CC BY
106
УДК 616.3:621.7+621.9; 616.31; 534.29
В.Н. Лясников, В.А. Протасова, Е.Ю. Пошивалова СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ВНУТРИКОСТНЫХ ИМПЛАНТАТОВ
Процент приживляемости современных дентальных имплантатов составляет 92-98 %, что является хорошим результатом. Но проблема отторжения имплантатов костной с тканью пациента на ранних и поздних сроках по-прежнему существует. Данная статья посвящена разработке и исследованию
новых подходов к созданию высокоэффективных дентальных имплантатов с применением современных электрофизических технологий.
Дентальные имплантаты,электрофизические технологии, гидроксиапатит кальция, наноструктуры
V.N. Lyasnikov, V.A. Protasova, E.Y. Poshivalova MODERN MATERIALS AND TECHNOLOGY IN THE MANUFACTURE OF ENDOSSEOUS IMPLANTS
The percent of engraftment of modern dental implants makes 93-98% that is a good result. But the problem of a seizure of implants a bone tissue of the patient on early and late periods still exists. This article proposes the design and research of new approaches to creation highly effective dental implants with application of modern electro physical technigues.
Dental implants, electro physical technigue, calcium hydroxyapatite, Nanostructures
Потребность в использовании внутрикостных имплантатов в настоящее время достаточно велика [1-4]. Сложность создания адекватных искусственных элементов и систем (включая и зубочелюстную систему и опорно-двигательный аппарат) требует использования новейших методов и технологий их производства, а также высокоэффективных методов моделирования и анализа высококачественных материалов и покрытий [5-8]. Как правило, такие материалы и покрытия, а также изготовленные из них системы должны сочетать в себе определенные свойства живой и неживой ткани, которые полностью или частично выполняли бы функции утраченных органов [1,6,8].
В этой связи в медицинской практике широко применяются биоактивные керамические покрытия на основе гидроксиапатита напыленныхна поверхность имплантируемых металлических конструкций и систем [1,10].
Исходя из этого наиболее приемлемым способом решения проблемы отторжения внутрикост-ных имплантатов и их высокого срока службы является формирование на поверхности имплантата специального наноструктурированного слоя. Причем, этот слой должен обладать определенной пористой структурой, морфологией поверхности, адгезионно-когезионными и другими свойствами, благодаря которым данная конструкция по функциональным и эксплуатационным характеристикам максимально приближалась бы к натуральному органу [11].
Используя технологию электроплазменного напыления пористо-порошковых биоактивных гидроксиапатитовых и титановых покрытий в виде системы наноструктурированных слоев удалось получить высококачественные внутрикостные имплантаты.
Результаты исследования структурно-морфологических свойств поверхностных слоев плазмонапыленных покрытий приведены на рис. 1-3.
Рис. 1. Интеграция механически обработанных имплантатов
View field: 52.91 pm Det: SE 10 pm
SEM MAG: 5.00 kx Date(m/d/y): 02/04/11 Performance in nanospace
Рис. 2. Морфология поверхности гидроксиапатитового покрытия
Главным признаком остеоинтеграции является заполнение пространства между инфраструктурой покрытия и контактирующей с ним живой тканью.
Важным моментом здесь является остаточный диаметр пор, в противном случае в них не будут прорастать кровеносные сосуды.
При плазменном напылении гидроксиапатита биоактивное покрытие на внутрикостном имплантате формируется в основном из расплавленных частиц с различным гранулометрическим составом (например: 40-70 мкм). Более мелкие частицы (при выбранном технологическом режиме напыления - ток дуги, дистанция напыления, температурный режим напыляемого изделия и т.д.) полностью проплавляются в плазменной струе и хорошо растекаются по специально подготовленной подложке. В тоже время крупные частицы в плазменном потоке расплавляются не полностью и поэтому формируется покрытие достаточно сложной структуры (рис. 3).
View field: 26.45 pm Det: SE 5 pm _7 View field: 5.291 pm Det: SE 1 pm —rJ
SEM MAG: 10.00 kx Date(m/d/y): 02/04/11 Performance in nanospace И SEM MAG: 50.00 kx Date(m/d/y): 02/04/11 Performance in nanospace H
Рис. 3. Морфология поверхности гидроксиапатитовых покрытий
В этой связи при необходимости получения более равномерного морфологического состояния поверхности используют напыляемые порошки с узким дисперсионным составом, например, 40^45 мкм или 50^60 мкм и др.).
Для повышения качественных показателей биокерамических покрытий используют дополнительное воздействие ультразвуком, лазерным облучением на поток напыляемых частиц и на уже напыленное покрытие.
Было также установлено, что при формировании биокерамических покрытий на поверхности из гидроксиапатита при определенных технологических режимах появляются наноструктурирован-ные зоны в основном в дефектных областях подложки. Механизмы образования таких нанострукту-рированных зон пока до конца не ясны.
312
ЛИТЕРАТУРА
1. Sun L. Material Fundamentals and Clinical Performance of Plasma-Sprayed Hudroxyapatite Coatings: A. Review / L. Sun, C.C.Berndt, K.A.Gross, A.Kucuk // J. Biomed. Mater. Res. (Appl. Biomater.). 2001. Vol. 58. P.570-592.
2. Лясникова А.В. Стоматологические имплантаты. Исследование, разработка, производство, клиническое применение / А.В. Лясникова, А.В. Лепилин, Н.В. Бекренев, Д.С. Дмитриенко. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. 254 с.
3. Vallet-Regi M. Calcium Phosphates as Substitution of Bone Tissues / M.Vallet-Regi, J.M.Gonzalez-Calbet // Progress Solid State Chem. 2004. Vol. 32. P.1-31.
4. Epinette J.A., Geesink R.G. Hudroxyapatite Coated Hip and Knee Arthroplasty. Amsterdam: Elsevier, 1995. 394 p.
5. LeGeros R.Z. Calcium Phosphate Bioceramics: Past, Present and Future / R.Z.LeGeros, J.P.LeGeros // Key Eng. Materials. 2003. Vol. 240-242. P.3-10.
6. Электроплазменное напыление в производстве внутрикостных имплантатов / К.Г. Бутовский, А.В. Лясникова, А.В. Лепилин, Р.В. Пенкин, В.Н. Лясников. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т,
2006. 200 с.
7. Калита В.И. Физика и химия формирования биоинертных и биоактивных поверхностей на имплантатах. Обзор / В.И. Калита // Физика и химия обработки материалов. 2000. №5. С .28-45.
8. Данильченко С.Н. Структура и свойства апатитов кальция с точки зрения биоминералогии и биоматериаловедения. Обзор / С.Н. Данильченко // BicHUKСумДУ. Cерiя <^зика, математика, ме-хатка». 2007. №2. С. 33-59.
9. Duguy N. Biomaterials and osseous regeneration / N.Duguy, A.Petite, E. Arnaud // Ann. Chir. Plast. Esther. 2000. Vol. 45. №3. P.364-376.
10. Лясников В.Н., Протасова Н.В. Плазменное напыление в электронике и биомедицинской технике: учеб.пособие / В.Н. Лясников, Н.В. Протасова. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. 285 с.
11. Мельникова И.П. Нанообъекты, свойства и применение, методы изготовления и анализ наноструктур / И.П. Мельникова, Б.А. Маренко, В.Н. Лясников. Саратов. СГТУ, 2010. 256 с.
Лясников Владимир Николаевич -
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Физическое материаловедение и технология новых материалов», Саратовского государственного технического университета
Протасова Валентина Александровна -
студентка 3 курса специальности «Биотехнические и медицинские аппараты и системы»
Пошивалова Елена Юрьевна -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Физическое материаловедение и технология новых материалов» Саратовского государственного технического университета
Lyasnikov Vladimir Nikolaevich -
Doctor of Technical Sciences, Professor Head of sub-department «Materials Science and technology of new materials», of Saratov State Technical University
ProtasovaValentinaAleksandrovna -
3rd year student of sub-department «Biotech and Medical Devices and Systems»
Poshivalova Elena Yurevna -
Ph.D., Assistent of Professor of sub-department «Materials Science and technology of new material» of Saratov State Technical University
Статья поступила в редакцию 13.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011
