210A PL 218412 B1 PL218412 B1 PL 218412B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
titanium
implants
coating
implant
hydroxyapatite
Prior art date
Application number
PL392892A
Other languages
English (en)
Other versions
PL392892A1 (pl
Inventor
Wiesław Hędzelek
Piotr Krawczyk
Magdalena Łukaszewska-Kuska
Jan M. Skowroński
Original Assignee
Politechnika Poznanska
Univ Medyczny Im Karola Marcinkowskiego W Poznaniu
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Poznanska, Univ Medyczny Im Karola Marcinkowskiego W Poznaniu filed Critical Politechnika Poznanska
Priority to PL392892A priority Critical patent/PL218412B1/pl
Publication of PL392892A1 publication Critical patent/PL392892A1/pl
Publication of PL218412B1 publication Critical patent/PL218412B1/pl

Links

Landscapes

  • Materials For Medical Uses (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania implantów hydroksyapatytowo-tytanowych, które łączą zalety bioaktywnej powłoki ceramicznej i biokompatybilnego metalu.
W przypadku porowatego tytanu o odpowiednio zaprojektowanej mikrostrukturze można obserwować wrastanie tkanki kostnej w pory materiału, dzięki czemu połączenie implant-kość staje się znacznie mocniejsze. Dodatkową poprawę osteointegracji można uzyskać przez modyfikację materiału fazami bioaktywnymi, umożliwiającymi wytworzenie z tkanką wiązania o charakterze chemicznym. Wytworzone powłoki ceramiczne o wysokiej biozgodności mają na celu poprawę osteointegracji z otaczającymi tkankami.
Najczęściej jako powłokę ceramiczną stosuje się syntetyczny hydroksyapatyt (HA). Hydroksyapatyt jest to minerał, który stanowi nieorganiczne rusztowanie tkanki łącznej, odpowiedzialnej za mechaniczną wytrzymałość kości i zębów. Implanty z powłoką z syntetycznego HA stosowane są od wielu lat. Zaletami tego typu implantów jest szybka adaptacja tkanki kostnej, pobudzanie proliferacji osteoblastów oraz szybsze dojrzewanie tkanki kostnej w sąsiedztwie wszczepu. W przypadku wszczepów o powierzchni pokrytej hydroksyapatytem interface między tkanką kostną, a powierzchnią wszczepu, w porównaniu z powierzchnią czystego tytanu charakteryzuje się zmniejszoną ilością tkanki włóknistej, której wzrost jest hamowany przez hydroksyapatyt. Tkanka kostna ulega mineralizacji bezpośrednio na powłoce hydroksyapatytowej, co pozwala stwierdzić, że powłoka ta jest bioaktywna. Implanty o powłoce HA posiadają również właściwość utrzymywania wysokości wyrostka zębodołowego lub też redukowania resorpcji kości, Sun i współpracownicy oraz Biesbrock i współpracownicy podają również wzrost tkanki kostnej w sąsiedztwie wszczepów o powłoce HA. Te właściwości powodują, że wszczepy o powierzchni HA charakteryzują się lepszą osteointegrację, czyli szybszym i mocniejszym połączeniem z tkanką kostną.
Korzystne efekty stosowania wszczepów o powierzchni HA w krótkim czasie od implantacji nie przekładają się jednak na długoczasowy sukces. Powierzchnia HA przy dłuższym okresie użytkowania może ulegać resorpcji i degradacji, co powoduje pogorszenie stabilizacji implantu przez zmniejszony kontakt między wszczepem a tkanką kostną. Fragmenty powłoki, ze względu na niewystarczającą siłę wiązania do powierzchni tytanu, mogą ulegać odwarstwianiu i powodować powstawanie lokalnych ognisk zapalnych co w efekcie prowadzi do resorpcji tkanki kostnej. Duża chropowatość powłoki HA powoduje, że jest ona podatna na kolonizacje bakteryjną. Jest to szczególnie istotne w przypadkach resorpcji tkanki kostnej w sąsiedztwie wszczepu powodującej wystawienie powłoki HA na działanie środowiska jamy ustnej. Powłoka ta jest wówczas kolonizowana przez bakterie mogące powodować periimplantitis. W takich sytuacjach również zabiegi higieniczne są utrudnione przez dużą chropowatość powłoki.
Jakość powłoki HA ma więc bardzo istotny wpływ zarówno na wczesne wgajanie implantów, jak i na efekty długoczasowego ich użytkowania. Istotne jest tu zarówno wzrost tkanki kostnej w sąsiedztwie powłoki jak i proces resorpcji ceramiki. Na parametry te mają wpływ zarówno skład chemiczny oraz właściwości fizyczne powłoki, jak i jej charakterystyka mechaniczna.
Powłokę HA na implantach można uzyskać kilkoma sposobami, m.in. na drodze natryskiwania plazmowego, rozpylania jonowego, procesu sol-żel, elektroforezy, technologii laserowych takich jak metoda PLD (Pulsem Laser Deposition), metoda IBAD (Ion Beam Assisted Deposition), czy ablacji laserowej. Metodą najczęściej stosowaną, standardową, jest metoda natryskiwania plazmowego, czyli plasma spraying. Powłoka wytworzona tą metodą ma do 200 μm grubości, stanowi powierzchnię izotropową o chropowatości rzędu 8,2 - 10,2 μm. Wadą tej metody jest konieczność stosowania wysokich temperatur, co ma wpływ na dekompozycję powłoki, powstawanie chemicznej i strukturalnej niejednorodności oraz powstawanie niepożądanej fazy amorficznej HA. Zmiany te prowadzą do degradacji powłoki, jej odwarstwiania w wyniku zmniejszenia siły wiązania z tytanem oraz zmniejszają jej biokompatybilność. Dodatkowo, obróbka termiczna powoduje również mechaniczną degradację samego tytanu.
Aktualnie, prowadzone są badania nad implantami pokrytymi nanowarstwami HA, uzyskiwanymi na drodze elektrodepozycji. Tego typu powłoka jest cienka, a rozmiar kryształów ją tworzących jest w wymiarze nanometrowym. Składa się ona wyłącznie z HA. Dzięki tym cechom zostaje zachowany osseokondukcyjny charakter powłoki natomiast ryzyko utraty tkanki kostnej wokół wszczepu z powodu oddzielenia fragmentów powłoki jest wyeliminowane. W badaniach tych dąży się również do uzyskania powłok o wysokiej krystaliczności, zapewniających mniejszą rozpuszczalność powłok i poprawę fixacji. Aby osiągnąć zamierzone cele stosowane są różne rozwiązania towarzyszące elektrochemicznym procesom nanoszenia powłok HA na implanty tytanowe. Jedno z rozwiązań opisane jest w patencie
PL 218 412 B1
RU 2385740 (C1). Wymieniony patent dotyczy elektrochemicznego procesu przeprowadzonego metodą impulsową polegającą na skokowym przykładaniu do anody tytanowej trwających 200 ms impulsów 2 prądowych z zakresu gęstości prądowych od 0,2 do 0,25 A/mm2. Różnica między opisaną we wspomnianym dokumencie metodą, a niniejszym wynalazkiem dotyczy przede wszystkim zastosowanej techniki elektrochemicznej, tym samym warunków procesu i składu kąpieli oraz obróbki poprzedzającej elektrochemiczny proces. W dokumencie RU 2385740 (C1) opisywany jest proces anodowy (procesy utleniania), natomiast stanowiący przedmiot zgłoszenia patentowego wynalazek dotyczy procesów katodowej redukcji w warunkach stałoprądowych, tzn. w trakcie całego procesu do elektrody tytanowej przykładane jest stałe natężenie prądu. Kąpiel użyta w trakcie procesu opisanego w dokumencie RU 2385740 (C1) składała się z H3PO4, Ca10(PO4)6(OH)2, CaCO3 i bardzo wyraźnie różni się od tej, proponowanej w niniejszym wynalazku (CaCl2, NaH2PO4, NaCl). Również procedury przygotowywania implantów tytanowych (obejmujące piaskowanie oraz trawienie) zasadniczo różnią się pod względem stosowanych materiałów oraz czasu ich trwania (w dokumencie RU 2385740 - piaskowanie AI2O3 i SiO2 oraz obróbka chemiczna HCl (30%) i H2SO4 (60%), a w niniejszym wynalazku piaskowanie korundem oraz trawienie 0,5M H2SO4).
Procesy katodowej elektrodepozycji HA na płytkach tytanowych opisywane są również w literaturze naukowej, m .in. przez Suping Huang i współ. (J. Mater. Sei: Mater. Med. 2008, 19, 437-442). W tym przypadku zarówno skład kąpieli użytej w trakcie elektrodepozycji HA, jak i rodzaj obróbki poprzedzającej ten proces (przygotowanie implantów tytanowych) oraz kończąca cały proces obróbka hydrotermiczna decydują o zasadniczych różnicach pomiędzy opisywanym procesem, a procesem stanowiącym przedmiot niniejszego zgłoszenia.
Istotą wynalazku jest sposób otrzymywania implantów hydroksyapatytowo-tytanowych, polegający na tym, że powierzchnię tytanowego implantu, będącego katodą w układzie dwuelektrodowym, piaskuje się korundem o średnicy ziarna 53-75 μm, dalej wytrawia w 0,5M H2SO4, a następnie nanosi się warstwę nanohydroksyapatytu w procesie elektrochemicznej depozycji przebiegającej w elektrolicie
2,08 x 10-4 M CaCl2, 1,25 x 10-4 M NaH2PO4 i 0,1 M NaCl, przy pH 6,3, w temperaturze nieprzekracza-5 2 jącej 110°C, i gęstości prądu powyżej 0,5 x 10-5 A/mm2, w czasie co najmniej 60 min.
Dzięki zastosowaniu sposobu według wynalazku uzyskano następujące efekty technicznoużytkowe:
- możliwość zachowania przez powłokę nanohydroksyapatytu potencjału osseokondukcyjnego standardowych powłok HA,
- uzyskanie jednorodnej, cienkiej warstwy,
- uzyskanie niewielkich rozmiarów kryształów HA,
- powłoka nanohydroksyapatytu naniesiona na implant nie jest obarczona ryzykiem późnych powikłań w przypadku wprowadzenia do tkanek ustroju,
- procedura depozycji jest mało skomplikowana, nie wymaga wysoce wyspecjalizowanego sprzętu, jest tania,
- uzyskanie czystej chemicznie powłoki HA, bez dodatku innych postaci fosforanu wapnia,
- metoda daje możliwość pokrywania materiałów o skomplikowanych kształtach,
- metoda umożliwia pominięcie etapu obróbki termicznej dzięki czemu nie dochodzi do degradacji powłoki jak również samego tytanu.
Wynalazek ilustruje poniższy przykład:
P r z y k ł a d:
Do uzyskania nanowarstwy HA na powierzchni implanta tytanowego wykorzystano układ dwuelektrodowy. Gwintowany implant wykonany z tytanu o średnicy 4 mm i długości 7 mm stanowił katodę, natomiast platynowa siatka stanowiła anodę. Bezpośrednio przed operacją elektrochemicznego nanoszenia warstwy HA, powierzchnia implantu została wypiaskowana korundem o średnicy ziarna 53-75 μm (granulacja F220) i wytrawiona w 0,5M H2SO4. Elektrolit zawierał 2,08 x 10-4 M CaCl2,
1,25 x 10-4 M NaH2PO4 i 0,1 M NaCl, przy pH na poziomie wartości 6,3 przy użyciu 0,1M NaOH. Po2 wierzchnie implantu poddano kontaktowi z elektrolitem, który wynosił 101,24 mm2. W trakcie procesu elektroosadzania warstwy HA, trwającego 90 min. stosowano temperaturę 100°C oraz gęstość prą-5 2 dową wynoszącą 7 x 10-5 A/mm2.
Uzyskano powierzchnie składającą się z nanohydroksyapatytu bez innych związków fosforu.

Claims (1)

  1. Sposób otrzymywania implantów hydroksyapatytowo-tytanowych, znamienny tym, że powierzchnię tytanowego implantu, będącego katodą w układzie dwuelektrodowym, piaskuje się korundem o średnicy ziarna 53-75 μm, dalej wytrawia w 0,5M H2SO4, a następnie nanosi się warstwę nanohydroksyapatytu w procesie elektrochemicznej depozycji przebiegającej w elektrolicie 2,08 x 10-4 M
    CaCl2, 1,25 x 10-4 M NaH2PO4 i 0,1 M NaCl, przy pH 6,3 stabilizowanym 0,1 M NaOH, w temperaturze
    -5 2 nieprzekraczającej 110°C i gęstości prądu powyżej 0,5 x 10-5 A/mm2, w czasie co najmniej 60 min.
PL392892A 2010-11-08 2010-11-08 Sposób otrzymywania implantów hydroksyapatytowo-tytanowych PL218412B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL392892A PL218412B1 (pl) 2010-11-08 2010-11-08 Sposób otrzymywania implantów hydroksyapatytowo-tytanowych

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL392892A PL218412B1 (pl) 2010-11-08 2010-11-08 Sposób otrzymywania implantów hydroksyapatytowo-tytanowych

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL392892A1 PL392892A1 (pl) 2012-05-21
PL218412B1 true PL218412B1 (pl) 2014-12-31

Family

ID=46060948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL392892A PL218412B1 (pl) 2010-11-08 2010-11-08 Sposób otrzymywania implantów hydroksyapatytowo-tytanowych

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL218412B1 (pl)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL247491B1 (pl) * 2018-02-28 2025-07-14 Politechnika Gdanska Sposób wytwarzania kompozytu fotoaktywnego o wysoce rozwiniętej powierzchni oraz kompozyt fotoaktywny o wysoce rozwiniętej powierzchni

Also Published As

Publication number Publication date
PL392892A1 (pl) 2012-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chiesa et al. Osteointegration of titanium and its alloys by anodic spark deposition and other electrochemical techniques: a review
CN102216500B (zh) 形成生物活性涂层的方法
Ishizawa et al. Histomorphometric evaluation of the thin hydroxyapatite layer formed through anodization followed by hydrothermal treatment
Narayanan et al. Calcium phosphate‐based coatings on titanium and its alloys
Durán et al. Sol–gel coatings for protection and bioactivation of metals used in orthopaedic devices
Gu et al. In vitro studies of plasma-sprayed hydroxyapatite/Ti-6Al-4V composite coatings in simulated body fluid (SBF)
Liang et al. Histological and mechanical investigation of the bone-bonding ability of anodically oxidized titanium in rabbits
Faeda et al. Biological performance of chemical hydroxyapatite coating associated with implant surface modification by laser beam: biomechanical study in rabbit tibias
Abdel-Aal et al. Electrocrystallization of nanocrystallite calcium phosphate coatings on titanium substrate at different current densities
Park et al. Bioactive calcium phosphate coating prepared on H2O2-treated titanium substrate by electrodeposition
KR101091589B1 (ko) 망상 또는 섬 형상의 저결정 수산화아파타이트로 코팅된 임플란트 및 이의 코팅 방법
Nan et al. Strontium doped hydroxyapatite film formed by micro-arc oxidation
KR20110082658A (ko) 타이타늄 임플란트의 표면처리 방법 및 그 방법에 의해 제조된 임플란트
Fouziya et al. Surface modifications of titanium implants–The new, the old, and the never heard of options
KR100922686B1 (ko) 바이오재료 제조방법 및 이로 형성되는 바이오재료
Pogrebjak et al. Research of the relief and element composition of the surface coatings based on hydroxyapatite implants from titanium alloys
Valle et al. A novel silicon-based electrochemical treatment to improve osteointegration of titanium implants
KR101311979B1 (ko) 수산화인회석/산화지르코늄 복합물 코팅을 이용한 바이오재료의 제조방법 및 이로 제조되는 바이오재료
US20190209736A1 (en) Method for the nanometric deposition of calcium phosphate on the surface of an anodized titanium implant
Juhasz et al. Surface modification of biomaterials by calcium phosphate deposition
PL218412B1 (pl) Sposób otrzymywania implantów hydroksyapatytowo-tytanowych
Fatehi et al. Biomimetic hydroxyapatite coatings deposited onto heat and alkali treated Ti6Al4V surface
Park et al. Bioactive Calcium Phosphate Coating on Sodium Hydroxide‐Pretreated Titanium Substrate by Electrodeposition
Abdel-Aal Electrodeposition of calcium phosphate coatings on titanium alloy implant at different Ca/P ratios and different times
RU2598626C1 (ru) Способ формирования биоактивного покрытия на поверхности эндопротезов крупных суставов