RU2613909C1 - Method for film coating application on surface porous and rough implants - Google Patents
Method for film coating application on surface porous and rough implants Download PDFInfo
- Publication number
- RU2613909C1 RU2613909C1 RU2016109672A RU2016109672A RU2613909C1 RU 2613909 C1 RU2613909 C1 RU 2613909C1 RU 2016109672 A RU2016109672 A RU 2016109672A RU 2016109672 A RU2016109672 A RU 2016109672A RU 2613909 C1 RU2613909 C1 RU 2613909C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- implant
- capsule
- solution
- ultrasound
- implants
- Prior art date
Links
- 239000007943 implant Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000007888 film coating Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 238000009501 film coating Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000002775 capsule Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 14
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims abstract description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 21
- 229940079593 drug Drugs 0.000 claims description 20
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 18
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000002429 anti-coagulating effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 27
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 11
- 239000013060 biological fluid Substances 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 6
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 5
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 2
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 2
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 210000002346 musculoskeletal system Anatomy 0.000 description 2
- 238000010883 osseointegration Methods 0.000 description 2
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000037581 Persistent Infection Diseases 0.000 description 1
- 208000007536 Thrombosis Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003444 anaesthetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000010100 anticoagulation Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000036770 blood supply Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000857 drug effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 244000000010 microbial pathogen Species 0.000 description 1
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 1
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 1
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000002278 reconstructive surgery Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 230000001732 thrombotic effect Effects 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 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
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
-
- 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
- A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Prostheses (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам нанесения покрытий на имплантаты, широко применяемые в восстановительной хирургии при лечении различных костных патологий челюстно-лицевой области и опорно-двигательного аппарата.The invention relates to methods for coating implants, widely used in reconstructive surgery in the treatment of various bone pathologies of the maxillofacial region and musculoskeletal system.
В современной медицине успех хирургического лечения костных патологий челюстно-лицевой области и опорно-двигательного аппарата с применением имплантатов во многом зависит от протекания процессов регенерации костной ткани. Данные процессы нередко развиваются в условиях инфицирования имплантационной зоны и наличия очагов хронической инфекции, а также на фоне нарушенной микроциркуляции крови и образования кровяных сгустков. При этом в течение многих лет наиболее эффективным методом устранения подобных биологических явлений считалось применение местной антибиотиковой терапии и других веществ, ограничивающих деятельность патогенных микроорганизмов и нормализующих кровоснабжение в зоне имплантации. Применение имплантатов с покрытием, обладающим лечебным воздействием, а также бактерицидными и антикоагулянтными свойствами позволяет оптимизировать процесс репаративного остеогенеза за счет обеспечения направленного биомедицинского действия на биоструктуры, ускоряющего остеоинтеграцию имплантатов и повышающего эффективность их приживления в организме. Однако существующие способы нанесения такого покрытия отличаются сложностью технологического процесса, необходимостью применения специального дорогостоящего оборудования, а также низкой технико-экономической эффективностью изготовления имплантатов. Кроме этого, формируемое пленочное покрытие не обеспечивает эффективного лечебного воздействия на окружающие биоструктуры из-за трудности проникновения наносимого раствора на всю глубину пор и впадин поверхности имплантата.In modern medicine, the success of surgical treatment of bone pathologies of the maxillofacial region and the musculoskeletal system with the use of implants largely depends on the processes of bone tissue regeneration. These processes often develop in conditions of infection of the implantation zone and the presence of foci of chronic infection, as well as against the background of impaired microcirculation of blood and the formation of blood clots. Moreover, for many years, the use of local antibiotic therapy and other substances that limit the activity of pathogenic microorganisms and normalize blood supply in the implantation zone has been considered the most effective method of eliminating such biological phenomena. The use of implants with a coating having a therapeutic effect, as well as bactericidal and anticoagulant properties, allows to optimize the process of reparative osteogenesis by providing directed biomedical action on biostructures, accelerating the osseointegration of implants and increasing the efficiency of their engraftment in the body. However, the existing methods for applying such a coating are distinguished by the complexity of the technological process, the need to use special expensive equipment, as well as the low technical and economic efficiency of manufacturing implants. In addition, the formed film coating does not provide an effective therapeutic effect on the surrounding biostructures due to the difficulty of penetrating the applied solution to the entire depth of the pores and depressions of the implant surface.
Известны способы получения биосовместимого покрытия с бактерицидными и антикоагулянтными свойствами на имплантатах из титана и его сплавов [1, 2]. Однако данные способы обеспечивают формирование твердофазного (оксидного) покрытия и не позволяют получить пленочное покрытие на основе жидкофазных лекарственных препаратов, создающих необходимое медикаментозное воздействие на биоструктуры, либо биологически совместимых растворов, содержащих микрочастицы элементов с бактерицидными и антикоагулянтными свойствами.Known methods for producing a biocompatible coating with bactericidal and anticoagulant properties on implants made of titanium and its alloys [1, 2]. However, these methods provide the formation of a solid-phase (oxide) coating and do not allow to obtain a film coating based on liquid-phase drugs that create the necessary drug effect on biostructures, or biologically compatible solutions containing microparticles of elements with bactericidal and anticoagulant properties.
Известен способ [3], в котором покрытие, представляющее тот или иной лекарственный препарат (обезболивающее средство, антибиотик и т.п.), наносится на металлическую поверхность изделия в один или несколько слоев и удерживается на ней с помощью биологически совместимых клеевых составов.The known method [3], in which a coating representing a particular drug (anesthetic, antibiotic, etc.) is applied to the metal surface of the product in one or more layers and is held on it using biocompatible adhesive compositions.
Недостатком таких твердофазных лекарственных покрытий является повышенная длительность рассасывания препарата в окружающих имплантат биосредах, что обусловливает снижение эффективности лечебного воздействия, высокая интенсивность которого необходима на ранней, наиболее опасной стадии имплантации.The disadvantage of such solid-phase drug coatings is the increased duration of resorption of the drug in the biological media surrounding the implant, which leads to a decrease in the effectiveness of the therapeutic effect, the high intensity of which is necessary at the early, most dangerous stage of implantation.
Общим недостатком рассмотренных технических решений [1-3] является отсутствие возможности нанесения пленочных покрытий на основе жидкофазных лекарственных препаратов либо биологически совместимых растворов, содержащих микрочастицы элементов с биомедицинскими свойствами - противомикробной способностью тромборезистентностью.A common drawback of the considered technical solutions [1-3] is the lack of the possibility of applying film coatings based on liquid-phase drugs or biologically compatible solutions containing microparticles of elements with biomedical properties - the antimicrobial ability of thrombotic resistance.
Ближайшим прототипом, по мнению авторов, является техническое решение [4], которое заключается в том, что нанесение слоя раствора требуемого лекарственного средства на поверхностно-пористые и шероховатые имплантаты осуществляется путем вращения объема раствора вокруг имплантата, в результате чего за счет действия возникающих в жидкости вихревых струй с центростремительными силами, пропорциональными квадрату скорости вращения раствора, его плотности и радиусу вращения, раствор проникает в поры и углубления поверхности имплантата, заполняя их и покрывая всю поверхность жидкофазной пленкой.The closest prototype, according to the authors, is a technical solution [4], which consists in applying a layer of a solution of the required drug to surface-porous and rough implants by rotating the volume of the solution around the implant, resulting in action arising in the fluid vortex jets with centripetal forces proportional to the square of the rotation speed of the solution, its density and radius of rotation, the solution penetrates the pores and recesses of the implant surface, lnyaya them and covering the entire surface of the liquid-phase film.
Недостатками способа является его сложность, так как для его реализации нужно иметь высокооборотистый электродвигатель, достаточно большой объем емкости, для того чтобы внутри него закрепить имплантат и крыльчатку.The disadvantages of the method is its complexity, since for its implementation it is necessary to have a high-speed electric motor, a sufficiently large volume of the tank in order to fix the implant and the impeller inside it.
По данным поисковых исследований научно-технической и патентной литературы более близких по сути решений авторами не выявлено. Известны только способы введения жидких лекарственных средств и остеостимуляторов в зону имплантации путем инъекций либо через специальные канюлированные отверстия в имплантате [5].According to search research of scientific, technical and patent literature, the authors have not found any solutions that are closer in essence. Only known methods of introducing liquid drugs and osteostimulants into the implantation zone by injection or through special cannulated holes in the implant [5].
Задача изобретения состоит в создании технически простого способа нанесения на имплантаты пленочных жидкофазных покрытий с медикаментозным лечебным воздействием.The objective of the invention is to create a technically simple way of applying to the implants a film of liquid-phase coatings with medical treatment effect.
Поставленная задача достигается тем, что в способе нанесения слоя раствора требуемого лекарственного средства на поверхностно-пористые и шероховатые имплантаты, включающем нанесение лекарственного покрытия и его удержание на поверхности имплантата, покрытие наносят на имплантат путем помещения его в капсулу, которую герметизируют, после чего ее заполняют лекарственным раствором или биологически совместимым раствором, содержащим твердые микрочастицы элементов с бактерицидными и антикоагулянтными свойствами, затем после заполнения капсулы упомянутым раствором в ней затем после заполнения капсулы упомянутым раствором в ней возбуждают ультразвуковые колебания, частота которых лежит выше частоты порога кавитации в диапазоне от 20 до 100 кГц, а интенсивность упомянутого ультразвука лежит в области стабильной кавитации от 1,5 до 2,5 Вт/см2, затем по истечении 3-5 мин генерацию ультразвуковых колебаний прекращают, раствор из капсулы сливают, а имплантат с нанесенной жидкофазной пленкой извлекают из емкости и устанавливают в предварительно сформированный костный канал.The problem is achieved in that in the method of applying a layer of a solution of the desired drug to surface-porous and rough implants, including applying the drug coating and its retention on the surface of the implant, the coating is applied to the implant by placing it in a capsule, which is sealed, after which it is filled a medicinal solution or a biocompatible solution containing solid microparticles of elements with bactericidal and anticoagulant properties, then after filling After filling the capsule with said solution, then after filling the capsule with said solution, ultrasonic vibrations are excited in it, the frequency of which lies above the frequency of the cavitation threshold in the range from 20 to 100 kHz, and the intensity of the mentioned ultrasound lies in the region of stable cavitation from 1.5 to 2.5 W / cm 2 , then after 3-5 minutes the generation of ultrasonic vibrations is stopped, the solution is drained from the capsule, and the implant with the applied liquid-phase film is removed from the container and installed in a preformed bone channel.
Предлагаемый способ поясняется чертежом (фиг. 1), на котором изображена схема устройства для осуществления способа.The proposed method is illustrated in the drawing (Fig. 1), which shows a diagram of a device for implementing the method.
Устройство содержит капсулу 2, крышку 3, зажимы 4, крепежные детали 5, шарнир 6, уплотнительную манжету 7, ультразвуковой излучатель 8, генератор ультразвука 9, вентиль 10, патрубок 11.The device comprises a
Способ осуществляют следующим образом. Имплантат 1 помещают в капсуле 2, заливают в капсулу биологический раствор, закрывают крышку 3 и с помощью зажимов 4, закрепленных на шарнирах 6, и крепежных деталей 5 герметизируют капсулу 1. После включают генератор ультразвука 9, и ультразвуковой излучатель 8, который соединен с генератором ультразвука 9, возбуждают в биологическом растворе ультразвуковые колебания. По истечении 3-5 мин генератор ультразвука отключают, открывают вентиль 10 и сливают из капсулы 2 биологический раствор в накопительную емкость. После чего имплантат 1 с нанесенной жидкофазной пленкой извлекают из емкости и устанавливают в предварительно сформированный костный канал.The method is as follows. The
Сущность изобретения заключается в том, что молекулы биологической жидкости под действием ультразвука происходит дегазация биологической жидкости, молекулы упомянутой жидкости располагаются упорядоченно на твердой основе имплантата, в результате чего на нем образуется однородная пленка из биологического материала. При этом адгезионная прочность пленки биологического материала увеличивается на 50÷60% за счет усиления прочности сцепления, обусловленного его дегазацией.The essence of the invention lies in the fact that the biological fluid molecules under the action of ultrasound degassing of the biological fluid, the molecules of the liquid are arranged in an orderly manner on a solid basis of the implant, as a result of which a uniform film of biological material is formed on it. In this case, the adhesive strength of the film of biological material increases by 50 ÷ 60% due to the strengthening of the adhesion due to its degassing.
Процесс ультразвуковой обработки биологической жидкости и имплантата представляет собой комплекс проявлений: капиллярное впитывание, сорбционные явления, диффузные процессы, определяющие насыщение биологическим составом пропитываемого пористого материала имплантата, осмос, перемещение биологической жидкости вглубь пористого тела имплантата под действием градиента давления.The process of ultrasonic treatment of a biological fluid and an implant is a complex of manifestations: capillary absorption, sorption phenomena, diffuse processes that determine the saturation with a biological composition of the impregnated porous material of the implant, osmosis, the movement of biological fluid deep into the porous body of the implant under the influence of a pressure gradient.
По своей физической природе ультразвук представляет собой упругие волны и в этом он не отличается от звука.By its physical nature, ultrasound is an elastic wave, and in this it does not differ from sound.
Принято считать, что к ультразвуковому диапазону относятся частоты, находящиеся в диапазоне от 20 до 1ГГц. Частоты, находящиеся в диапазоне от 16 до 20 кГц, относятся к слышимому звуку.It is generally accepted that the ultrasonic range includes frequencies in the range from 20 to 1 GHz. Frequencies ranging from 16 to 20 kHz relate to audible sound.
Частоты, лежащие ниже 16 кГц, относятся к инфразвуку, а частоты, лежащие выше 1 ГГц, называют гиперзвуком.Frequencies below 16 kHz are infrasound, and frequencies above 1 GHz are called hypersound.
Область частот ультразвука можно подразделить на три подобласти:The frequency range of ultrasound can be divided into three subregions:
ультразвук низких частот (2×104-105 Гц) - УНЧ;low frequency ultrasound (2 × 10 4 -10 5 Hz) - ULF;
ультразвук средних частот (105-107 Гц) - УСЧ;ultrasound of medium frequencies (10 5 -10 7 Hz) - USCH;
ультразвук высоких частот (107-109 Гц) - УЗВЧ.ultrasound of high frequencies (10 7 -10 9 Hz) - UHF.
В жидких средах под действием ультразвука возникает и протекает специфический физический процесс - ультразвуковая кавитация, обеспечивающий максимальные энергетические воздействия на частицы шунгита.In liquid media, under the action of ultrasound, a specific physical process arises and proceeds - ultrasonic cavitation, which provides maximum energy effects on shungite particles.
В ультразвуковой волне во время полупериодов разрежения возникают кавитационные пузырьки, которые резко захлопываются после перехода в область повышенного давления, порождая сильные гидродинамические возмущения в биологической жидкости и в порах имплантата за счет чего значительно усиливается эффект проникновения упомянутой жидкости в микротрещины и поры имплатата.During the half-periods of rarefaction, cavitation bubbles arise in the ultrasonic wave, which collapse sharply after the transition to the high-pressure region, generating strong hydrodynamic disturbances in the biological fluid and in the pores of the implant, which significantly enhances the effect of the penetration of the mentioned fluid into microcracks and pores of the implant.
Кавитация производится за счет чередующихся волн высокого и низкого давления, образуемых звуком высокой частоты (ультразвуком).Cavitation is carried out due to alternating waves of high and low pressure formed by high-frequency sound (ultrasound).
Ультразвуковая кавитация - основной инициатор физико-химических процессов, возникающих в жидкости под действием ультразвука, и, в частности, процессов осмоса и капиллярных эффектов.Ultrasonic cavitation is the main initiator of the physicochemical processes that occur in liquids under the influence of ultrasound, and, in particular, the processes of osmosis and capillary effects.
Кавитационные явления в той или иной среде возникают только при превышении ультразвуком порога кавитации.Cavitation phenomena in a given medium arise only when the ultrasound exceeds the cavitation threshold.
Порогом кавитации называется интенсивность ультразвука, ниже которой не наблюдаются кавитационные явления. Порог кавитации зависит от параметров, характеризующих как ультразвук, так и саму жидкость.The cavitation threshold is the intensity of ultrasound, below which cavitation phenomena are not observed. The cavitation threshold depends on the parameters characterizing both ultrasound and the liquid itself.
Для жидкостей пороги кавитации возрастают с увеличением частоты ультразвука и уменьшением времени воздействия.For liquids, the cavitation thresholds increase with increasing ultrasound frequency and decreasing exposure time.
При частотах выше 20 кГц порог нестабильной кавитации находится в диапазоне от 0,3 до 1 Вт/см2.At frequencies above 20 kHz, the threshold of unstable cavitation is in the range from 0.3 to 1 W / cm 2 .
Дальнейшее повышение интенсивности до 1,5 Вт/см2 приводит к нарушению линейности колебаний стенок пузырьков. Начинается стадия стабильной кавитации. Диапазон интенсивностей стабильной кавитации лежит в области от 1,5 до 2,5 Вт/см2. Пузырек сам становится источником ультразвука колебаний. На его поверхности возникают волны, микротоки, электрические разряды.A further increase in intensity to 1.5 W / cm 2 leads to a violation of the linearity of the oscillations of the walls of the bubbles. The stage of stable cavitation begins. The range of intensities of stable cavitation lies in the range from 1.5 to 2.5 W / cm 2 . The bubble itself becomes a source of ultrasound vibrations. On its surface there are waves, microcurrents, electric discharges.
Увеличение интенсивности ультразвука за величину 2,5 Вт/см2 приводит вновь к стадии нестабильной кавитации.An increase in ultrasound intensity beyond 2.5 W / cm 2 again leads to the stage of unstable cavitation.
В заявляемом способе наиболее эффективно использовать диапазон интенсивностей стабильной кавитации лежит в области от 1,5 до 2,5 Вт/см2.In the inventive method, the most efficient use of the range of intensities of stable cavitation lies in the region from 1.5 to 2.5 W / cm 2 .
Именно в этом диапазоне частот и мощностей ультразвука биологическая жидкость, омывая поверхность имплантата и проникая в его поры, способствует более полному заполнению пор и капилляров в имплантате, обеспечивая более высокую адгезию биологической жидкости к поверхности имплантата и поверхности пор.It is in this range of frequencies and powers of ultrasound that biological fluid, washing the surface of the implant and penetrating into its pores, contributes to a more complete filling of the pores and capillaries in the implant, providing higher adhesion of the biological fluid to the surface of the implant and the surface of the pores.
Диапазон времени облучения ультразвуком биологической жидкости в течение 3-5 мин выбран из прагматических соображений, так как указанное время, с одной стороны достаточно для создания полного заполнения биологической жидкостью пор и капилляров имплантата. С другой стороны, увеличивать время озвучивания биологической жидкости за 5 мин, так как это снижает производительность процесса. При реализации заявляемого способа обеспечивается эффективное проникновение раствора на всю глубину пор и впадин поверхности имплантата с полным их заполнением и образованием на поверхности пленочного покрытия. На поверхности имплантата образуется жидкофазная пленка, удерживаемая за счет высокой смачиваемости пористой и шероховатой поверхности.The time range of ultrasonic irradiation of a biological fluid for 3-5 minutes is selected from pragmatic considerations, since the indicated time, on the one hand, is sufficient to create a complete filling of pores and capillaries of the implant with biological fluid. On the other hand, increase the sound time of the biological fluid in 5 minutes, as this reduces the productivity of the process. When implementing the proposed method provides effective penetration of the solution to the entire depth of the pores and depressions of the implant surface with their full filling and the formation of a film coating on the surface. A liquid-phase film is formed on the surface of the implant, which is held due to the high wettability of the porous and rough surfaces.
Пример. Имплантат 1 с шероховатой поверхностью или с твердофазным биосовместимым пористым покрытием помещали в капсулу 2, заполняли капсулу 2 раствором лекарственного препарата или биологически совместимым раствором, содержащим твердые микрочастицы элементов с бактерицидными и антикоагулянтными свойствами и закрывали крышку 3 с помощью зажимов 4, закрепленных на шарнирах 6, и крепежных деталей 5 герметизируют капсулу 1, и включали генератор ультразвука 9. Источник ультразвука 8 генерировал ультразвук средней мощности Р=2 Вт/см2, и средней частоте ультразвука f=50 кГц. При этих значениях продолжительность обработки имплантата и биологического раствора составила t=240 с. По истечении указанного времени открывали вентиль 10 и сливали через патрубок 11 биологический раствор в накопительную емкость. После чего, имплантат 1 с нанесенной жидкофазной пленкой извлекали из емкости и устанавливали в предварительно сформированный костный канал.Example. An
Полученное данным способом пленочное жидкофазное покрытие обеспечивает наилучшее медикаментозное лечебное воздействие по сравнению с твердофазным лекарственным покрытием за счет более интенсивного действия препарата в наиболее опасный период имплантации, составляющий 1-2 недели. По окончании этого срока препарат полностью рассасывается в окружающих биоструктурах, раневые процессы в тканях нормализуются, происходит эффективная остеоинтеграция имплантата.The liquid-phase film coating obtained by this method provides the best drug therapeutic effect compared to solid-phase drug coating due to the more intense action of the drug in the most dangerous period of implantation, which is 1-2 weeks. At the end of this period, the drug is completely absorbed in the surrounding biostructures, wound processes in the tissues are normalized, and effective implant osseointegration occurs.
Предложенный способ характеризуется технологической простотой, позволяет наносить пленочное жидкофазное покрытие на имплантаты, выполняемые из любых биосовместимых металлических и керамических материалов, на шероховатые имплантаты без твердофазного покрытия и имеющие поверхностно-пористое покрытие для удержания слоя жидкого вещества. Кроме этого, способ позволяет использовать для нанесения пленочного покрытия любые, применяемые в имплантологии, жидкофазные лекарственные препараты (антибиотики, обезболивающие средства и т.п.), различные биологически совместимые растворы, содержащие твердые микрочастицы элементов с бактерицидными и антикоагулянтными свойствами (Cu, Ag, La и др.), а также комбинированные растворы, включающие лекарственные средства и микрочастицы элементов с противомикробной и антикоагуляционной способностью для комплексного медикаментозного воздействия на биоструктуры и повышения эффективности приживления имплантатов.The proposed method is characterized by technological simplicity, allows applying a liquid-phase film coating to implants made of any biocompatible metal and ceramic materials, to rough implants without a solid-phase coating and having a surface-porous coating to hold a layer of liquid substance. In addition, the method allows the use of any liquid-phase drugs used in implantology (antibiotics, painkillers, etc.), various biocompatible solutions containing solid microparticles of elements with bactericidal and anticoagulant properties (Cu, Ag, La et al.), As well as combined solutions, including drugs and microparticles of elements with antimicrobial and anticoagulation ability for complex drug exposure on biostructures and increase the efficiency of implant engraftment.
Положительный эффект (снижение трудоемкости формирования покрытия, технологическая простота процесса) достигается за счет нанесения на поверхностно-пористые и шероховатые имплантаты пленки жидкого раствора с необходимыми лечебными и биомедицинскими свойствами путем создания при помощи ультразвука градиентов давления между раствором и порами капиллярами имплантата. При этом не требуется использование специализированного технически сложного оборудования, дополнительных технологических операций по подготовке поверхности для нанесения лекарственного покрытия, выполнения специальных конструктивных элементов имплантатов для удержания покрытия, применения дорогостоящих биосовместимых клеевых составов для закрепления твердофазного лекарственного препарата.A positive effect (reducing the complexity of coating formation, technological simplicity of the process) is achieved by applying a film of a liquid solution to the surface-porous and rough implants with the necessary therapeutic and biomedical properties by creating pressure gradients between the solution and the pores of the implant capillaries using ultrasound. It does not require the use of specialized technically sophisticated equipment, additional technological operations to prepare the surface for applying the drug coating, the implementation of special structural elements of the implants to hold the coating, the use of expensive biocompatible adhesive compositions for fixing the solid-phase drug.
По сравнению с прототипом, заявляемый способ существенно упрощен, так как для его реализации не нужно иметь высокооборотистый электродвигатель, достаточно большой объем емкости, для того чтобы внутри него закрепить имплантат и крыльчатку.Compared with the prototype, the inventive method is significantly simplified, since for its implementation it is not necessary to have a high-speed electric motor, a sufficiently large volume of the tank in order to fix the implant and the impeller inside it.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ на изобретение №2361623. Покрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его получения / Родионов И.В., Бутовский К.Г., Серянов Ю.В. Опубл. 20.07.2009.1. RF patent for the invention No. 2361623. Coating on an implant made of titanium and its alloys and the method for its preparation / Rodionov I.V., Butovsky K.G., Seryanov Yu.V. Publ. 07/20/2009.
2. Родионов И.В. Лантаносодержащие оксидные покрытия на имплантатах для травматологии и ортопедии / Сб. трудов XV Междунар. научно-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». Томск: Изд-во ТПУ, 2009. Т.1. С. 57.2. Rodionov I.V. Lanthanum-containing oxide coatings on implants for traumatology and orthopedics / Sat. Proceedings of the XV Int. scientific and practical. conf. students, graduate students and young scientists "Modern Engineering and Technology." Tomsk: TPU Publishing House, 2009.V.1. S. 57.
3. Патент РФ на изобретение №2234880. Инструмент для остеосинтеза / Леонов Б.И., Султанов Т.А., Лазовский Е.А., Костыря Е.А., Демин C.B. Опубл. 27.08.2004.3. RF patent for the invention No. 2234880. Tool for osteosynthesis / Leonov B.I., Sultanov T.A., Lazovsky E.A., Kostyrya E.A., Demin C.B. Publ. 08/27/2004.
4. Патент РФ 2414870. Способ нанесения пленочного покрытия на поверхностно-пористые и шероховатые имплантаты / Родионов И.В., Бутовский К.Г. - Опубл.: 27.03.2011 (прототип).4. RF patent 2414870. Method for applying a film coating to surface-porous and rough implants / Rodionov IV, Butovsky K.G. - Published: 03/27/2011 (prototype).
5. Патент РФ на изобретение №2264795. Способ чрескостного остеосинтеза и устройство для его осуществления / Кашанский Ю.Б., Бесаев Г.М и др.5. RF patent for the invention No. 2264795. The method of transosseous osteosynthesis and device for its implementation / Kashansky Yu.B., Bessaev G.M. and others.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016109672A RU2613909C1 (en) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Method for film coating application on surface porous and rough implants |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016109672A RU2613909C1 (en) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Method for film coating application on surface porous and rough implants |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2613909C1 true RU2613909C1 (en) | 2017-03-21 |
Family
ID=58453122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016109672A RU2613909C1 (en) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Method for film coating application on surface porous and rough implants |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2613909C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2264795C2 (en) * | 2003-12-03 | 2005-11-27 | Санкт-Петербургский государственный научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе | Method and device for carrying out transosseous osteosynthesis |
| RU2361623C1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Covering on titan and its alloys implant and way of its reception |
| RU2414870C1 (en) * | 2009-10-13 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Method of application of film coating on surface-porous and rough implants |
-
2016
- 2016-03-17 RU RU2016109672A patent/RU2613909C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2264795C2 (en) * | 2003-12-03 | 2005-11-27 | Санкт-Петербургский государственный научно-исследовательский институт скорой помощи им. И.И. Джанелидзе | Method and device for carrying out transosseous osteosynthesis |
| RU2361623C1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Covering on titan and its alloys implant and way of its reception |
| RU2414870C1 (en) * | 2009-10-13 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Method of application of film coating on surface-porous and rough implants |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zocchi | Ultrasonic liposculpturing | |
| Bader et al. | Shaken and stirred: mechanisms of ultrasound-enhanced thrombolysis | |
| Hoogenboom et al. | Mechanical high-intensity focused ultrasound destruction of soft tissue: working mechanisms and physiologic effects | |
| US20060241533A1 (en) | Apparatus and method for treatment of damaged tissue | |
| RU2613909C1 (en) | Method for film coating application on surface porous and rough implants | |
| RU2414870C1 (en) | Method of application of film coating on surface-porous and rough implants | |
| ter Haar | Ultrasonic biophysics | |
| RU2413492C2 (en) | Method of integrated cosmetic processing of patient's superficial tissues and related device for implementation thereof | |
| RU2624364C1 (en) | Method for dental implant parts manufacture | |
| RU2616897C1 (en) | Method for film coating application on surface porous and rough implants | |
| KR101337708B1 (en) | cupping device | |
| RU2630883C1 (en) | Method for dental implant parts manufacture from zirconium | |
| Azhim et al. | The impact of acoustic intensity on solution parameters and decellularization using sonication treatment | |
| Hoffmann et al. | Externally applied vibration at 50 Hz facilitates dissolution of blood clots in-vitro. | |
| JP2015000208A (en) | Fracture part treatment member | |
| Savrasov et al. | The development of ultrasound technologies in medicine | |
| CN103706047A (en) | Ultrasonic-based thrombolytic drug treatment method | |
| RU2119804C1 (en) | Device for performing ultrasonic irrigation with drugs | |
| RU2790116C1 (en) | Device for distant ozone/no-ultrasound treatment of purulent wounds | |
| Randad et al. | Design of a transducer for fragmenting large kidney stones using burst wave lithotripsy | |
| RU2708235C1 (en) | Method for producing bioimplant based on sterile de-organized bone matrix | |
| RU2708787C1 (en) | Method for distant ultrasonic treatment of purulent wounds | |
| SU770496A1 (en) | Method of sterilizing biological tissues | |
| RU2624366C1 (en) | Method for dental osteointegrable implant manufacture | |
| Bayat et al. | Acoustic cavitation, a non-invasive method for thrombus destruction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190318 |