RU2448741C1 - Method of forming nanostructured biocompatible coating on implants - Google Patents
Method of forming nanostructured biocompatible coating on implants Download PDFInfo
- Publication number
- RU2448741C1 RU2448741C1 RU2011110967/15A RU2011110967A RU2448741C1 RU 2448741 C1 RU2448741 C1 RU 2448741C1 RU 2011110967/15 A RU2011110967/15 A RU 2011110967/15A RU 2011110967 A RU2011110967 A RU 2011110967A RU 2448741 C1 RU2448741 C1 RU 2448741C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- implant
- implants
- polysilicon
- acid
- polysilicon film
- Prior art date
Links
- 239000007943 implant Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 70
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims abstract description 50
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 15
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 18
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 15
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 5
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical compound OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003945 anionic surfactant Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 14
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 abstract description 7
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 229910004039 HBF4 Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 27
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 15
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 15
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 8
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical class [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 5
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 5
- -1 nitrosonium ions Chemical class 0.000 description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000011260 aqueous acid Substances 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 3
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000001132 Osteoporosis Diseases 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 2
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 2
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- IPJDHSYCSQAODE-UHFFFAOYSA-N 5-chloromethylfluorescein diacetate Chemical compound O1C(=O)C2=CC(CCl)=CC=C2C21C1=CC=C(OC(C)=O)C=C1OC1=CC(OC(=O)C)=CC=C21 IPJDHSYCSQAODE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N Nitrous acid Chemical compound ON=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000035965 Postoperative Complications Diseases 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000560 biocompatible material Substances 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 1
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 1
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 1
- 230000003833 cell viability Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004218 chloromethyl group Chemical group [H]C([H])(Cl)* 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000011262 electrochemically active material Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 1
- 239000006112 glass ceramic composition Substances 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 239000003068 molecular probe Substances 0.000 description 1
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010883 osseointegration Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 210000003429 pore cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/28—Materials for coating prostheses
- A61L27/30—Inorganic materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
- A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области медицины и медицинской техники, а именно к способам формирования биосовместимого покрытия на поверхностях имплантатов, используемых при восстановительных операциях с замещением костной ткани имплантатами.The invention relates to the field of medicine and medical technology, and in particular to methods of forming a biocompatible coating on the surfaces of implants used in reconstructive operations with the replacement of bone tissue with implants.
Такие операции характерны для травматологии, ортопедии, стоматологии.Such operations are characteristic of traumatology, orthopedics, dentistry.
Разработкой и производством имплантатов в мире занимаются десятки фирм.Dozens of companies are involved in the development and production of implants in the world.
Для надежности остеоинтеграции, т.е. биологического врастания имплантата в кость без воспалительных реакций, для снижения отторжения имплантатов контактные поверхности имплантатов модифицируют путем нанесения элементов макроретенции -насечки, углубления для соединения имплантата с костной тканью и формируют специальные биосовместимые покрытия для прорастания костной ткани на поверхности имплантата.For the reliability of osseointegration, i.e. biological implant growth into the bone without inflammatory reactions, to reduce implant rejection, the contact surfaces of the implants are modified by applying macroscopic-notching elements, recesses to connect the implant with bone tissue and form special biocompatible coatings for bone tissue to grow on the surface of the implant.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известны различные технологические процессы по формированию биосовместимых покрытий на поверхностях имплантатов.Various technological processes for the formation of biocompatible coatings on implant surfaces are known.
Наиболее распространенными биосовместимыми покрытиями для имплантатов являются покрытия на основе кальций-фосфатных соединений - гидроксиапатитов, которые сходны с составом костной ткани.The most common biocompatible coatings for implants are coatings based on calcium phosphate compounds - hydroxyapatites, which are similar to bone composition.
Так, например, в технических решениях (см. патенты RU №2291918, опубл. 2007 г.; №2221904, опубл. 2004 г.; №2154463, опубл. 2000 г.) процесс формирования биопокрытий, содержащих кальций-фосфатные соединения, осуществляют при помещении имплантата, изготовленного из титана или его сплавов, в водный раствор кислотного электролита на основе ортофосфорной кислоты и порошка гидроксиапатита и при возбуждении микродуговых разрядов осуществляют формирование покрытия.So, for example, in technical solutions (see patents RU No. 2291918, publ. 2007; No. 2221904, publ. 2004; No. 2154463, publ. 2000), the process of forming bio-coatings containing calcium phosphate compounds is carried out when an implant made of titanium or its alloys is placed in an aqueous solution of an acid electrolyte based on phosphoric acid and hydroxyapatite powder and upon excitation of microarc discharges, a coating is formed.
Общий недостаток данных способов заключается в том, что в качестве основы для электролита используют ортофосфорную кислоту, которая является агрессивной средой.A common disadvantage of these methods is that phosphoric acid, which is an aggressive medium, is used as the basis for the electrolyte.
В техническом решении по патенту RU №2206642 процесс формирования биопокрытий, содержащих кальций-фосфатные соединения, осуществляют при размещении изделия (имплантата) в водном растворе электролита и осуществляют возбуждение микродуговых разрядов на поверхности изделия наложением импульсов тока при напряжении до 1000 В. Длительность импульсов 30-400 мкс и паузой между ними не менее 100 мкс. В варианте, описанном в примере 12 патента, нанесение покрытия на титан ВТ 1-00 осуществляют в течение 10 минут в водном растворе электролита с рН 12-14, содержащем КОН, гидроксиапатит и Al3О3, при соотношении анодного и катодного токов, равном величине 6,7. По приведенным данным толщина полученного покрытия ориентировочно составляет 41 мкм, пористость - 24%. Однако значительная толщина покрытия уменьшает прочность, что может привести к остеопорозу и другим осложнениям.In the technical solution according to patent RU No. 2206642, the process of forming biocoatings containing calcium phosphate compounds is carried out when the product (implant) is placed in an aqueous electrolyte solution and microarc discharges are excited on the surface of the product by applying current pulses at a voltage of up to 1000 V. Pulse duration 30- 400 μs and a pause between them of at least 100 μs. In the embodiment described in example 12 of the patent, the coating on titanium BT 1-00 is carried out for 10 minutes in an aqueous electrolyte solution with a pH of 12-14, containing KOH, hydroxyapatite and Al 3 O 3 , with an anode and cathode current ratio equal to value of 6.7. According to the given data, the thickness of the obtained coating is approximately 41 microns, porosity - 24%. However, a significant coating thickness reduces strength, which can lead to osteoporosis and other complications.
Технологически ограничена возможность использования данного решения для получения микропокрытий на миниатюрных имплантатах, не допускающих значительной толщины покрытия на поверхности.The possibility of using this solution to obtain microcoatings on miniature implants that do not allow a significant coating thickness on the surface is technologically limited.
Из приведенного уровня техники следует, что требуемые физико-механические свойства кальций-фосфатных покрытий на титановых имплантатах (толщина, микротвердость, пористость, шероховатость) в травматологии, ортопедии или стоматологии существенно различаются и зависят от множества условий, таких как:From the prior art it follows that the required physical and mechanical properties of calcium phosphate coatings on titanium implants (thickness, microhardness, porosity, roughness) in traumatology, orthopedics or dentistry differ significantly and depend on many conditions, such as:
- назначение имплантата (для вживления в организм либо в роли протезов -заменителей отсутствующих органов);- the purpose of the implant (for implantation in the body or in the role of prostheses - substitutes for missing organs);
- длительность нахождения в организме, необходимость извлечения через определенное время в результате восстановления естественных органов либо необходимости замены, предполагаемые нагрузки и т.д.- the duration of stay in the body, the need for extraction after a certain time as a result of the restoration of natural organs or the need for replacement, estimated loads, etc.
Недостатками известных технических решений по формированию на поверхностях имплантатов биосовместимых кальций-фосфатных покрытий являются:The disadvantages of the known technical solutions for the formation on the surfaces of the implants of biocompatible calcium phosphate coatings are:
- невозможность регулирования их физико-механических свойств, в основном, прочности;- the impossibility of regulating their physico-mechanical properties, mainly strength;
- низкая трещиностойкость и малая усталостная прочность в физиологических условиях;- low crack resistance and low fatigue strength in physiological conditions;
- пористые поверхности покрытий имеют нерегулярную структуру, ячейки пор различны по размерам, возможны полностью монолитные зоны на покрытии, что снижает эффективность прорастания, в частности, костных тканей на материале и приводит к остеопорозу и другим осложнениям;- the porous surfaces of the coatings have an irregular structure, pore cells are different in size, completely monolithic zones on the coating are possible, which reduces the efficiency of germination, in particular, of bone tissue on the material and leads to osteoporosis and other complications;
- слабое стимулирующее воздействие на рост новой костной ткани;- weak stimulating effect on the growth of new bone tissue;
- значительное количество фосфора в соединении Ca10-x(НРO4)x(РO4)6-x(ОН)2-x (0<x<1) не обеспечивает воспроизведения морфологии костной ткани (см. журнал «Нанотехнологии Экология Производство», №1 (8), январь 2011 г., стр.102-103).- a significant amount of phosphorus in the compound Ca 10-x (НРО 4 ) x (РО 4 ) 6-x (ОН) 2-x (0 <x <1) does not reproduce bone morphology (see the journal "Nanotechnologies Ecology Production" , No. 1 (8), January 2011, pp. 102-103).
В настоящее время наиболее перспективны имплантаты с модифицированными поверхностями на основе покрытий поликристаллического кремния с пористой структурой приповерхностного слоя.Currently, the most promising implants with modified surfaces based on coatings of polycrystalline silicon with a porous structure of the surface layer.
Биосовместимость пористого поликремния была описана в 1995 году (автор Canham и др., «Bioactive Silicon Structure Through Nanoetching Techniques)), журнал ((Advanced Materials)), 1995, Vol 7, No. 12, pp.1033- 1037).The biocompatibility of porous polysilicon was described in 1995 (by Canham et al., “Bioactive Silicon Structure Through Nanoetching Techniques)), Journal ((Advanced Materials)), 1995, Vol 7, No. 12, pp. 1033-1037).
В патенте GB №2317885, опубл. 08.04.1998 г.было предложено техническое решение по использованию пористого поликремния в качестве биоматериала совместимого с тканями живого организма. Патентом US №7186267, опубл. 03.06.2007 г.(заявка US №2004/000313, опубл. 15.01.2004 г.) подтверждена возможность использования поликристаллического кремния с наноструктурированным слоем пористого поликремния в качестве покрытия на поверхностях имплантатов, изготовленных, в основном, из титана или сталей. Согласно данному техническому решению было подтверждено, что наличие на поверхности имплантата покрытия поликремния с наноструктурированным слоем пористого поликремния способствует образованию на его поверхности костных тканей.In GB patent No. 2317885, publ. 04/08/1998, a technical solution was proposed for the use of porous polysilicon as a biomaterial compatible with the tissues of a living organism. US patent No. 7186267, publ. 06/03/2007 (application US No. 2004/000313, publ. 15.01.2004) confirmed the possibility of using polycrystalline silicon with a nanostructured layer of porous polysilicon as a coating on the surfaces of implants made mainly of titanium or steel. According to this technical solution, it was confirmed that the presence of a polysilicon coating on the implant surface with a nanostructured layer of porous polysilicon promotes the formation of bone tissues on its surface.
Техническое решение по патенту US №7186267 выбрано в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения.The technical solution according to US patent No. 7186267 is selected as the closest analogue of the present invention.
В названном техническом решении формирование биосовместимого покрытия на поверхностях имплантатов осуществляют осаждением на поверхность имплантата пленки поликремния в реакторе, в последующем ее травлении с образованием слоя наноструктурированного приповерхностного слоя пористого поликремния.In the mentioned technical solution, the formation of a biocompatible coating on the surfaces of the implants is carried out by deposition of a polysilicon film on the implant surface in the reactor, followed by its etching with the formation of a layer of a nanostructured surface layer of porous polysilicon.
Как следует из данного технического решения, процесс формирования на поверхностях имплантатов биосовместимого покрытия на основе пористого поликремния осуществляют при использовании известной технологии, в соответствии с которой на подложку путем пиролиза моносилана (SiH4) в реакторах, работающих при пониженном давлении, осаждают пленку поликремния и осуществляют ее электрохимическое травление с использованием электролита, содержащего фтористоводородную кислоту (HF) (см. патент US №5348618, опубл. 20.09. 1994 г.).As follows from this technical solution, the process of forming a biocompatible coating based on porous polysilicon on the surfaces of the implants is carried out using the known technology, according to which a polysilicon film is deposited on the substrate by pyrolysis of monosilane (SiH 4 ) in reactors operating under reduced pressure and carry out its electrochemical etching using an electrolyte containing hydrofluoric acid (HF) (see US patent No. 5348618, publ. September 20, 1994).
Используемый метод травления используют для наноструктурирования приповерхностного слоя пленки поликремния, осажденной на поверхности имплантатов, изготовленных из электрохимически активных материалов, к которым, в частности, относятся титан, сталь, широко используемые в имплантологии.The etching method used is used to nanostructure the surface layer of a polysilicon film deposited on the surface of implants made of electrochemically active materials, which, in particular, include titanium and steel, which are widely used in implantology.
Среди металлов, которые используются для имплантации, доля титана и его сплавов, наилучших для имплантологии по биосовместимости и удельной прочности, составляет примерно 5%. Это объясняется низкой технологичностью титана.Among the metals used for implantation, the proportion of titanium and its alloys, the best for implantology in biocompatibility and specific strength, is approximately 5%. This is due to the low manufacturability of titanium.
В настоящее время значительное внимание уделяется созданию имплантатов из диэлектриков, в частности, стеклокерамики. Применение имплантатов из данных материалов обеспечивает надежность их фиксации, ускоряет процесс приживления, уменьшает риск послеоперационных осложнений, исключает нарезание резьбы в кости, облегчив тем самым подготовку к имплантации. Основным технологическим процессом производства данных имплантатов является сравнительно дешевое литье, что существенно снижает стоимость протезирования.Currently, considerable attention is paid to the creation of implants from dielectrics, in particular, glass ceramics. The use of implants from these materials ensures the reliability of their fixation, speeds up the healing process, reduces the risk of postoperative complications, eliminates threading in the bone, thereby facilitating preparation for implantation. The main technological process for the production of these implants is a relatively cheap casting, which significantly reduces the cost of prosthetics.
Однако диэлектрические свойства стеклокерамических материалов исключают возможность реализации технологического процесса по наноструктурированию приповерхностого слоя пленки поликристаллического кремния методом электрохимического травления.However, the dielectric properties of glass-ceramic materials preclude the possibility of implementing a technological process for nanostructuring the surface layer of a polycrystalline silicon film by electrochemical etching.
Технологически ограничиваются возможности использования известного технического решения по патенту US №7186267 и в случае травления пленки поликремния на рельефной поверхности имплантата с целью получения однородного по толщине наноструктурированного слоя пористого поликремния, что объясняется неоднородностью плотности тока на различных участках рельефной поверхности имплантата.Technologically, the possibilities of using the well-known technical solution according to US patent No. 7186267 are also limited in the case of etching a polysilicon film on the relief surface of the implant in order to obtain a uniform nanostructured layer of porous polysilicon in thickness, which is explained by the heterogeneity of the current density in different parts of the relief surface of the implant.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Технический результат настоящего изобретения состоял в расширении технологических возможностей способа формирования биосовместимого покрытия по получению наноструктурированного слоя пористого поликремния на поверхностях имплантатов вне зависимости от используемых для их изготовления материалов и конструктивных особенностей имплантатов.The technical result of the present invention was to expand the technological capabilities of the method of forming a biocompatible coating to obtain a nanostructured layer of porous polysilicon on the surfaces of the implants, regardless of the materials used for their manufacture and design features of the implants.
Для решения данного технического результата предложен способ формирования наноструктурированного биосовместимого покрытия на имплантатах, заключающийся в осаждении на поверхности имплантата пленки поликремния в реакторе, в последующем ее травлении с образованием наноструктурированного приповерхностного слоя пористого поликремния, при этом травление пленки поликремния осуществляют при погружении имплантата в смесь, содержащую 50-55% водный раствор тетрафтороборной кислоты (HBF4), 70-90% водный раствор азотной кислоты (HNO3) и анионное поверхностно-активное вещество на основе аммонийной соли перфторсульфокислоты RfSO3NH4 в количестве 5·10-3-10-2 (мас.%), где Rf - C8F17, или C2F5OC3F6OC2F4, или C6F13CH2CH2, при этом используют водные растворы кислот при соотношении их объемных частей: HBF4:HNO3, как (100-800): (1:1,1), с последующей промывкой имплантата деионизованной водой и сушкой.To solve this technical result, a method for forming a nanostructured biocompatible coating on implants is proposed, which consists in depositing a polysilicon film on the implant surface in the reactor, subsequently etching it with the formation of a nanostructured surface layer of porous polysilicon, while the polysilicon film is etched when the implant is immersed in a mixture containing 50-55% aqueous tetrafluoroboric acid (HBF 4), 70-90% aqueous solution of nitric acid (HNO 3) and on an anionic erhnostno-active substance based on perfluorosulfonic acid R f SO 3 NH 4 ammonium salt in an amount of 5 x 10 -3 -10 -2 (wt.%), where R f - C 8 F 17 or C 2 F 5 OC 3 F 6 OC 2 F 4 , or C 6 F 13 CH 2 CH 2 , using aqueous solutions of acids in the ratio of their volume parts: HBF 4 : HNO 3 , as (100-800): (1: 1,1), followed by washing the implant with deionized water and drying.
В настоящем изобретении на поверхности имплантата формируют покрытие в виде пленки поликремния толщиной, равной 0,4-0,6 мкм, и с образованием наноструктурированного приповерхностного слоя пористого поликремния толщиной не более 200 нм.In the present invention, a coating is formed on the surface of the implant in the form of a polysilicon film with a thickness of 0.4-0.6 μm, and with the formation of a nanostructured surface layer of porous polysilicon with a thickness of not more than 200 nm.
При реализации настоящего изобретения расширяются технологические возможности способа по формированию на поверхностях имплантатов биосовместимого покрытия с получением наноструктурированного слоя пористого поликремния:When implementing the present invention, the technological capabilities of the method are expanded to form a biocompatible coating on the surfaces of the implants to obtain a nanostructured layer of porous polysilicon:
- вне зависимости от используемых материалов имплантатов со сформированной на их поверхностях пленкой поликристаллического кремния при обработке их водным раствором концентрированных тетрафтороборной (HBF4) и азотной (HNO3) кислот осуществляют процесс химического травления пленки поликристаллического кремния. Процессе окисления поликристаллической пленки при наличии в водном растворе азотной кислоты сопровождается образованием азотистой кислоты и ионов нитрозония (NO+), являющегося активным окислительным агентом, точечное воздействие которого на локальные зоны кристаллической структуры поликремния реализует процесс селективного травления в этих зонах с образованием пористого кремния. Использование в химическом растворе концентрированной азотной кислоты при наличии тетрафтороборной кислоты (HBF4) увеличивает концентрацию в растворе ионов нитрозония, что стабилирует процесс формирования нанопористой структуры приповерхностного слоя поликремния;- regardless of the implant materials used with a polycrystalline silicon film formed on their surfaces, when they are treated with an aqueous solution of concentrated tetrafluoroboric (HBF 4 ) and nitric (HNO 3 ) acids, the process of chemical etching of the polycrystalline silicon film is carried out. The process of oxidation of a polycrystalline film in the presence of nitric acid in an aqueous solution is accompanied by the formation of nitrous acid and nitrosonium ions (NO + ), which is an active oxidizing agent, the point effect of which on the local zones of the polysilicon crystal structure implements the process of selective etching in these zones with the formation of porous silicon. The use of concentrated nitric acid in a chemical solution in the presence of tetrafluoroboric acid (HBF 4 ) increases the concentration of nitrosonium ions in the solution, which stabilizes the formation of the nanoporous structure of the surface layer of polysilicon;
- указанный раствор кислот обеспечивает процесс формирования однородного по толщине приповерхностного слоя нанопористого поликремния на поверхности имплантата сложного рельефа, что связано с использованием в водном растворе кислот анионного поверхностно-активного вещества на основе аммонийной соли перфторсульфокислоты;- the specified acid solution provides the process of forming a homogeneous thickness of the surface layer of nanoporous polysilicon on the surface of the complex implant surface, which is associated with the use of an anionic surfactant based on the ammonium salt of perfluorosulfonic acid in an aqueous solution of acids;
- использование в составе концентрированной тетрафторборной кислоты (HBF4) позволяет реализовать процесс химического формирования наноструктурированного слоя пористого поликремния на поверхностях имплантатов, модифицированных пленкой поликристаллического кремния вне зависимости от используемых материалов для имплантатов (металл, керамика).- the use of concentrated tetrafluoroboric acid (HBF 4 ) in the composition allows the process of chemical formation of a nanostructured layer of porous polysilicon to be realized on the surfaces of implants modified with a polycrystalline silicon film, regardless of the materials used for implants (metal, ceramic).
При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений с совокупностью признаков, соответствующих настоящему изобретению и обеспечивающих описанный выше результат.In the analysis of the prior art, no technical solutions with a combination of features corresponding to the present invention and providing the result described above were found.
Приведенный анализ известного уровня техники свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критериям изобретения «новизна», «изобретательский уровень».The above analysis of the prior art indicates that the claimed technical solution meets the criteria of the invention of “novelty”, “inventive step”.
Настоящее изобретение может быть промышленно реализовано при использовании известных технологических процессов, оборудования и материалов, в том числе предназначенных для изготовления имплантатов из титана, его сплавов, стали и диэлектрических материалов, например, на основе стеклокерамики.The present invention can be industrially implemented using known technological processes, equipment and materials, including those intended for the manufacture of implants from titanium, its alloys, steel and dielectric materials, for example, based on glass ceramics.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Изобретение поясняется рисунком 1, на котором представлен фрагмент поперечного сечения пленки поликремния с наноструктурованным слоем пористого поликремния, полученного при химическом травлении пленки поликристаллического кремния, сформированной на металлической (титановой) поверхности.The invention is illustrated in Figure 1, which shows a fragment of a cross section of a polysilicon film with a nanostructured layer of porous polysilicon obtained by chemical etching of a polycrystalline silicon film formed on a metal (titanium) surface.
Для реализации изобретения используют известное в промышленности оборудование и материалы.To implement the invention using well-known in the industry equipment and materials.
1. Реактор для газофазного осаждения пленки поликристаллического кремния на поверхности изделий, используемый, например, в электронной промышленности при изготовлении полупроводниковых приборов. Процесс осаждения пленки поликремния на поверхность изделия в реакторе осуществляют известным способом и, предпочтительно, при пиролизе моносилана (SiH4) при температуре 600-650°С и при пониженном давлении (25-130 Па). Протекающая при этом химическая реакция выглядит следующим образом: SiH4→Si+2Н2. При осуществлении процесса образуется пленка поликристаллического кремния.1. A reactor for gas-phase deposition of a film of polycrystalline silicon on the surface of products used, for example, in the electronics industry in the manufacture of semiconductor devices. The process of deposition of a film of polysilicon on the surface of the product in the reactor is carried out in a known manner and, preferably, during the pyrolysis of monosilane (SiH 4 ) at a temperature of 600-650 ° C and under reduced pressure (25-130 Pa). The chemical reaction proceeding as follows is as follows: SiH 4 → Si + 2H 2 . During the process, a polycrystalline silicon film is formed.
Для данного технологического процесса могут быть использованы имплантаты с различной рельефной поверхностью и изготовленные как из металлов (титан, сплавы титана, сталь), а также из металлокерамики и стеклокерамики.For this technological process, implants with different relief surfaces can be used and made both from metals (titanium, titanium alloys, steel), as well as from cermets and glass ceramics.
2. Водный раствор 50-55% тетрафтороборной кислоты (HBF4).2. An aqueous solution of 50-55% tetrafluoroboric acid (HBF 4 ).
Для реализации настоящего изобретения, предпочтительно, использование концентрированного 50% раствора тетрафтороборной кислоты (HBF4), с коэффициентом соотношения массовых долей фтора и бора для данной кислоты 3,85-4,05, согласно ТУ 301-14-92, РФ.To implement the present invention, it is preferable to use a concentrated 50% solution of tetrafluoroboric acid (HBF 4 ), with a ratio of the mass fraction of fluorine and boron for this acid 3.85-4.05, according to TU 301-14-92, RF.
3. 70-90% водный раствор азотной кислоты (HNO3) - см. справочник «Aldrich», 2006 г., стр.1821, [7697-37-2].3. 70-90% aqueous solution of nitric acid (HNO 3 ) - see the reference book "Aldrich", 2006, p. 1821, [7697-37-2].
Для реализации настоящего изобретения, предпочтительно, использование концентрированного 70% водного раствора азотной кислоты.To implement the present invention, it is preferable to use a concentrated 70% aqueous solution of nitric acid.
4. Анионное поверхностно - активное вещество на основе аммонийной соли перфторсульфокислоты RfSO3 -NH4 +, где Rf - C8F17, или C2F5OC3F6OC2F4, или C6F13CH2CH2. Анионные фторорганические ПАВ производятся фирмой «Дюпон» (US), фирмой 3М (US). Анионные фторсодержащие ПАВ фирмы 3М (US) имеют торговую марку Novec 4300.4. Anionic surfactant based on ammonium salt of perfluorosulfonic acid R f SO 3 - NH 4 + , where R f - C 8 F 17 , or C 2 F 5 OC 3 F 6 OC 2 F 4 , or C 6 F 13 CH 2 CH 2 . Anionic organofluorine surfactants are manufactured by DuPont (US), 3M (US). 3M (US) anionic fluorine-containing surfactants are trademarks of Novec 4300.
Выбранное для реализации настоящего изобретения анионное фторорганическое поверхностно-активное вещество (ПАВ) имеет высокую стойкость к агрессивным средам, увеличивает смачивание поверхностей и стабилизирует диффузионные процессы окисления при образовании наноструктурированного слоя пористого поликремния.The anionic organofluorine surfactant (SAS) selected for the implementation of the present invention has high resistance to aggressive media, increases wetting of surfaces and stabilizes diffusion oxidation processes during the formation of a nanostructured layer of porous polysilicon.
Заданная по настоящему изобретению концентрация указанного анионного фторорганического ПАВ в водном растворе названных кислот наиболее оптимальна по условиям смачивания поверхностей, влияния на процессы окисления и по затратной части при его использовании.The concentration of the indicated anionic organofluorine surfactant specified in the present invention in an aqueous solution of the aforementioned acids is most optimal according to the conditions of wetting the surfaces, the effect on the oxidation processes, and the costly part when using it.
Для реализации настоящего изобретения выбрано анионное фторсодержащее ПАВ марки FS-62, формула C6F13CH2CH2SO3 -NH4 +, препарат фирмы «Дюпон» (см. http://www.dupont.com/).For the implementation of the present invention, an anionic fluorine-containing surfactant of the FS-62 brand was selected, the formula C 6 F 13 CH 2 CH 2 SO 3 - NH 4 + , a preparation from DuPont (see http://www.dupont.com/).
Процесс формирования биосовместимого покрытия на поверхностях имплантатов осуществляли при реализации следующих этапов.The process of forming a biocompatible coating on the surfaces of the implants was carried out during the implementation of the following steps.
1 этап.
Для реализации настоящего изобретения в качестве образцов использованы диски из стали - 3 шт., из титана - 3 шт.и стеклокерамическая пластина - 1 шт. Диаметр дисков - 10 см, толщина - 4 мм, размер пластины - 2×3 см, толщина - 4 мм.For the implementation of the present invention, 3 pcs of steel disks were used as samples, 3 pcs of titanium and 1 pc of glass-ceramic plate. The diameter of the discs is 10 cm, the thickness is 4 mm, the size of the plate is 2 × 3 cm, and the thickness is 4 mm.
На дисках и пластине методом газофазного осаждения были сформированы пленки поликристаллического кремния. Процесс формирования пленки поликристаллического кремния на дисках из стали осуществляли до получения пленки толщиной 0,5 мкм, на дисках из титана и пластине толщина пленки - 0,4 мкм.Polycrystalline silicon films were formed on the disks and plate by gas-phase deposition. The process of forming a film of polycrystalline silicon on steel disks was carried out to obtain a film with a thickness of 0.5 μm, on titanium disks and a plate, the film thickness was 0.4 μm.
Заданное по изобретению минимальное значение (0,4 мкм) толщины пленки поликристаллического кремния наиболее оптимально для формирования биосовместимых покрытий на поверхностях имплантатов и, предпочтительно, миниатюрных имплантатов, используемых в стоматологии. Возможность получения пленки поликристаллического кремния на поверхностях имплантатов менее 0,4 мкм с использованием известных методов их получения технологически усложняется.The minimum value (0.4 μm) of the polycrystalline silicon film thickness specified by the invention is most optimal for the formation of biocompatible coatings on the surfaces of implants and, preferably, miniature implants used in dentistry. The possibility of obtaining a polycrystalline silicon film on implant surfaces of less than 0.4 μm using known methods for their preparation is technologically complicated.
2 этап.2 stage.
Для реализации настоящего изобретения был приготовлен концентрированный водный раствор кислот. Для приготовления раствора использовали:To implement the present invention, a concentrated aqueous acid solution was prepared. To prepare the solution used:
водный раствор 50% тетрафтороборной кислоты (HBF4), с коэффициентом соотношения массовых долей фтора и бора для данной кислоты 3,85-4,05, и 70% водный раствор азотной кислоты (HNO3).an aqueous solution of 50% tetrafluoroboric acid (HBF 4 ), with a ratio of the mass fraction of fluorine and boron for a given acid of 3.85-4.05, and a 70% aqueous solution of nitric acid (HNO 3 ).
Заданное по настоящему изобретению соотношение объемных частей используемых кислот оптимально.The ratio of the volume parts of the acids used as defined by the present invention is optimal.
При увеличении в составе соотношения объемных частей азотной кислоты (HNO3) и тетрафтороборной кислоты (HBF4) имеет место полирующее воздействие раствора на кристаллы поликремния, а при уменьшении - снижается эффективность процесса селективного травления локальных зон пленки поликристаллического кремния. В целом изменение соотношения объемных частей азотной кислоты (HNO3) и тетрафтороборной кислоты (HBF4) в растворе ухудшает процесс наноструктурирования пленки поликремния.With an increase in the composition of the ratio of the volume parts of nitric acid (HNO 3 ) and tetrafluoroboric acid (HBF 4 ), the polishing effect of the solution on polysilicon crystals takes place, and with a decrease, the efficiency of the process of selective etching of the local zones of the polycrystalline silicon film decreases. In general, a change in the ratio of the volume parts of nitric acid (HNO 3 ) and tetrafluoroboric acid (HBF 4 ) in solution worsens the process of nanostructure of a polysilicon film.
Для реализации изобретения были приготовлены водные растворы кислот по следующим примерам.To implement the invention, aqueous acid solutions were prepared according to the following examples.
Пример 1.Example 1
100 мл [700 (об.ч.)] - 50% раствор тетрафтороборной кислоты;100 ml [700 (v / v)] - 50% tetrafluoroboric acid solution;
0,15 мл [~1 об.ч.] - 70% раствор азотной кислоты. Смесь перемешивали с добавлением 0,008 мг анионного фторсодержащего ПАВ марки FS-62.0.15 ml [~ 1 part by volume] - 70% nitric acid solution. The mixture was mixed with the addition of 0.008 mg of anionic fluorine-containing surfactant grade FS-62.
Пример 2 (контрольный).Example 2 (control).
100 мл [700 (об.ч.)] - 50% раствор тетрафтороборной кислоты;100 ml [700 (v / v)] - 50% tetrafluoroboric acid solution;
0,15 мл [~1 об.ч.] - 70% раствор азотной кислоты. Смесь перемешивали.0.15 ml [~ 1 part by volume] - 70% nitric acid solution. The mixture was stirred.
3 этап.3 stage.
В полученный по примеру 1 водный раствор опускали стальные и титановые диски. Всего было использовано по 2 диска из каждого материала и пластина из стеклокерамики.Steel and titanium disks were lowered into the aqueous solution obtained in Example 1. In total, 2 disks from each material and a glass-ceramic plate were used.
В полученный по примеру 2 водный раствор опускали стальные и титановые диски. Использовали по одному диску из каждого материала.Steel and titanium disks were lowered into the aqueous solution obtained in Example 2. Used one disk from each material.
При жидкостном травлении дисков время обработки определяли путем визуальной оценки изменения цвета модифицированных поверхностей дисков от цвета, характерного для пленки поликристиллического кремния, до голубовато-фиолетового при жидкостном травлении.In case of liquid etching of disks, the treatment time was determined by visual assessment of the color change of the modified surfaces of the disks from the color characteristic of a polycrystalline silicon film to bluish-violet during liquid etching.
В жидкостном травителе по примеру 1 поверхности используемых образцов с осажденной на них пленкой поликристаллического кремния имели равномерный голубовато-фиолетовый цвет через 0,5 мин.In the liquid etchant of Example 1, the surfaces of the samples used with a polycrystalline silicon film deposited on them had a uniform bluish-violet color after 0.5 minutes.
Время технологической обработки имплантатов в водном растворе используемого по изобретению состава зависит, в основном, от толщины пленки поликристаллического кремния на его поверхности.The processing time of implants in an aqueous solution of the composition used according to the invention depends mainly on the thickness of the polycrystalline silicon film on its surface.
При аналогичном времени обработки поверхности дисков (с осажденной на них пленкой поликристаллического кремния) при обработке в жидкостном травителе по примеру 2 получали неравномерный голубовато-фиолетовый цвет поверхности, что свидетельствует о неэффективности данного раствора для получения равномерного по толщине наноструктурированного приповерхностного слоя поликремния.At the same time for treating the surface of the disks (with a polycrystalline silicon film deposited on them) during processing in a liquid etchant according to Example 2, an uneven bluish-violet surface color was obtained, which indicates the inefficiency of this solution to obtain a uniform nanosized silicon surface layer of polysilicon.
Полученные в результате жидкостного травления образцы пористого поликремния промывались деионизованной водой и подвергались сушке.The samples of porous polysilicon obtained as a result of liquid etching were washed with deionized water and dried.
В процессе промывки образцов поверхности пористого поликремния подвергались окислению с преимущественным образованием поверхностных связей типа Si-ОН, необходимых для повышения биосовместимости материала.During the washing of the samples, the surfaces of porous polysilicon underwent oxidation with the predominant formation of surface bonds of the Si – OH type, which are necessary to increase the biocompatibility of the material.
Изготовленный из титана диск, обработанный при жидкостном травлении в водном растворе кислот по примеру 1, исследовался с использованием атомно-силового микроскопа Solver Р-47 (производитель NT- МДТ, г.Москва, РФ) для определения и оценки наноструктурированного приповерхностного слоя пористого поликремния, полученного на пленке поликристаллического кремния.A disk made of titanium treated by liquid etching in an aqueous acid solution of Example 1 was examined using a Solver P-47 atomic force microscope (manufacturer NT-MDT, Moscow, RF) to determine and evaluate a nanostructured surface layer of porous polysilicon, obtained on a film of polycrystalline silicon.
На представленном рисунке 1 показано АСМ - изображение фрагмента (по осям X, Y, Z) пленки поликремния (1) с наноструктурованным приповерхностным слоем пористого поликремния (2), полученного при химическом травлении пленки по изобретению.Figure 1 shows an AFM image of a fragment (along the X, Y, Z axes) of a polysilicon film (1) with a nanostructured near-surface layer of porous polysilicon (2) obtained by chemical etching of the film according to the invention.
Из приведенного рисунка следует, что на пленке поликристаллического кремния (1) при реализации изобретения обеспечивается образование однородного по структуре и толщине наноструктурированного приповерхностного слоя пористого поликремния (2).From the above figure it follows that the polycrystalline silicon film (1) during the implementation of the invention provides the formation of a homogeneous in structure and thickness of the nanostructured surface layer of porous polysilicon (2).
Толщина полученного наноструктурированного приповерхностного слоя пористого поликремния не превышает 200 нм.The thickness of the obtained nanostructured near-surface layer of porous polysilicon does not exceed 200 nm.
Биологическая совместимость пористого поликремния, наличие адгезии костной ткани и образование кальций-фосфатных соединений на его поверхности, отсутствие цитотоксичности подтверждается целым рядом научно-исследовательских работ, в том числе приведенными ниже:The biological compatibility of porous polysilicon, the presence of adhesion of bone tissue and the formation of calcium phosphate compounds on its surface, the absence of cytotoxicity is confirmed by a number of research works, including the following:
- Bayliss S.C., Harris P.J. and other. Phosphate and cell growth on nanostructured semiconductors. Jornal of Materials Science Letters. 1997:16:737-740;- Bayliss S.C., Harris P.J. and other. Phosphate and cell growth on nanostructured semiconductors. Jornal of Materials Science Letters. 1997: 16: 737-740;
- Yangyang Lu, Fan Yang, Linto Cai. Osteoblast adhesion on porous silicon. Bulleten of Advanced Technology Research. 2009, Jan., Vol.3, No.l, 25-28.- Yangyang Lu, Fan Yang, Linto Cai. Osteoblast adhesion on porous silicon. Bulleten of Advanced Technology Research. 2009, Jan., Vol. 3, No. l, 25-28.
В частности, влияние пористого поликремния на жизнеспособность и пролиферацию клеток исследовались in vitro на культурах клеток - остеобластах, фибробластах. Предварительно клетки (питательная среда) для их отслеживания маркировались индикатором (зондом) CellTracker™ (зеленый CMFDA, молекулярный зонд). Зонды CellTracker™ - флуоресцентные производные хлорметила. Помеченные клетки исследовались с помощью вертикального микроскопа Leica, предназначенного для высококонтрастной эпифлуоресценции и оснащенного программой для фиксации (захвата) изображения.In particular, the effect of porous polysilicon on cell viability and proliferation was studied in vitro on cell cultures — osteoblasts, fibroblasts. Previously, cells (culture medium) for their tracking were marked with a CellTracker ™ indicator (probe) (green CMFDA, molecular probe). CellTracker ™ probes are fluorescent chloromethyl derivatives. Labeled cells were examined using a Leica vertical microscope designed for high-contrast epifluorescence and equipped with a program for capturing (capturing) an image.
Результаты исследований показывают, что наноструктурированный слой пористого поликремния способствует адгезии клеточных структур на поверхности материала. Исследования подтверждают, что пористый поликремний способен поддерживать рост остеобластов и фибробластов, является нетоксичным и биосовместимым материалом.The research results show that the nanostructured layer of porous polysilicon promotes the adhesion of cell structures on the surface of the material. Studies confirm that porous polysilicon is able to support the growth of osteoblasts and fibroblasts, is non-toxic and biocompatible material.
Claims (2)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011110967/15A RU2448741C1 (en) | 2011-03-24 | 2011-03-24 | Method of forming nanostructured biocompatible coating on implants |
| PCT/EP2012/054887 WO2012126904A1 (en) | 2011-03-24 | 2012-03-20 | Method of formation of a nanostructured biocompatible coating on implants for replacement of bone tissues |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011110967/15A RU2448741C1 (en) | 2011-03-24 | 2011-03-24 | Method of forming nanostructured biocompatible coating on implants |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2448741C1 true RU2448741C1 (en) | 2012-04-27 |
Family
ID=45976285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011110967/15A RU2448741C1 (en) | 2011-03-24 | 2011-03-24 | Method of forming nanostructured biocompatible coating on implants |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2448741C1 (en) |
| WO (1) | WO2012126904A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2508132C1 (en) * | 2013-01-10 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method of making calcium-phosphate glass fibre materials |
| RU2523410C1 (en) * | 2013-04-09 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Method for preparing nanostructured calcium-phosphate coating for medical implants |
| RU2668199C1 (en) * | 2017-11-10 | 2018-09-26 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инновационные Технологии, Радиоэлектроника-Медицина" (Ооо "Интера-Мед") | Implantable bone graft retainer |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113061895B (en) * | 2021-03-04 | 2023-04-28 | 中国兵器科学研究院宁波分院 | Micro-arc oxidation treatment method for surface of titanium alloy fastener |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7186267B2 (en) * | 2000-06-10 | 2007-03-06 | Psimedica Limited | Porous and/or polycrystalline silicon orthopaedic implant |
| DE102009022082A1 (en) * | 2009-05-19 | 2010-11-25 | Arno Cloos | Material, useful e.g. for crucible and mold for metal casting, comprises carbon nanotube and/or nano-graphite powder particle having maximum average grain size in three-dimensional nanometer region in quasihomogeneous spatial distribution |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3062007A (en) | 1957-02-20 | 1962-11-06 | Szydlowski Joseph | Fuel feed system for turbojet engines |
| GB8927709D0 (en) | 1989-12-07 | 1990-02-07 | Secretary Of The State For Def | Silicon quantum wires |
| GB9611437D0 (en) * | 1995-08-03 | 1996-08-07 | Secr Defence | Biomaterial |
| RU2206642C2 (en) | 2000-01-31 | 2003-06-20 | Мамаев Анатолий Иванович | Method for modifying medical products (alternatives) |
| US20040000313A1 (en) | 2002-06-28 | 2004-01-01 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Spunbonded/meltblown/spunbonded laminate face mask |
| RU2291918C1 (en) | 2005-05-31 | 2007-01-20 | Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Calcium phosphate coating for titanium and its alloys, method for forming such coating |
| US8187255B2 (en) * | 2007-02-02 | 2012-05-29 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Medical devices having nanoporous coatings for controlled therapeutic agent delivery |
| CN102196826A (en) * | 2008-08-27 | 2011-09-21 | 波士顿科学医学有限公司 | Medical devices having inorganic coatings for therapeutic agent delivery |
-
2011
- 2011-03-24 RU RU2011110967/15A patent/RU2448741C1/en not_active IP Right Cessation
-
2012
- 2012-03-20 WO PCT/EP2012/054887 patent/WO2012126904A1/en not_active Ceased
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7186267B2 (en) * | 2000-06-10 | 2007-03-06 | Psimedica Limited | Porous and/or polycrystalline silicon orthopaedic implant |
| DE102009022082A1 (en) * | 2009-05-19 | 2010-11-25 | Arno Cloos | Material, useful e.g. for crucible and mold for metal casting, comprises carbon nanotube and/or nano-graphite powder particle having maximum average grain size in three-dimensional nanometer region in quasihomogeneous spatial distribution |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2508132C1 (en) * | 2013-01-10 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Method of making calcium-phosphate glass fibre materials |
| RU2523410C1 (en) * | 2013-04-09 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Method for preparing nanostructured calcium-phosphate coating for medical implants |
| RU2668199C1 (en) * | 2017-11-10 | 2018-09-26 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инновационные Технологии, Радиоэлектроника-Медицина" (Ооо "Интера-Мед") | Implantable bone graft retainer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2012126904A1 (en) | 2012-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Park et al. | Bioactive and electrochemical characterization of TiO2 nanotubes on titanium via anodic oxidation | |
| Yajing et al. | Magnesium substituted hydroxyapatite coating on titanium with nanotublar TiO2 intermediate layer via electrochemical deposition | |
| CN101461964B (en) | Bioactivity surface modification method of biological medical degradable magnesium alloy | |
| He et al. | Effect of hydrothermal treatment temperature on the hydroxyapatite coatings deposited by electrochemical method | |
| Xia et al. | Effect of Ca/P ratio on the structural and corrosion properties of biomimetic CaP coatings on ZK60 magnesium alloy | |
| CN105274603B (en) | Composite modified coating of magnesium or Mg alloy surface carbon nanotubes and preparation method thereof | |
| US6764769B2 (en) | Apatite-coated metallic material, process for its preparation, and its use | |
| CN102560601A (en) | Preparation method for microarc oxidation/hydrothermal treatment composite film on surface of magnesium alloy | |
| Morejón-Alonso et al. | Electrochemical deposition of Sr and Sr/Mg-co-substituted hydroxyapatite on Ti-40Nb alloy | |
| RU2448741C1 (en) | Method of forming nanostructured biocompatible coating on implants | |
| CN101703797A (en) | Fluorine-substituted apatite coating on surface of biologic medical magnesium or alloy thereof and preparation method | |
| CN103361702A (en) | Method for surface modification of dental implant | |
| CN102409382A (en) | Bioactive coating of metal implant and preparation method thereof | |
| CN101380487B (en) | Method for Preparing Hydroxyapatite/Zirconium Oxide Composite Coating by Pulse Electrochemical Deposition | |
| Zheng et al. | Enhanced in vitro biocompatibility of ultrafine-grained biomedical NiTi alloy with microporous surface | |
| CN105420680B (en) | A kind of preparation method of pure titanium surface A g/Sr codope TiO2 porous membranes | |
| CN113529158A (en) | Process for preparing porous structure on surface of TC4 titanium alloy by electrochemical dealloying method | |
| Zhu et al. | Characterization of hydrothermally treated anodic oxides containing Ca and P on titanium | |
| CN103088383A (en) | Electrochemical method for preparing citric acid-hydroxyapatite/zirconia transition coating on surface of biomedical titanium | |
| RU2508130C1 (en) | Fabrication of cardio implant from titanium nickelid-based alloy with surface layer modified by ion-plasma processing | |
| FR2842750A1 (en) | PROCESS FOR COVERING SURFACES AT LOW TEMPERATURES WITH NANOCRYSTALLINE APATITIC PHOSPHATES FROM AN AQUEOUS AMORPHOUS PHOSPHATE SUSPENSION | |
| CN104404602B (en) | Preparation method of NiTi shape memory alloy with porous surface | |
| CN107460521A (en) | A kind of method that differential arc oxidation prepares porous bio-ceramic film | |
| Nguyen et al. | The effect of two-step surface modification for Ti-Ta-Mo-Zr alloys on bone regeneration: An evaluation using calvarial defect on rat model | |
| CN103184497A (en) | Electrochemical method for preparing fluorine-containing hydroxyapatite/zirconia transition coating on surface of medical titanium |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150325 |