Совершенствование биосовместимости титановых имплантов изменением структуры покрытия Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Секция

«МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ»

УДК 544.6; 542.2

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ БИОСОВМЕСТИМОСТИ ТИТАНОВЫХ ИМПЛАНТОВ ИЗМЕНЕНИЕМ СТРУКТУРЫ ПОКРЫТИЯ

Е. И. Абрамова, Д. В. Раводина Научный руководитель - С. С. Ивасев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: abramovaelizaveta@mail.ru

Представлены необходимые характеристики покрытия для костных и зубных имплантов. Предложен способ получения титановых имплантов с биосовместимым костнозамещающим материалом. Данный способ заключается в применении электролитов для микродугового оксидирования (МДО) с добавлением гидроксиапатита (ГА).

Ключевые слова: метод микродугового оксидирования, импланты, пористость, гидроксиапа-

тит.

IMPROVING BIOCOMPATIBLE TITANIUM CONTACT IMPLANT COATING

STRUCTURE CHANGE

E. I. Abramova, D. V. Ragozina Scientific Supervisor - S. S. Ivasev

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: abramovaelizaveta @mail.ru

The article presents the essential characteristics of the coating for bone and dental implants. A method of producing a titanium bone implants with biocompatible material. This method is the use of the electrolyte for micro-arc oxidation (MAO) with addition of hydroxyapatite (ha).

Keywords: the method of micro-arc oxidation, implants, porosity, hydroxyapatite.

Основным неорганическим компонентом костной и зубной ткани человека является гидроксиа-патит (ГА) Ca10(PO4)6(OH)2, поэтому при изготовлении имплантов, ГА используется благодаря его наилучшим свойствам биосовместимости, но при этом гидроксиапатитовая керамика обладает низкими механическими характеристиками. Для повышения прочности и упругости имплантов, они изготавливаются из биоинертных материалов (сплавы титана), а биосовместимость достигают введением ГА в качестве компонента покрытия. В работах [1; 2] приведены результаты исследований методов нанесения ГА как одного из компонентов многослойного покрытия на титановые импланты.

Биосовместимые покрытия имплантов должны обладать развитой морфологией поверхности и наличием открытых пор размерами до 150 мкм, должны быть равномерными по структуре и иметь хорошие характеристики адгезионной прочности и коррозионной стойкости [3].

Для обеспечения требуемых характеристик покрытия необходимо решить следующие задачи:

- выбрать технологический процесс получения биосовместимого покрытия;

- отработать технологические режимы, обеспечивающие получение покрытия требуемого состава и структуры;

- исследовать физико-механические свойства полученных покрытий.

Секция «Метрология, стандартизация и сертификация»

Для решения поставленных задач были проведены соответствующие теоретические и экспериментальные работы.

В ходе проведения литературного обзора и патентного поиска было выявлено, что для получения покрытия с необходимой структурой и пористостью в настоящее время используют порошок ГА, который наносится на титановые импланты различными способами. Среди многочисленных методов нанесения ГА, наиболее практичными технологически хорошо управляемыми является методы плазменного напыления [1; 2], однако значительными недостатками данных методов являются дорогостоящее оборудование и материалы. В настоящее время одним из перспективных способов нанесения данных покрытий на титановые сплавы является метод микродугового оксидирования (МДО) [4-6].

Формирование МДО-покрытий с добавлением требуемых порошковых материалов представляет собой одно из перспективных направлений в развитии МДО-технологии, так как позволяет создавать на поверхности детали композиционный материал. Свойства такого композиционного покрытия существенно зависят от состава и дисперсности порошкового материала, добавленного в электролит. И может находиться или в виде соединения с другими элементами, или в неизменном состоянии, или встроенным в решетку оксида. На характер внедрения порошковых материалов покрытия влияют специфические условия протекания микродуговых разрядов.

Особенности механизма формирования композиционных МДО-покрытий позволяют сформулировать вывод о том, что условием получения равномерности состава и структуры покрытий является обеспечение постоянной равномерной концентрации дисперсных частиц при анодном слое, что достигалось эффективным перемешиванием механической мешалкой и пневматическим барботажем [5]. В экспериментальных работах был использован порошок ГА, полученный экспериментально по технологии, описанной в работе [6], дисперсностью меньше 50 мкм.

Перед нанесением композиционного покрытия на титановые сплавы, для удаления адсорбционных слоев, проводилась предварительная подготовка поверхности, состоящая из следующих этапов: химического обезжиривания, травления, осветления и нейтрализации.

Предварительные результаты исследования физико-механических характеристик покрытий показали:

- Пористость 20-40 %;

- Адгезия покрытия не менее 20 мПА;

Результаты исследований показали, что для повышения биосовместимости композиционных покрытий на титане целесообразно выполнять предварительную термомеханическую обработку образцов имплантов и подготовку порошка ГА, включающего в себя: просеивание и получение порошка определенной дисперсности.

Библиографические ссылки

1. Формирование двухслойного гидроксиапатитового покрытия на титановой подложке /

B. Ф. Бочкарев, С. М. Баринов, В. В. Наумов [и др.] // Перспективные материалы. 2003. № 6. С. 55-60.

2. Лясников В. Н., Галкина М. С., Протасова Н. В. Электроплазменное напыление функциональных наноструктурированных покрытий в электронике и медицине // Вестник СГТУ. 2014. № 4.

C.92-96.

3. Мельникова И. П., Лясникова А. В., Лясников В. Н. Морфология частиц гидроксиапатита и ее влияние на свойства биокомпозитных плазмонапыленных покрытий // Саратовский научно-медицинский журнал. 2013. Т. 9. № 3. С. 441-445.

4. Белозеров В. В., Махатилова А. И., Реброва Е. М. Метод микродугового оксидирования и его перспективы // Штрипс. 2008. № 3. С. 30-32.

5. Ферябков А. В. Композиционные покрытия микродугового оксидирования // Вестник ОрелГАУ. 2004. № 1. С. 20-21.

6. Пат. 2494751 Российская Федерация, МПК А 61 К 35/32, А 61 Ь 27/12, В 82 В 1/00. Способ получения биологического гидроксиапатита / Каменчук Я. А., Дружинина Т. В. ; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Имплантбио». № 2012118514/15; заявл. 28.04.2012 ; опубл. 10.10.2013. Бюл. № 28. 5 с.

© Абрамова Е. И., Раводина Д. В., 2016