Медицина / 7.

к.т.н. Родионов И.В.

Саратовский государственный технический университет

Получение остеоинтеграционных покрытий на титановых имплантатах методом анодирования

Эффективное лечение различных костных патологий челюстно-лицевого скелета и опорно-двигательного аппарата человека достигается за счет использования имплантатов – изделий из небиологического материала, вживляемых в организм для выполнения определенных биомедицинских функций. Имплантаты широко применяются в ортопедической стоматологии для восстановления утраченных либо замены поврежденных корней зубов [1]. Чаще имплантационные системы используются в хирургической травматологии и ортопедии при лечении переломов или исправлении деформаций костей конечностей с помощью аппаратов внешнего чрескостного остеосинтеза [2]. В большинстве случаев медицинские имплантаты выполняются из титана и его сплавов, обладающих инертностью к биосредам и комплексом необходимых физико-механических свойств [3].

Функционирование титановых имплантатов происходит в сложных биомеханических условиях, характеризуемых коррозионным воздействием биожидкостей и значительными механическими нагрузками на металл. Поэтому имплантаты должны обладать повышенными защитными свойствами поверхности с возможностью ее прочного соединения с окружающей костной тканью. Для этого на имплантатах формируют специальные коррозионностойкие покрытия с поверхностно-пористой, шероховатой структурой, обеспечивающей врастание кости в имеющиеся углубления и микронесплошности, что способствует эффективной остеоинтеграции имплантатов.

Создание такого биосовместимого остеоинтеграционного покрытия может осуществляться путем анодирования титановых имплантатов в сернокислом электролите при определенных режимах электролиза [4, 5]. При этом существенное влияние на формирование анодно-оксидного покрытия с высокой морфологической гетерогенностью оказывает исходное состояние и характер микрорельефа поверхности имплантатов. Гладкий характер рельефа не позволяет получать толстослойное, морфологически развитое и адгезионно-прочное покрытие, а наличие исходной микрошероховатости поверхности способствует созданию покрытия повышенной толщины с высокопористой остеоинтеграционной структурой и прочным сцеплением с основным металлом. Поэтому перед анодным оксидированием титановых имплантатов необходимо производить их абразивно-струйную обработку, а именно, пескоструйную обдувку корундовым абразивом, создающую выраженный микрорельеф и повышающую химическую активность поверхности.

Были проведены экспериментальные исследования по анодированию пескоструйно-обработанных титановых (ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ-16) имплантатов в сернокислом электролите концентрацией 200 г/л Н₂SO₄ при анодной плотности тока 2 А/дм², температуре 30⁰С, продолжительности электролиза 0,9 ч. В результате было получено оксидное покрытие, состоящее, в основном, из биоинертного диоксида TiO₂. При этом шероховатость и морфологическая гетерогенность поверхности находились на высоком уровне и соответствовали показателям параметров микронеровностей – R_а=1,2 мкм, R_max=5,6 мкм, S_m=11,2 мкм, размеру открытых пор – 12-20 мкм, суммарной открытой пористости П – 32%. Толщина h и микротвердость Н_кв имели значения 40-50 мкм и 9 ГПа, соответственно. Высокий уровень коррозионной стойкости подтверждался положительной величиной коррозионного потенциала Е_с покрытия в физиологическом растворе, равной 0,18 В (по н.х.с.э.).

Имплантаты с полученными анодно-оксидными биопокрытиями прошли испытания in vivo, результаты которых показали высокий уровень их приживляемости в биотканях, а также способность к интеграции с костными структурами [6].

На данном основании можно рекомендовать разработанные технологические условия анодирования титановых имплантатов для создания биосовместимых покрытий с остеоинтеграционными качествами (рис.).

Рис. Маршрутная технология изготовления костных титановых

имплантатов с анодно-оксидными остеоинтеграционными покрытиями

Литература

1. Конструирование, производство и применение внутрикостных стоматологических имплантатов: Учеб. пособие. Ч. I / Бекренев Н.В., Протасова Н.В., Родионов И.В., Лясникова А.В.; Под ред. проф. В.Н. Лясникова. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003. 76 с.

2. Бейдик О.В., Бутовский К.Г., Островский Н.В., Лясников В.Н. Моделирование наружного чрескостного остеосинтеза. – Саратов: Изд-во СГМУ, 2002. – 198 с.

3. Бутовский К.Г., Лясникова А.В., Лепилин А.В., Лясников В.Н. Биоактивные материалы и покрытия в дентальной имплантологии. Уч. пособие. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. – 94 с.

4. Родионов И.В. Анодно-оксидные биосовместимые покрытия титановых дентальных имплантатов // Технологии живых систем. Т.3, №4, 2006. С. 28-32.

5. Родионов И.В. Анодное оксидирование в производстве имплантатов для стоматологии, травматологии и ортопедии / Маtеriały IV Międzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Aktualne problemy nowoczesnych nauk – 2008». Przemyśl, Polsкa: Nauka i studia. Tym 20 (Chemia i chemiczne technologie). S. 32-36.

6. Родионов И.В. Исследование биоинтеграционных и антисептических свойств анодированных титановых имплантатов / Сборник науч. статей 3-й Всеросс. конф. «Актуальные проблемы электрохимической технологии». Саратов: Изд-во Сарат. гос. техн. ун-та, 2008. С. 196-200.