Химия и химические технологии / 5.
К.т.н. Родионов И.В.
Саратовский государственный технический
университет
Электрохимический способ получения оксидных покрытий
титановых имплантатов со специальными
биомедицинскими свойствами
Интенсивное развитие медицинской техники, в том числе имплантационного характера, связано с широкими возможностями современных технологий создавать принципиально новый уровень функциональных качеств биотехнических изделий, а также повышенную эффективность их применения. Так, с помощью специальных биопокрытий широко используемых титановых имплантатов достигается требуемое физико-химическое и механическое взаимодействие с окружающими биоструктурами, обеспечивается интеграция с тканями и надежное закрепление имплантатов в организме. При этом для создания указанных биосовместимых покрытий на медицинских внутрикостных и чрескостных имплантатах могут применяться электрохимические процессы обработки, предусматривающие формирование поверхностных биоинтеграционных оксидных слоев в специальных электролитах [1-5].
Использование костных титановых имплантатов с оксидными и другими биокерамическими покрытиями, тем не менее, сопровождается высокой статистической частотой операционных неудач при их вживлении, что во многом определяется аллергическими реакциями организма на чужеродное тело и интенсивным тромбообразованием на границе имплантат-ткань в начальный послеоперационный период. Указанные явления приводят к раздражению, воспалению, нагноению прилегающей костной ткани, снижению эффективности биоинтеграции и последующему отторжению имплантата. Неудовлетворительность данных результатов способствовала поиску новых путей решения этой проблемы, обеспечивающих нормальную биоинтеграцию, минимизацию послеоперационных осложнений и снижение частоты операционных неудач.
С этой целью был разработан электрохимический способ формирования оксидного покрытия, обладающего бактерицидными и антикоагулянтными биомедицинскими свойствами. Данный способ включает анодирование титана и его сплавов постоянным током, а также катодную модификацию получаемого анодно-оксидного покрытия лантаном, обладающим природными бактерицидными и антикоагулянтными свойствами.
Анодирование осуществляется в электролите, концентрацией 200 г/л серной кислоты с добавлением раствора 50 г/л сульфата меди в дистиллированной воде, за счет чего получается первый слой покрытия. При получении второго слоя покрытия проводится катодная модификация анодированных титановых имплантатов в электролите 0,5 М салицилата лантана в диметилформамиде.
Разработанный способ реализуется следующим образом: берут предварительно подготовленный путем пескоструйной обработки имплантат из титана и его сплавов и погружают в электрохимическую ванну-электролизер с электролитом 200 г/л серной кислоты с добавлением 50 г/л сульфата меди в дистиллированной воде и имеющим температуру 40-500С. Через электролит пропускают постоянный ток напряжением 30-100 В, анодной плотностью 15-50 мА/см2. Процесс оксидирования ведут в течение 30-50 мин при постоянном перемешивании электролита. Соотношение получаемых компонентов в первом слое покрытия следующее, мас.%: оксид титана – 60-70, оксид меди – 30-40, а толщина получаемого слоя из смеси оксидов титана и меди составляет 40-50 мкм. По завершении анодирования имплантат извлекают из ванны-электролизера с сернокислым электролитом, промывают в дистиллированной воде и сушат. Затем оксидированный имплантат помещают в ванну с подготовленным электролитом, представляющим 0,5 М раствор салицилата лантана в диметилформамиде и имеющим температуру 25-300С. Процесс катодной модификации осуществляют в гальваностатических условиях при продолжительности 15-30 мин. В результате толщина фрагментов слоя из лантана составляет 1-3 мкм. Образование слоя лантана в виде фрагментов происходит за счет внедрения лантана в те участки первого оксидного слоя, где его толщина минимальна и имеет наименьшее электрическое сопротивление. Поэтому катодная модификация осуществляется на донной поверхности пор слоя из смеси оксидов титана и меди за счет чего происходит создание фрагментов слоя из лантана.
Придание титановым имплантатам бактерицидных и антикоагулянтных свойств достигается за счет формирования двухслойного покрытия, состоящего из смеси оксида титана, оксида меди и лантана, обеспечивающей поверхности имплантата выполнение бактерицидных и антикоагулянтных функций. Оксиды титана и меди создаются при анодировании имплантатов в электролите 200 г/л серной кислоты с добавлением 50 г/л сульфата меди в дистиллированной воде, что характеризует бактерицидное действие меди в составе покрытия, лантан образуется в результате катодной модификации анодно-оксидного слоя в 0,5 М растворе салицилата лантана в диметилформамиде и обеспечивает антикоагулянтные свойства покрытия. Этим достигается минимизация воспалительных реакций, нагноения, тромбообразования, протекания нормального раневого процесса с эффективной биоинтеграцией и закреплением имплантатов в организме.
Имплантаты из титана и его сплавов (ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ-6, ВТ-16 и др.) с биопокрытием, состав которого получен разработанным электрохимическим способом, прошли испытания на лабораторных животных (кролики породы «Черный великан») [6]. Результаты клинических опытов показали полное отсутствие нагноительных и воспалительных реакций организма, сокращение сроков приживления имплантатов до 1,5-2 раз.
1. Родионов И.В., Серянов Ю.В. Применение технологии анодного оксидирования при создании биосовместимых покрытий на дентальных имплантатах // Вестник Саратовского государственного технического университета, №2 (12), 2006. С. 77-87.
2. Сихварт О.В., Родионов И.В., Серянов Ю.В. Влияние добавки сульфата меди на формирование оксидных биосовместимых покрытий титановых дентальных имплантатов при их анодировании в сернокислом электролите / Сборник науч. статей конфер. «Актуальные проблемы электрохимической технологии». Саратов: Изд-во Сарат. гос. техн. ун-та, 2005, С. 233-236.
3. Родионов И.В., Бутовский К.Г. Функциональные свойства анодно-оксидных биосовместимых покрытий титановых дентальных имплантатов / Материалы междунар. науч. конф. «Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий». Томск. Изд-во ТПУ, 2006, Т.2. С. 424-426.
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., Бутовский К.Г., Бейдик О.В. Формирование антисептических и антитромбогенных качеств анодно-оксидных биопокрытий остеофиксаторов за счет гальванических процессов // Вестник Саратовского государственного технического университета. №4 (28). Вып. 1, 2007. С. 81-85.
6. Родионов И.В. Исследование биоинтеграционных и антисептических свойств анодированных титановых имплантатов / Сборник науч. статей Всеросс. конф. «Актуальные проблемы электрохимической технологии». Саратов: Изд-во Сарат. гос. техн. ун-та, 2008. С. 196-200.