ES2573290T3

ES2573290T3 - Método de fabricación de metal con propiedades biocidas

Info

Publication number: ES2573290T3
Application number: ES08806710.3T
Authority: ES
Inventors: Philip James Agg; James Timothy Shawcross; Martin Edward Lee Pickford; Andrew Derek Turner; David Richard Lewis
Original assignee: Accentus Medical PLC
Current assignee: Accentus Medical PLC
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2008-10-03
Publication date: 2016-06-07
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: AU2008306596A2; GB0818043D0; US8858775B2; JP2010540779A; CN101918621A; CA2702119A1; EP2198076A1; HK1151838A1; AU2008306596A1; US20100206733A1; JP5287861B2; KR101551208B1; CA2702119C; CN101918621B; GB2456853A; KR20100072061A; GB2456853B; EP2198076B1; PL2198076T3; AU2008306596B2

Abstract

Un método de tratamiento de un objeto de metal para formar sobre el mismo una capa superficial que está integrada en el objeto de metal, y que incluye un material biocida, comprendiendo el método: (a) sumergir el objeto de metal, que es para proporcionar un sustrato para la capa superficial, en un electrolito anodizante que contiene un disolvente, y pasivar el objeto de metal para formar una capa superficial integrada anodizada sobre el objeto de metal aplicando un potencial positivo; (b) continuar con la aplicación de un potencial positivo para producir picaduras a través de la superficie integrada y en el sustrato; (c) producir un óxido metálico hidratado o fosfato (i) tanto aplicando una tensión negativa al objeto de metal que se ha anodizado durante las etapas (a y b), mientras que está en contacto con el electrolito anodizante, como (ii) poniendo en contacto el objeto de metal que se ha anodizado durante las etapas (a y b) con una solución de electrolito que contiene una sal de titanio soluble reducible o el metal del sustrato y aplicar una tensión negativa; y (d) eliminar o separar el objeto de metal anodizado resultante de la etapa (c) del electrolito anodizante o la solución de electrolito, y poner en contacto el objeto de metal anodizado con una solución que contiene un material biocida para incorporar dicho material biocida en la capa superficial; en el que: - el objeto de metal comprende titanio, niobio, tántalo, circonio y/o una aleación de los mismos; y - el material biocida comprende un metal biocida.

Description

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DESCRIPCION

Metodo de fabricacion de metal con propiedades biocidas

La presente invencion se refiere a un metodo de tratamiento de un metal para darle propiedades biocidas. En particular, pero no exclusivamente, la invencion se refiere a metales tratados que pueden usarse para reducir la irritacion o infeccion en el cuerpo, cuando el cuerpo se pone en contacto con el metal u objetos metalicos puestos sobre o en el cuerpo.

Los materiales metalicos se ponen en contacto con el cuerpo en numerosas situaciones, por ejemplo, en cirugfa, donde se usan implantes, siendo estos implantes insertados en el tejido del cuerpo, sea este tejido blando o tejido duro. En el caso de tratamiento de cancer de hueso, por ejemplo, se elimina tejido de hueso canceroso, y se usa un implante de metal protesico para sustituir esa parte del hueso que ha sido eliminada. Tambien se usan implantes para la sustitucion parcial o completa de huesos en articulaciones (por ejemplo, caderas) y tambien en otros campos tales como la odontologfa y la cirugfa maxilofacial. Los implantes para los usos anteriores (y otros) pueden ser de metal titanio o de aleacion de titanio. El metal titanio y la aleacion de titanio son biocompatibles, y relativamente fuertes y relativamente ligeros.

Ademas, el metal se pone en contacto con el cuerpo en la industria de la joyena. Mucha joyena esta hecha de aleaciones de metales que son mas baratas que usar metales puros tales como el oro. Sin embargo, en el caso de la joyena, las aleaciones de metales tienen la desventaja de que contienen impurezas, que pueden reaccionar con la humedad en la transpiracion. Por tanto, puede producirse corrosion por picaduras de la aleacion de metal debido a la presencia de iones cloruro en la transpiracion y esto puede hacer que se acumule un asiento para las bacterias que pueden entonces producir infecciones de la piel si la aleacion de metal se pone en contacto con piel rota. La irritacion e infeccion pueden producirse no solo para la joyena que perfora el cuerpo, sino tambien para la joyena que se pone proxima a la piel si el que la lleva tiene piel sensible.

Como puede apreciarse, en tanto los campos medicos como de la joyena, el uso de metal que se pone en contacto con tejido del cuerpo corre el riesgo de introducir infeccion, o que se produzca infeccion. En ambas areas se ha sugerido que la plata metalica podna electrochaparse sobre el metal. Se sabe que la plata tiene propiedades biocidas y la plata controla la infeccion sin causar efectos toxicos al sujeto. Sin embargo, tales recubrimientos pueden debilitarse debido a la corrosion de lfquidos corporales y/o pasivacion de la superficie del implante, de manera que el recubrimiento puede desprenderse del metal, que puede conducir a un elevado desgaste y producir dano al tejido de las partfculas desprendidas que contienen plata.

La presente invencion busca vencer los problemas asociados al estado de la tecnica proporcionando un material de metal anodizado que tiene tanto propiedades de durabilidad como biocidas, que puede reducir el riesgo de infeccion. La invencion tambien puede usarse en la prevencion de la formacion de biopelfcula. La invencion tiene aplicaciones en varias areas de la tecnologfa, que incluyen los campos medicos, la industria de la joyena y en otras areas en las que un metal puede ponerse en contacto con el cuerpo, por ejemplo, cuando un individuo esta usando un bolfgrafo, usando los cubiertos u otros artfculos domesticos o industriales, o llevando gafas, y esto puede tener aplicaciones adicionales para la industria sanitaria en la que necesita minimizarse el riesgo de infeccion. En efecto, la invencion tiene aplicaciones en todas las areas en las que un artfculo de metal que se ha anodizado segun un metodo de la invencion se pone en contacto con la piel, o tejido del cuerpo; y en particular la invencion es aplicable a artfculos de metal formados de metales tales como titanio, o sus aleaciones.

El documento WO 2005/087982 describe un implante de metal para su uso en un procedimiento quirurgico con una capa superficial que esta integrada en el sustrato de metal, y que incorpora un material biocida. La capa superficial se cultiva anodizando a una tension entre 50 y 150 V, y el material biocida se incorpora en ella por intercambio ionico.

Segun un primer aspecto de la invencion, se proporciona un metodo de tratamiento de un objeto de metal para formar sobre el mismo una capa superficial que esta integrada en el objeto de metal, y que incluye un material biocida, comprendiendo el metodo: (a) sumergir el objeto de metal, que es para proporcionar un sustrato para la capa superficial, en un electrolito anodizante que contiene un disolvente, y pasivar el objeto de metal para formar una capa superficial integrada anodizada sobre el objeto de metal aplicando un potencial positivo; (b) continuar con la aplicacion de un potencial positivo para producir picaduras a traves de la superficie integrada y en el sustrato; (c) producir un oxido metalico hidratado o fosfato (i) tanto aplicando una tension negativa al objeto de metal que se ha anodizado durante las etapas (a y b), mientras que esta en contacto con el electrolito anodizante, como (ii) poniendo en contacto el objeto de metal que se ha anodizado durante las etapas (a y b) con una solucion de electrolito que contiene una sal de titanio soluble reducible o el metal del sustrato y aplicar una tension negativa; y (d) eliminar o separar el objeto de metal anodizado resultante de la etapa (c) a partir del electrolito anodizante o la solucion de electrolito, y poner en contacto el objeto de metal anodizado con una solucion que contiene un material biocida para incorporar dicho material biocida en la capa superficial; en el que: el objeto de metal comprende titanio, niobio, tantalo, circonio y/o una aleacion de los mismos; y el material biocida comprende un metal biocida.

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Se preve que en la etapa (c) pueda producirse un fosfato, ademas de o como una alternativa a un oxido metalico hidratado.

Se prefiere que haya un aclarado del implante para eliminar electrolito anodizante antes de ponerlo en contacto con una solucion que contiene un material biocida.

Despues de la anodizacion en las etapas (a) y (b), se preve que la solucion contenida dentro de las picaduras superficiales pueda contener un complejo cationico de peroxi del metal del sustrato, que puede reducirse electroqmmicamente en la etapa (c) (i) a un oxido metalico hidratado de solubilidad limitada. Tambien se preve que la solucion de electrolito en la etapa (c) (ii) pueda contener un complejo cationico de peroxi, preferentemente un peroxititanilo, que puede reducirse electroqmmicamente dentro de las picaduras a titania hidratada.

El uso de la inversion de tension hace que se produzcan oxidos metalicos hidratados y estos oxidos tienen una alta area superficial. La alta area superficial permite elevado intercambio ionico con materiales tales como plata, que pueden usarse como materiales biocidas.

Preferentemente, en la etapa (b) el objeto de metal se anodiza hasta que se forman picaduras a traves de dicha capa superficial en el metal del sustrato y en la etapa (d) el material biocida se incorpora en dichas picaduras. Hay un proceso de dos etapas comprendiendo la etapa (a) el proceso inicial de pasivacion, es decir, preparar la superficie para la formacion de picaduras haciendo crecer una pelfcula superficial y luego (b) formando picaduras en ella misma.

La maxima tension aplicada durante la anodizacion puede definir el espesor de la pelfcula de oxido pasiva. Tensiones mas bajas aplicadaos posteriormente pueden no afectar el espesor de pelfcula.

La tension durante la pasivacion puede aplicarse como una tension que aumenta linealmente con el tiempo hasta un valor limitante o alternativamente voltajes escalonados hasta el lfmite maximo, o puede aplicarse hasta un valor posterior mas bajo. Tambien se preve que puedan usarse multiples pasivaciones, en las que se aplica una tension repetidamente para preparar la superficie metalica para la formacion de picaduras. Estos diferentes tipos de aplicar tension estan todos dentro de la definicion de aplicar una tension.

Antes de pasar a la etapa (d) hay aclarado del metal anodizado para eliminar electrolito residual y luego hay un contacto posterior con la solucion que contiene los iones de metal biocida para maximizar la incorporacion de los iones de metal biocida en la capa superficial sobre el objeto de metal. El aclarado puede ser usando agua o cualquier disolvente apropiado.

Durante el procedimiento de anodizado de la etapa (a y b) se aplica una tension positiva al metal. Durante la etapa (c) del proceso (i) o (ii) se aplica una tension al metal en el sentido opuesto, es decir, se invierte, siendo esto la tension negativa citada en el presente documento en relacion con la etapa (c). Se prefiere que la inversion de tension se produzca despues del final de la etapa (b) que se uso para crear las picaduras. Por picaduras los presentes inventores quieren decir pocillos o depositos que son capaces de almacenar el material biocida. Como resultado del anodizado y etapas posteriores, el objeto de metal tiene una superficie externa dura formada de una capa anodizada, que crece fuera de la superficie (que normalmente puede adsorber ~0,3-1,0 pg/cm2 de Ag) y dispersadas dentro de la superficie de esta capa estan picaduras que pueden recibir iones adicionales del material biocida tales como iones plata. La matriz contenida dentro de las picaduras que reciben el material biocida puede ser relativamente blanda y porosa con respecto a la superficie anodizada, combinado asf las propiedades optimas de mayor capacidad de almacenamiento de plata con el material que forma la superficie anodizada mas dura.

El material biocida puede comprender plata.

La tension positiva en la etapa (a) puede ser 15-200 V (voltios), pero normalmente esta en el intervalo de 30 V a 150 V o incluso hasta 750 V o 2000 V en un electrolito con un alto potencial de rotura, tal como borato de litio. Los voltajes que se han considerado como utiles son, por ejemplo, 35 V o 100 V y estos son particularmente utiles en el campo de los implantes. Despues del crecimiento de la capa pasiva (etapa a) de espesor, dureza y color deseados, pueden cultivarse picaduras en la superficie en un electrolito diferente, posiblemente a un potencial mas bajo - por ejemplo HPO4 2,1 M a 100 V como etapa separada, seguido de la etapa de electrorreduccion para formar titania hidratada in situ.

La magnitud de la tension negativa puede mantenerse o regularse de manera que sea insuficiente para producir la electrolisis del disolvente. La magnitud de la tension negativa afecta la capacidad absorbente de la superficie mediante el paso de una corriente reductora durante un periodo de tiempo dado de forma que la carga que pasa esta directamente relacionada con la creacion de una matriz de adsorbente y, por tanto, la cantidad de material biocida (por ejemplo, plata) que posteriormente se incorpora en la superficie del objeto de metal. Si la magnitud de la tension negativa es demasiado baja durante un periodo de tiempo dado, la cantidad de metal biocida posteriormente incorporada puede ser insuficiente para proporcionar un nivel deseado de propiedades biocidas, pero puede permitirse que el proceso continue durante un periodo prolongado para vencer esto. El equilibrio es proporcionar una

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tension negativa que produzca el nivel de material biocida requerido para producir un efecto biocida/bacteriostatico y que incluye el material dentro de un periodo de tiempo que es comercialmente viable. Es posible determinar las magnitudes de la tension negativa que no producen electrolisis del electrolito mientras que se permite que cantidades deseadas de metal biocida se incorporen posteriormente en la superficie del objeto de metal monitorizando la corriente de reduccion.

La tension negativa puede aplicarse al menos hasta que la corriente a traves del objeto de metal haya causado el pase de la carga suficiente para generar la capacidad de adsorcion deseada. Normalmente, esta corriente habra disminuido a menos del 80 % de su valor inicial, mas normalmente al 60 % o menos de su valor inicial. Sin embargo, pueden aplicarse valores para la corriente de hasta el 20 % si el proceso se deja continuar durante un periodo de tiempo mas largo, por ejemplo hasta 2 minutos.

Preferentemente, el material biocida (por ejemplo, plata) se proporciona en la solucion en forma de iones. El metal biocida puede ser o puede comprender plata, aunque pueden usarse otros metales ademas de o como alternativas a la plata.

El metal del objeto de metal puede comprender titanio o puede comprender niobio, tantalo o circonio, o una aleacion que comprende un metal tal.

La anodizacion puede realizarse empleando un electrolito lfquido, que comprende preferentemente acido fosforico que se ha disuelto en un diluyente para preparar una solucion mas diluida para controlar el pH de solucion a dentro del intervalo deseado. El electrolito puede comprender agua como disolvente. Pueden usarse otros electrolitos tales como acido sulfurico, soluciones de sal de fosfato o acido acetico. Tambien pueden usarse electrolitos alcalinos tales como hidroxido sodico. Se prefiere que estos electrolitos esten en forma diluida, por ejemplo, H3PO4 2,1 M, H2SO4 0,1 M.

Preferentemente, el movimiento o circulacion del electrolito durante el anodizado con respecto a la superficie del objeto de metal durante la etapa de anodizado se suprime o inhibe hasta el punto posible en la practica, al menos durante el periodo cuando las picaduras microscopicas estan siendo formadas a traves de dicha capa superficial (b), aunque se desea agitacion suave durante la fase de pasivacion (a) cuando circulan altas corrientes - minimizandose asf la generacion de efectos de calentamiento local. Esto es beneficioso en mejorar la uniformidad del proceso sobre tanto un unico artfculo, pero tambien entre un ensamblaje de unidades que esta tratandose simultaneamente. Por ejemplo, durante el periodo de crecimiento de picaduras (b), se prefiere que no se realice agitacion del electrolito, y/o puedan emplearse medios (tales como deflectores o aditivos, tales como gelificantes, para aumentar la viscosidad del electrolito) para prevenir o reducir el movimiento del electrolito. Se ha encontrado que se forman elevados niveles de oxido metalico hidratado (por ejemplo, oxido de titanio hidratado) cuando el electrolito no se mueve o circula con respecto a la superficie del objeto de metal durante la parte de la etapa de anodizado (b) cuando estan formandose las picaduras microscopicas a traves de la capa superficial anodizada en el metal del sustrato. Tambien se ha encontrado que pueden incorporarse mayores niveles de metal biocida en sitios sobre la superficie asf anodizada sin que de lugar a efectos toxicos cuando se usa el objeto de metal resultante.

El acido fosforico puede tener una concentracion en un intervalo de 0,01 M a 5,0 M, normalmente de 0,1 M a 3,0 M y en particular 2,0 M. Un ejemplo de la concentracion usada en el campo medico es 0,05 a 5,0 M, por ejemplo, de 1,0 a 3,0 M y en la industria de la joyena de 0,01 M a 5,0 M. Preferentemente, el pH del electrolito acido debe mantenerse dentro del intervalo de 0,5<pH<2,0 - mas idealmente dentro del intervalo 0,75<pH<1,75.

Si se usa un electrolito alcalino, el pH es mayor que 7 y preferentemente es mayor que 9 y mas normalmente el pH esta en el intervalo de 10-14. El electrolito alcalino puede ser una sal de fosfato tal como Na3PO4.

Por ejemplo, en el caso de un implante medico que comprende titanio, cuando la molaridad del acido fosforico es 2,0 M, la tension negativa puede tener una magnitud en un intervalo de -0,2 a -0,7 V con respecto a un electrodo de referencia estandar de Ag/AgCl. Este intervalo de tension con respecto a un electrodo de referencia estandar de Ag/AgCl se seleccionana para evitar la electrolisis del disolvente de agua a menos de -0,7 V. Una tension menos negativa (por ejemplo, -0,1 V) tiene el efecto de que puede obtenerse menos carga de plata en el metal acabado, reduciendo sus propiedades biocidas, debido al paso de una corriente de reduccion mas pequena.

En casos en los que se usan otros sustratos de metal o electrolitos anodizantes en lugar de acido fosforico, acido sulfurico o acido acetico, la magnitud de la tension negativa (es decir, inverso) puede necesitar ajustarse para proporcionar los efectos deseados debido a factores tales como cambios en el pH, o incluso temperatura.

El objeto de metal anodizado puede tratarse (por ejemplo, aclararse) con un disolvente (por ejemplo, agua) para eliminar el electrolito y cationes solubles antes de realizar dicho intercambio ionico.

El area superficial geometrica del objeto de metal puede determinarse mediante medios convencionales tales como el uso de dispositivos de medicion estandar tales como diseno asistido por ordenador (CAD), calibradores, micrometros y reglas combinados con un modelo geometrico del artfculo que esta tratandose, o metodos opticos

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mas avanzados tales como barrido laser. Sin embargo, esta medicion no tiene en cuenta las caractensticas superficiales microscopicas o la rugosidad superficial del metal. Esta area superficial microscopica es un factor importante en determinar y controlar cuanta carga pasa durante la etapa de anodizacion, por ejemplo, culombio/cm2. El area superficial microscopica puede determinarse, por ejemplo, por inmersion del objeto de metal (tal como un implante ortopedico) en un electrolito, y midiendo la capacitancia de doble capa y comparando esta con patrones calibrados bajo condiciones identicas de temperatura y concentracion de electrolito. La carga o corriente por area superficial microscopica, por ejemplo, culombio/cm2 o mA/cm2 se usa, por tanto, normalmente en el control del proceso de anodizado. La relacion de area microscopica con respecto a geometrica se conoce como el factor de rugosidad superficial y puede usarse para convertir un area en la otra. Por ejemplo, una carga de 10 pg/cm2 de plata en una base de area geometrica se corresponded con una carga de 5 pg/cm2 de plata en una base de area microscopica para un factor de rugosidad de 2. La carga de plata por area geometrica, por ejemplo pg/cm2, normalmente se usa para un implante ortopedico.

El anodizado puede realizarse con una densidad de corriente maxima en un intervalo de 0,1 a 100 mA/cm2, preferentemente 0,1 a 50 mA/cm2, o mas normalmente 1 a 10 mA/cm2, por ejemplo, 5 mA/cm2 o aproximadamente. Esto determina el tiempo necesario para la pasivacion - es decir, el aumentar el potencial aplicado de 0 al valor maximo (por ejemplo de 100V), cuando la corriente disminuye a un valor significativamente mas bajo. Alternativamente, puede aplicarse una tension aplicada que aumenta linealmente con el tiempo o como etapas de tension para controlar el periodo de pasivacion, esto tendra a su vez una influencia sobre la posterior fase de crecimiento de picaduras (b). Como una vision general, normalmente, el valor inicial de la densidad de corriente pasiva usada en la parte de crecimiento de picaduras del proceso normalmente esta en el intervalo de 0,05-0,5 mA/cm2 y el valor para la densidad de corriente al final de esta fase normalmente esta en el intervalo 0,2-2,0 mA/cm2.

La cantidad de carga empleada para el anodizado (etapas a y b) puede estar en un intervalo de 1 a 10 culombios/cm2, por ejemplo, de 2 a 5 culombios/cm2. La corriente de anodizado puede pasarse durante un periodo de 0,5 a 8 horas, mas particularmente 1 a 6 horas, por ejemplo, de 2 a 4 horas.

La tension negativa puede aplicarse al objeto de metal al menos hasta que la corriente a traves del objeto de metal disminuya a un valor mas bajo con respecto a la corriente de reduccion inicial en su aplicacion, por ejemplo, preferentemente no superior al 20 % de su valor inicial (por ejemplo, que converge a cero o sustancialmente a cero). Como una vision general, normalmente, el valor inicial de la densidad de corriente de reduccion usado en el proceso esta en el intervalo de 0,05-2,0 mA/cm2 y el valor para la densidad de corriente al final de la fase de tension de reduccion es 0,01-0,4 mA/cm2. El tiempo durante el que la tension negativa se aplica hasta que la corriente disminuye a un valor adecuadamente bajo puede ser inferior a 300 s, y puede normalmente ser inferior a 120 s.

La presente invencion tambien proporciona metodos de tratamiento de un objeto de metal como se especifica en una o mas de las reivindicaciones tras esta descripcion.

Segun otro aspecto de la invencion, se proporciona un objeto de metal obtenido por los metodos descritos anteriormente y en lo sucesivo.

El objeto de metal puede estar en forma de un implante, un instrumento o dispositivo medico o joyena. En particular, en el caso de un instrumento o dispositivo medico, este podna incluir cualquier tipo de dispositivo o herramienta que se pone en contacto con el cuerpo, por ejemplo, marcapasos, protesis endovasculares, grapas para la piel, bistuns, trocares, clavos para huesos o incluso instrumentos medicos tales como bistuns o pinzas para tejido que se usan durante la cirugfa.

El objeto de metal tiene propiedades biocidas deseables para suprimir y/o controlar la infeccion sin efectos toxicos sobre un individuo, tanto animal como ser humano, que se pone en contacto con el material.

Los implantes segun la invencion pueden usarse para muchos fines medicos y quirurgicos, que incluyen atroplastia de cadera completa y parcial, implantes utiles en aplicaciones maxilofaciales, de traumatismo, ortodentales y ortopedicas, dispositivos artroscopicos, implantes dentales, aparato neurologico y partes (tales como grapas, unas y clavos) usados en cirugfa cardiovascular y general.

La joyena que puede hacerse a partir del objeto de metal segun la invencion puede incluir todos los tipos de joyena. La joyena puede ser joyena convencional tal como anillos, collares y pulseras o la joyena puede ser del tipo que se mantiene dentro de una abertura en el cuerpo, por ejemplo, joyena que se aplica al cuerpo transcutaneamente, es decir, la joyena perfora el cuerpo, por ejemplo, pendientes, anillos para el ombligo, anillos para insertarse a traves de otras partes carnosas del cuerpo tales como los labios, mejillas, etc.

Los metales que pueden usarse para hacer los implantes o joyena segun la invencion puede ser titanio o una aleacion de titanio. Una aleacion estandar para este fin es titanio 90 % con 6 % de aluminio y 4 % de vanadio (Norma Britanica 7252). Alternativamente, el metal puede comprender niobio, tantalo o circonio, o aleaciones de estos metales.

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Para un implante o joyena para perforar el cuerpo, puede ser deseable que la superficie del material este altamente pulida antes de la produccion de la capa superficial por anodizado. En el caso de implantes, una superficie altamente pulida reduce cualquier tendencia a la calcificacion local cuando el implante se pone en contacto con el hueso. Una superficie pulida tambien permite el suave movimiento de musculo y tejido sobre la superficie con erosion o desgaste mmimo. Puede obtenerse pulido adecuado por tecnicas conocidas, tales como (por ejemplo) pulido mecanico y/o electropulido.

El objeto de metal puede pulirse inicialmente para proporcionar una superficie muy lisa. La aleacion de titanio puede electro-pulirse usando acido acetico, o una mezcla de acidos mtrico y fluorlmdrico. Alternativamente, el material podna someterse a una combinacion de pasivacion anodica con pulido mecanico, que puede denominarse electroacabado, eliminando este proceso el oxido que protege la rugosidad superficial, siendo entonces la superficie en ese momento re-pasivada electroqmmicamente, produciendo asf un acabado suave de espejo. Diversos electrolitos son adecuados para este fin, que incluyen acido mtrico mezclado con acido sulfurico, hidroxido sodico, fosfato de sodio, acido acetico o hidroxido sodico mezclado con nitrato de sodio. Tambien pueden usarse tecnicas tales como decapado con abrasivo o chorreo con granalla o martilleo por impacto para preparar la superficie (por ejemplo, para la posterior aplicacion de hidroxiapatita pulverizando plasma despues de la carga de ion biocida, para estimular la union al hueso localizada). Por tanto, la superficie puede recubrirse por pulverizacion con titanio para proporcionar una superficie rugosa.

Despues del pulido u otro tratamiento de la superficie del objeto de metal, puede tener lugar la modificacion o conversion superficial. Se forma una capa de un material de oxido metalico hidratado que puede incluir algun fosfato anodizando en un electrolito adecuado, de manera que la fase resultante se expande fuera de la superficie del metal. Las especies de metal biocida, por ejemplo iones, pueden entonces absorberse o adsorberse en la matriz de oxido y/o fosfato en una etapa posterior tratando la superficie metalica anodizada con una solucion acuosa de sal. Las especies de metal biocida pueden estar en forma de iones, por ejemplo iones plata (o Cu++), y estos iones pueden entonces absorberse/adsorberse por intercambio ionico en la matriz de oxido y/o fosfato, o una mezcla de las mismas. Podnan absorberse cationes de paladio, platino o incluso rutenio de un modo similar. Si se desea, iones plata, platino o paladio depositados podnan entonces convertirse en metal, o convertirse iones rutenio depositados en RuO2 insoluble, dentro del recubrimiento de la superficie de oxido o fosfato, realizandose esta reaccion qmmicamente o electroqmmicamente o por luz.

La invencion se describe adicionalmente con referencia a las figuras adjuntas y con referencia a una realizacion de la invencion que se da a modo de un ejemplo no limitante solo.

Figura 1: muestra una representacion en diagrama de los voltajes y corrientes usados durante el recubrimiento

superficial segun una realizacion de la invencion;

Figura 2: muestra el uso de inversion de la corriente usando diferentes tipos de acidos durante el proceso de

pasivacion;

Figura 3: muestra una vista en seccion en diagrama a traves de parte de la superficie de un objeto de metal

segun la invencion.

Figura 4: muestra una comparacion de carga de plata en picaduras en tres muestras, con y sin el uso de una

tension negativa.

La Figura 1 ilustra niveles de corriente y tension tfpicos usados en el anodizado de un objeto de metal de titanio. La tension se muestra como una lmea continua y la corriente como una lmea discontinua. El grafico muestra la corriente (Amp) y la tension (V) aplicadas con el tiempo (t). La tension (no mostrada a escala) aumenta, por ejemplo, a 100 V y en esta etapa se produce la pasivacion (mostrada como P) de la superficie del metal, que produce un material que esta integrado con el sustrato de metal titanio. Durante la aplicacion inicial de tension, el potencial normalmente se controla usando un limitador de corriente que podna estar en el intervalo de 2,5-10 mA/cm2, pero pueden usarse niveles mayores. Durante el periodo limitado de corriente, el potencial aplicado suministrado de la fuente de alimentacion aumenta gradualmente a medida que crece el espesor de la pelmula de oxido. La tension se aumenta a un lfmite predeterminado, que se selecciona segun las propiedades requeridas para el material superficial del metal. Cuando se alcanza el lfmite de tension, por ejemplo a 100 V, la corriente disminuye de nuevo a un nivel bajo, por ejemplo, inferior a 1 mA/cm2 y esta disminucion en el nivel de corriente indica que se ha producido la pasivacion. Una vez se produce la pasivacion, la tension se mantiene para permitir la ingeniena superficial de la superficie metalica pasivada (mostrada como SE) y se forman picaduras en la superficie. El nivel de tension y el tiempo seleccionado para aplicar la tension pueden elegirse segun la cobertura y dimensiones de las picaduras requeridas para la superficie. Esta pasivacion e ingeniena superficial de la superficie metalica se muestran como etapa (x). Una vez se completa la pasivacion y la produccion de picaduras a un formato requerido, el objeto de metal se somete a una inversion de tension (mostrada como VR) que produce una corriente negativa observada. La aplicacion de esta tension negativa se produce en la etapa (y) como se muestra. La tension seleccionada y la longitud de tiempo que la tension se aplica pueden alterar la carga de la superficie metalica con material ionico que puede producir un efecto biocida.

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La Figura 2 muestra trazos de los cambios en los niveles de tension y corriente con el tiempo si se usa una solucion de electrolito de acido sulfurico (0,1 M) o fosforico (2,1 M) en la que el material metalico se dispone para la anodizacion. Como puede apreciarse, el trazo producido con el tiempo para cada proceso sigue una forma similar.

Como se muestra en la Figura 3, el objeto de metal se usa para un implante, pero tambien puede usarse el mismo proceso para producir joyena o tambien puede usarse para producir dispositivos o instrumentos medicos.

El implante 30 se limpia primero. El proceso de limpieza puede ser por limpieza ultrasonica usando primero acetona como fase lfquida (u otro disolvente desengrasante), luego aclararse con acetona nueva (u otro disolvente) y seguido de agua desionizada o cualquier otra solucion de aclarado adecuada. El material metalico puede entonces limpiarse en una solucion acuosa 1 M de hidroxido sodico (u otro limpiador alcalino) y a continuacion aclararse en agua desionizada. El material metalico limpio resultante se anodiza entonces en contacto con una solucion acuosa de acido fosforico. La concentracion del acido fosforico esta preferentemente en un intervalo de 0,5-5 M, mas normalmente de 1 a 3 M, por ejemplo 2 M (o aproximadamente el 20 por ciento en peso de solucion). El implante se anodiza usando una tension en el intervalo de 15 a 150 V, mas normalmente 50 a 150 V, por ejemplo, 100 V. La concentracion de la solucion de anodizado es 0,01 M a 5 M, normalmente 0,1 M a 3 M y en particular 2 M y la tension usada es 15-200 V, pero normalmente esta en el intervalo de 30 V a 150 V, por ejemplo, 35 V. Tales intervalos puede tambien aplicarse a joyena.

La tension se mantiene preferentemente hasta que se obtiene un crecimiento deseado de picaduras o regiones picadas a traves de la capa superficial anodizada en el sustrato. Preferentemente, se monitoriza la densidad de corriente a traves de la superficie durante el anodizado. Un lfmite de densidad de corriente adecuado durante el periodo de crecimiento de pelfcula inicial normalmente es aproximadamente 5 mA/cm2, aumentando la tension a un valor constante maximo para producir una superficie bien anodizada sobre el implante. El potencial puede aplicarse en una unica etapa a su maximo valor o puede aplicarse en las etapas, por ejemplo, de 30 V a 80 V a 100 V. Alternativamente, el potencial puede aplicarse aumentando linealmente a su valor maximo a una tasa controlada de 0,1-10 V/s, preferentemente 0,5-5 V/s, idealmente 1-2 V/s. El grado deseado de anodizado se obtiene normalmente despues de haberse pasado una carga de 2 a 5 culombios/cm2 de area superficial del implante. Preferentemente, el proceso de anodizado se lleva a cabo durante un periodo de 1 a 6 horas, por ejemplo, de 2 a 4 horas. Una carga adecuada sena aproximadamente 3,5 culombios/cm2.

La superficie del implante asf anodizado basado en titanio comprende una capa dura 34 que comprende un oxido de titanio, y picaduras o regiones picadas 36. Se cree que las picaduras y/o regiones picadas 36 contienen oxido de titanio y tambien podnan contener un compuesto de titanio soluble. Las picaduras normalmente tienen profundidades de hasta 2 a 3 pm que penetran a traves de la capa pasiva de 0,14 pm (a 100 V) en el sustrato y tienen diametros de hasta 5 pm. Las picaduras pueden ocupar del 5 al 20 % del area superficial, aunque preferentemente por debajo del 10 %. Sin embargo, dependiendo de la tension aplicada y la longitud de tiempo de tratamiento, puede haber un intervalo de profundidades y diametros para las picaduras, por ejemplo, las profundidades pueden oscilar de 1 a 5 pm, mas normalmente 1 a 4 pm, y los diametros pueden estar en cualquier parte entre 0,1 y 20, mas normalmente 1 a 10 pm, o 1 a 5 pm, y estos intervalos pueden variar a traves de la superficie del implante.

Despues de la etapa de anodizado descrita anteriormente, se aplica una tension a traves de la solucion de anodizado en el sentido inverso en comparacion con la tension (y, por tanto, el flujo de corriente) durante la etapa de anodizado. Es decir, al implante se le da una polaridad negativa. Durante el tratamiento con (por ejemplo) una solucion acuosa 2,0 M de acido fosforico, la tension de "sentido inverso" (es decir, invertido con respecto a la tension (y flujo de corriente) durante la etapa de anodizado) se aplica con una tension en el intervalo de -0,2 a -0,7 V, por ejemplo, -0,3 a -0,6 V, mas espedficamente -0,40 a -0,55 V, y se ejemplifica por aproximadamente -0,45 V (como se mide con respecto a un electrodo de referencia estandar de Ag/AgCl), para garantizar que el disolvente, agua, no se electrolice, pero que sea capaz de tener lugar un proceso de reduccion. Se cree que durante el periodo de tension invertido ciertas especies de titanio se reducen electroqmmicamente dentro de las picaduras a especies de oxido de titanio hidratadas de alta area superficial, baja solubilidad. Las ultimas tienen una solubilidad relativamente baja al pH del electrolito dentro del intervalo 0,5-2, y se cree que, como resultado, las picaduras formadas en el metal del sustrato a traves de la capa superficial anodizada se llenaran con este medio inorganico de alta area superficial. A medida que se aplica la tension invertida, la corriente a traves del implante disminuye desde un valor inicialmente alto, y con el tiempo cae a cero o sustancialmente cero. Se cree que la disminucion en la corriente es debida al agotamiento de las especies de titanio reducibles que producen la formacion de la especie de titania hidratada de baja solubilidad en las picaduras. La reduccion sustancialmente completa a la titania hidratada normalmente se obtiene despues de una carga catodica en el intervalo de 0,005 a 0,2 culombios/cm2, por ejemplo, en el intervalo de 0,01 a 0,05 culombios/cm2. Cuando la corriente invertida ha disminuido suficientemente, por ejemplo, a menos del 60 % y deseablemente a menos del 20 % del valor pico, preferentemente a cero o aproximadamente, se detiene el potencial invertido. La disminucion en la parte de corriente invertida del procedimiento puede durar de 60 a 180 s. El proceso de anodizado global se efectua satisfactoriamente en un periodo de tiempo en el intervalo 1 a 5 horas, por ejemplo, de 2 a 4 horas, normalmente 2,5 a 3,5 horas, por ejemplo, 3,0 horas o aproximadamente.

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Tambien es posible que esta etapa de inversion de potencial tenga lugar en una solucion de electrolito de anodizacion que contiene disueltas sales de peroxititanilo sintetizadas qmmicamente (por ejemplo, disolviendo Ti(OH)4 en una solucion acida de electrolito que contiene peroxido de hidrogeno). (Puede llevarse a cabo un proceso equivalente usando un electrolito alcalino). No tendra lugar reaccion de reduccion en la superficie externa pasivada del artfculo anodizado debido a las propiedades semiconductors de esta pelfcula, aunque las picaduras electroactivas manipuladas a traves de esta pelfcula son capaces de permitir el proceso de electrorreduccion localmente dentro de la picadura. Para sustratos metalicos - especialmente aquellos materiales no basados en titanio, por ejemplo, Nb, Ta, Zr y sus aleaciones - esto puede ser un metodo util de introduccion del medio de adsorbente de titania hidratada en la superficie, antes de la posterior adsorcion de biocida. El adsorbente puede basarse en el metal del que va a prepararse el implante, por ejemplo, circonio, pero para rentabilidad, la titania se usa como preferencia.

El proceso de anodizado forma un superficie dura que puede tener diferentes aspectos coloreados debido a efectos de interferencia optica. Durante las etapas iniciales de anodizado, el color de la superficie vana de dorado a purpura, azul, a incoloro, verde, amarillo, naranja y finalmente rojo/purpura. El anodizado a 100 V produce un espesor de pelfcula de aproximadamente 140 nm. Cambiar la tension puede alterar el grado de anodizado y, por tanto, el espesor de la superficie dura, que a su vez influye en el color formado. Diferentes voltajes alteran el color producido, por ejemplo, en acido fosforico 2,0 M, aproximadamente 20 V, hasta 35 V producira un color azul sobre el metal, por ejemplo, un implante o joyena. Teniendo artfculos coloreados diferentes no solo se proporcionan diferentes efectos esteticos, sino que tambien se permite que artfculos tales como implantes se identifiquen, por ejemplo, un implante para un fin o de un fabricante puede estar codificado por el color de manera que si tiene que extraerse o sustituirse, un medico pueda identificar que ese implante es de un cierto tipo y pueda entonces sustituirlo con otro implante del mismo tipo. En el caso de joyena, diferentes colores proporcionan diferentes grados de atractivo y esto es particularmente aplicable a joyena basada en titanio.

Una vez se forman poros/picaduras en la superficie del metal, la ingeniena superficial de la superficie metalica tambien puede emplearse para aumentar la carga de iones biocidas en las picaduras en el metal. Una vez se forman las picaduras, puede haber ingeniena superficial durante la etapa (b) en la que se aplica un posterior tension elevada al metal o su aleacion, por ejemplo 75 V en el caso de titanio, y esta aplicacion de tension produce la rotura de la superficie en areas en las que hay defectos en la superficie o en las que hay areas locales de pequenas picaduras. La alta tension hace que las picaduras/defectos existentes en la superficie crezcan ensanchandose en diametro y profundidad debido al hecho de que las paredes de las picaduras siguen electroactivas. El aumento de la tension de nuevo, por ejemplo superior a 35 V y hasta 75 V, produce algun grado de pasivacion de las paredes de las picaduras de forma que cualquier actividad electrolftica posterior pueda concentrarse en el fondo de la picadura, previniendo que cualquier material ionico depositado en la picadura sobresalga por encima de la superficie anodizada.

Cuando se han completado las etapas de anodizado y la etapa de reduccion (y cualquier proceso de ingeniena superficial como se trata anteriormente), la superficie del implante anodizado se aclara con agua desionizada para eliminar residuos de acido fosforico y otros materiales solubles. El implante asf limpiado se sumerge a continuacion en una solucion que comprende el material biocida, que es plata en este ejemplo. La solucion es una solucion acuosa de nitrato de plata que tiene una concentracion de plata en el intervalo de 0,001 a 10 M, por ejemplo 0,01 a 1,0 M, por ejemplo, 0,1 M o aproximadamente.

El implante tratado puede tener un contenido de plata de 0,5 a 40 pg/cm2 o mas normalmente de 2-20 pg/cm2. La plata esta inicialmente presente principalmente en forma ionica, pero puede convertirse al menos parcialmente en agrupaciones atomicas de metal disperso dentro de la matriz de adsorcion de titania hidratada como resultado de la fotorreduccion. Normalmente, se adsorben ~0,3-1 pg/cm2 sobre la capa pasiva externa, almacenandose el resto dentro de las picaduras rellenas de titania hidratada.

La Figura 4 muestra una grafica para 6 muestras en las que se aplica una tension reducida y estas se muestran como R1, R2 y R5. Tambien hay tres muestras en las que no se aplica tension reducida NR3, nR4 y NR6.

Se anodizaron discos de titanio en 2,1 M de H3PO4 a una tension inicial de 100 V con un lfmite de corriente de 5 mA/cm2 a 20 °C. La tension se redujo entonces a -0,45 V (pueden usarse niveles de entre -0,05V y -1,0V, mas normalmente -0,1 V y -0,60 V). Esta etapa se omitio para las muestras "NR". El proceso de carga de plata implico disponer el metal en nitrato de plata 0,1 M durante 1 h. La carga de plata (SL) se muestra como pg/cm2, que se refiere al area geometrica. Como puede apreciarse, la carga de las picaduras en las que hay reduccion de tension muestra un nivel significativamente mejorado de carga cuando no se aplica reduccion de tension. El aumento en la carga puede ser de hasta un factor de dos.

Se cree que durante la anodizacion se genera localmente TiO22+ como la sal de fosfato mediante la solucion de titanio bajo las condiciones anodicas en las picaduras. En la inversion posterior, esto se reducira a Ti(OH)4 (titania hidratada), que es esencialmente insoluble en el electrolito por encima de un pH de aproximadamente 0,5, y asf este material se retiene en la picadura/poro como un solido. La titania hidratada es un medio de intercambio ionico inorganico que puede saturarse con cationes tales como cationes plata cuando se pone en contacto con solucion de

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nitrato de plata, AgNO3, y esto produce un elevado nivel de plata. La titania hidratada tambien es conocida por ser un catalizador para la fotorreduccion de cationes plata a las especies metalicas, que puede producir la conversion de algo de la plata ionica adsorbida en plata metalica dispersa dentro de la matriz de adsorbente.

Se cree que durante la exposicion a lfquidos corporales hay una lenta filtracion de especie plata de la capa anodizada, de manera que se inhibe el crecimiento de microorganismos tales como bacterias, levaduras u hongos en la vecindad del objeto de metal. Se cree que la filtracion se efectua por intercambio ionico de plata sobre el objeto de metal con sodio en los lfquidos corporales que se ponen en contacto con el objeto de metal. Pueden producirse otros mecanismos tales como la oxidacion de la plata metalica a especies ionicas por medio de los niveles de oxfgeno localizados para hacer que los iones plata liberados puedan continuar destruyendo o suprimiendo el crecimiento de los microorganismos o la formacion de biopelfcula.

El metodo de la invencion descrito anteriormente en este documento puede emplearse para la preparacion de una gama de objetos metalicos que implican el tratamiento con un electrolito anodizante. En particular, la invencion tiene aplicaciones para artfculos metalicos que estan formados de titanio o que son aleaciones de titanio, y aquellos de circonio, niobio, tantalo o sus aleaciones.

La plata incorporada en la superficie por el metodo de la invencion esta en una concentracion mas coherente que la previamente obtenida por metodos conocidos y asf las propiedades biocidas de los novedosos implantes segun la invencion se potencian en comparacion con los implantes previos. Por ejemplo, para nueve implantes de muestra preparados bajo condiciones identicas segun la presente invencion, se obtuvo una carga de plata media de 9,8 |jg de Ag/cm2 La relacion de la desviacion estandar de valores a esta media fue solo del 6 %, demostrando una diseminacion muy estrecha de la carga de plata obtenida por el metodo de la presente invencion. Esta alta coherencia de carga de metal biocida es altamente deseable para implantes. El metodo segun la presente invencion confiere una mejora considerable en la consistencia de la carga de plata y una mayor carga de plata con respecto a los metodos conocidos.

Debe entenderse que referencias en el presente documento a plata como metal biocida tambien se aplican a otros metales biocidas, tales como cobre, oro, platino, paladio o mezclas de los mismos, tanto solos como en combinacion con otro(s) metal(es) biocida(s).

Tambien se preve que un material promotor de hueso pueda recubrirse sobre el implante de metal una vez se ha introducido el material biocida, tal como hidroxiapatita.

Aunque se tratan realizaciones individuales de la invencion, debe entenderse que combinaciones de realizaciones individuales entran dentro del alcance de la invencion como se reivindica y describe.

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REIVINDICACIONES

1. Un metodo de tratamiento de un objeto de metal para formar sobre el mismo una capa superficial que esta integrada en el objeto de metal, y que incluye un material biocida, comprendiendo el metodo:

(a) sumergir el objeto de metal, que es para proporcionar un sustrato para la capa superficial, en un electrolito anodizante que contiene un disolvente, y pasivar el objeto de metal para formar una capa superficial integrada anodizada sobre el objeto de metal aplicando un potencial positivo;

(b) continuar con la aplicacion de un potencial positivo para producir picaduras a traves de la superficie integrada y en el sustrato;

(c) producir un oxido metalico hidratado o fosfato (i) tanto aplicando una tension negativa al objeto de metal que se ha anodizado durante las etapas (a y b), mientras que esta en contacto con el electrolito anodizante, como (ii) poniendo en contacto el objeto de metal que se ha anodizado durante las etapas (a y b) con una solucion de electrolito que contiene una sal de titanio soluble reducible o el metal del sustrato y aplicar una tension negativa; y

(d) eliminar o separar el objeto de metal anodizado resultante de la etapa (c) del electrolito anodizante o la solucion de electrolito, y poner en contacto el objeto de metal anodizado con una solucion que contiene un material biocida para incorporar dicho material biocida en la capa superficial; en el que:

- el objeto de metal comprende titanio, niobio, tantalo, circonio y/o una aleacion de los mismos; y

- el material biocida comprende un metal biocida.
2. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el potencial aplicado en la etapa (b) es un potencial diferente al aplicado durante la pasivacion de la etapa (a).
3. El metodo de la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en el que la solucion de electrolito de la etapa (c)(ii) contiene

un complejo cationico de peroxi de un metal de los grupos IVa, Va y Via de la tabla periodica.
4. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la magnitud de la tension negativa se

mantiene o regula de manera que sea insuficiente para producir la electrolisis del disolvente, pero suficiente para reducir una especie electroactiva en las picaduras.
5. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el material biocida comprende plata.
6. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el objeto de metal comprende titanio o una

aleacion del mismo.
7. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el electrolito anodizante es acido fosforico a una concentracion en el intervalo de 1,0 a 3,0 molar.
8. El metodo de la reivindicacion 7, en el que la tension negativa tiene una magnitud en un intervalo de -0,2 a -0,7 voltios con respecto a un electro de referencia de Ag/AgCl para una concentracion de acido fosforico de sustancialmente 2,0 molar.
9. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la tension negativa se aplica al objeto de metal al menos hasta que la corriente a traves del objeto disminuya a un valor no superior al 20 % de su valor inicial.
10. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el objeto de metal anodizado se trata con un disolvente para eliminar el electrolito y los cationes solubles antes de ponerlo en contacto con la solucion que contiene el material biocida.
11. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el anodizado se realiza con una tension que aumenta a una tasa en el intervalo 0,1 a 10 V por segundo.
12. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la cantidad de carga empleada para el anodizado esta en el intervalo de 1 a 10 culombios/cm2.
13. El metodo segun una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que la tension positiva en la etapa (a) se selecciona en el intervalo de 15 a 200 voltios.
14. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el anodizado se realiza en presencia de un electrolito, y el movimiento y circulacion del electrolito con respecto a la superficie del objeto de metal se inhibe o suprime, al menos durante la fase de crecimiento de picaduras de la etapa (b).
15. Un implante medico o dispositivo medico o un artfculo de joyena producido por un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.