Остеосинтез с наносеребром

Остеосинтез с наносеребром

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в целом к многофункциональному антибактериальному покрытию, которое состоит из серебра, к имплантатам и/или медицинским инструментам, содержащим такое покрытие, и к способу, а также устройству для получения такого покрытия.

Уровень техники

Известно, что ионы серебра сильно ингибируют рост бактерий и других микроорганизмов. Ионы серебра разрушают важные компоненты клеток микроорганизмов, так чтобы их жизненные функции больше не работали. Серебро проявляет антибактериальную активность широкого спектра и эффективно даже против штаммов, резистентных к антибиотикам. Кроме того, серебро воздействует на многочисленные области внутри бактериальных клеток, уменьшая таким образом вероятность проявления бактериями резистентности любого рода.

В связи с повышением резистентности наиболее патогенных микроорганизмов против обычно используемых антибиотиков в последние годы серебро открыли заново как активное антибактериальное вещество. Действительно, вследствие дезинфицирующей способности серебра его длительное время использовали для гигиенических и медицинских целей.

Например, соединения серебра были основными средствами борьбы против раневой инфекции во время Первой мировой войны до появления антибиотиков. В 1884 году немецкий акушер К.С.Ф.Креде ввел 1%-ный нитрат серебра в качестве глазного раствора для профилактики гонококковой офтальмии у новорожденных, что является, возможно, первым научно зарегистрированным медицинским использованием серебра. Кроме того, крем сульфадиазина серебра представлял собой стандартное антибактериальное средство для лечения тяжелых ожоговых ран и по-прежнему широко используется в ожоговых отделениях.

В настоящее время на рынке доступны многие серебросодержащие продукты, такие как повязки на рану, катетеры и/или опухолевые протезные системы.

Один из известных способов изготовления покрытия основан на способе вакуумного нанесения покрытия, который обеспечивает надежную защиту поверхностей медицинских имплантатов от бактериального инфицирования. Покрытие из чистого серебра наносят способом PVD (физическое осаждение из паровой фазы) с последующим нанесением покрытия из диоксида кремния, осаждаемого способом PECVD (плазмохимическое осаждение из паровой фазы). Толщина покрытия обычно составляет меньше 200 нм.

Осуществление способов PVD и CVD обычно требует применения очень дорогостоящих систем для нанесения покрытий. Кроме того, они являются также энергоемкими вследствие необходимости создания условий высокого вакуума. К тому же, способ PVD является методом «линии прямой видимости», применение которого подразумевает, что на сложные поверхности будет очень трудно наносить покрытие равномерно.

Кроме того, после длительного воздействия серебра или его соединений может развиваться необратимая пигментация кожи и/или глаза, т.е. аргирия или аргироз, обусловленная возможным отложением «избыточного» серебра.

К тому же, повышенными концентрациями серебра могут быть вызваны лейкопении и нервно-мышечные расстройства. В литературе описаны аллергические реакции. Сообщалось, что предшествующие попытки нанесения покрытий при помощи солей серебра или элементарного серебра приводили к случаям значительного повышения концентраций серебра в сыворотке соответствующих пациентов.

Соответственно, цель настоящего изобретения заключается в разработке медицинского изделия, например, выполненного в виде имплантата, содержащего покрытие с улучшенными свойствами.

Предпочтительно, такое покрытие должно быть антибактериальным покрытием, например, на металлических имплантатах.

В частности, должна быть предусмотрена возможность регулирования или адаптации антибактериальной эффективности такого покрытия, например, скорости выщелачивания.

Предпочтительно, таким покрытием на имплантате должно активироваться врастание ткани и/или кости человека.

Изготовление такого покрытия должно быть основано на простой и низкозатратной концепции.

Раскрытие изобретения

Предлагаемое решение задачи неожиданно достигается каждым из объектов соответствующих прилагаемых независимых пунктов формулы изобретения.

Эффективные и/или предпочтительные варианты осуществления или усовершенствования являются объектом соответствующих прилагаемых зависимых пунктов формулы изобретения.

Соответственно, в изобретении предлагается способ обработки поверхности медицинского изделия, в частности металлического медицинского изделия, предпочтительно из небиоразлагаемого материала, включающий следующие стадии:

- получение коллоидно-диспергированной системы,

- обработка медицинского изделия коллоидно-диспергированной системы таким образом, что поверхность медицинского изделия, которое подлежит обработке, погружают в коллоидно-диспергированную систему,

- генерирование, предпочтительно, асимметричной, или симметричной, или сочетания асимметричной и симметричной разности потенциалов цепи переменного тока между медицинским изделием в качестве первого электрода и/или вторым электродом, помещенным в коллоидно-диспергированную систему, для превращения погруженной поверхности в оксидную пленку путем плазменно-электролитического оксидирования, при этом превращенная поверхность частично покрывается островками, образованными коллоидно-диспергированными частицами коллоидно-диспергированной системы.

В изобретении также предлагается медицинское изделие, содержащее,

предпочтительно, небиоразлагаемый металл или металлический сплав с обработанной поверхностью, причем

- обработанная поверхность, по меньшей мере, частично превращена в оксидную пленку посредством плазменно-электролитического оксидирования при использовании коллоидно-диспергированной системы и при этом

- превращенная поверхность частично покрыта островками, образованными коллоидно-диспергированными частицами коллоидно-диспергированной системы.

Пористую оксидную пленку или слой формируют способом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО). По способу ПЭО, металлическую основу устанавливают в качестве первого электрода, предпочтительно, как анод, в «электролитической ячейке». Его поверхность превращается в соответствующий оксид металла под воздействием приложенного электрического поля. Оксидная пленка состоит из кристаллических фаз с высокопористой поверхностью и компонентами, полученными как из коллоидно-диспергированной системы, так и из медицинского изделия, например, имплантата, в качестве основы. Это обеспечивается синтезом нанокомпозитных покрытий, образованных частицами оксидов металлов, при осаждении in situ. Частицы наносят на поверхность медицинского изделия при окислении его поверхности. Настоящее изобретение обеспечивает возможность формирования покрытия на любом типе формы медицинского изделия.

Коллоидно-диспергированную систему можно также называть дисперсией. Она представляет собой жидкость, содержащую диспергированные частицы, в частности, коллоидно-диспергированные частицы. Коллоидно-диспергированные частицы характеризуются средним значением диаметра, равным 100 нм или меньше, предпочтительно, равным 50 нм или меньше, наиболее предпочтительно, равным 30 нм или меньше. Указанные частицы называют также наночастицами. Частицы диспергируются, а не растворяются в коллоидно-диспергированной системе.

Предпочтительно, частицы привносят не в виде порошка, обладающего, как правило, широким распределением по размерам. В предпочтительном варианте осуществления изобретения частицы характеризуются узким распределением по размерам с величиной FWHM (полная ширина на половине высоты) <25 нм. Такое распределение по размерам обеспечивает возможность формирования одинаковых островков и повышенную электропроводность дисперсии.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления частицы представлены частицами серебра (частицами Ag или наночастицами Ag). Такое наносеребряное покрытие на поверхности медицинского изделия, например, на поверхностях имплантатов, проявляет несколько благоприятных эффектов: снижение бактериальной адгезии и ингибирование роста бактерий. К настоящему времени о механизме резистентности не сообщалось, и он не был обнаружен в отношении воздействия серебра. Поскольку серебро действует скорее как антисептик, чем антибиотик. Такое наносеребряное покрытие обладает замечательными свойствами в аспекте антибактериальной эффективности (даже против мультирезистентных штаммов), адгезии и биосовместимости (в отношении дополнительных эффектов смотрите подробное описание изобретения). Указанный слой, содержащий наносеребро, получают химическим превращением поверхности имплантата, индуцированным посредством плазменного электролитического оксидирования.

В качестве дополнения или альтернативы, данные частицы привносятся апатитовыми частицами, предпочтительно, частицами ГА (гидроксиапатит). Апатит представляет собой, по меньшей мере, один апатит, выбранный из группы, состоящей из гидроксиапатита, Si-замещенного гидроксиапатита, фторапатита и карбонизированных апатитов. По меньшей мере, один атом Са в апатите может быть замещен атомами Mg, Zn, Cu, Na, К и Sr.

Гидроксиапатит улучшает остеокондукцию. Это обеспечивает возможность, например, сильной фиксации имплантата, вставленного в тело человека или животного. Частицы ГА по изобретению также охватывают FA-Si-соединения (Si-замещенный гидроксиапатит). FA-Si-соединение является соединением ГА, в котором, по меньшей мере, одна группа PO₄ ^3- замещена группой SiO₄ ^3-. Такое rA-Si-соединение отличается повышенной биосовместимостью.

В качестве следующего дополнения или альтернативы, частицы представлены, по меньшей мере, одним типом частиц, выбранных из группы, состоящей из меди и цинка. Указанный тип частиц также проявляет антибактериальный эффект.

В дополнительном варианте осуществления изобретения, в дисперсии предусмотрена добавка, предпочтительно наноразмерная добавка. Соответственно, частицы содержат добавку, при этом добавка является, по меньшей мере, одним из материалов, выбранным из группы, состоящей из металлов, оксидов, земельных минералов и фосфатов. Некоторые типичные примеры представляют собой оксид магния, фосфат кальция, α-ТКФ (трикальцийфосфат), жидкое натриевое стекло, жидкое калиевое стекло и/или кремний. Жидкое стекло является эффективным в отношении минерализации костей. Добавку растворяют или диспергируют в коллоидно-диспергированной системе. Следует подчеркнуть, что упомянутые выше добавки носят иллюстративный характер и не ограничиваются приведенным перечнем.

Коллоидно-диспергированную систему можно получать на основе жидкости любого рода, в частности, жидкости с низкой или нулевой электропроводностью. В одном из вариантов осуществления изобретения коллоидно-диспергированную систему получают в виде дисперсии на основе воды. Предпочтительно, дисперсионными средами являются чистая или ионообменная вода. Используемая вода практически не содержит электролитов. В предпочтительном варианте осуществления никаких дополнительных электролитов в дистиллированную воду преднамеренно не вводят. Уровень рН используемой воды равен 7 или меньше или уровень рН используемой воды равен 7,4 или меньше.

Частицы как диспергированную фазу дисперсии привносят с концентрацией, равной 100 мг/л или меньше, предпочтительно, равной 20 мг/л или меньше, наиболее предпочтительно, равной 2 мг/л или меньше. В наиболее предпочтительном варианте осуществления концентрация равна 2 мг/л или меньше. Указанное значение является подходящим, в частности, для металлических частиц, в частности, для частиц Ag, с целью исключения цитотоксических эффектов. Кроме того, данные значения подходят, в частности, для металлических частиц, в частности, частиц Ag, для обеспечения адекватной электропроводности в коллоидно-диспергированной системе.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения электропроводность в коллоидно-диспергированной системе практически исключительно или исключительно обеспечивается самими коллоидно-диспергированными частицами. Это, в частности, соответствует металлическим частицам, как например, частицам Ag, в частности, в сочетании с эмульгатором. Предпочтительно, частицы, например, наночастицы Ag, являются единственным носителем или наиболее активным носителем электрического заряда в дисперсии. В предпочтительном варианте осуществления частицы или металлические частицы привносятся веществом, образующим островки на оксидной пленке. Один из примеров представляет собой серебро. В качестве дополнения или альтернативы металлические частицы или диспергированные металлические частицы представлены компонентом, который является составляющей частью материала основы. Например, частицы представлены частицами Ti, если основа (представляющая собой медицинское изделие) содержит титан. Загрязнения можно избежать. Растворенный материал, как например, растворенный материал погруженного медицинского изделия, также может вносить вклад в электропроводность коллоидно-диспергированной системы.

В качестве альтернативы или дополнения, в коллоидно-диспергированной системе представлен, по меньшей мере, один электролит. Электролит растворяют в коллоидно-диспергированной системе. В одном из вариантов осуществления изобретения электролит содержит, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, состоящей из металлов, оксидов, земельных минералов и фосфатов. В другом варианте осуществления электролит содержит, по меньшей мере, один электролит, выбранный из компонента материала основы. Т.е. электролит адаптирован к материалу основы. Например, электролит представлен ионами Ti, если основа (представляющая собой имплантат) содержит титан. Загрязнения можно избежать. Следует подчеркнуть, что упомянутые выше электролиты носят иллюстративный характер и не ограничиваются приведенным перечнем.

В дополнительном варианте осуществления изобретения в коллоидно-диспергированной системе предусмотрен газ. Вид газа определяется, например, типом барботажа. Конкретно, присутствует такой газ, который оказывает влияние на способ ПЭО и/или принимает участие в способе ПЭО. Газ содержит, по меньшей мере, один вид газа, выбранный из группы, состоящей из N₂, Ar, Kr и Хе. Упомянутые благородные газы являются подходящими, в частности, для достижения повышенного уплотнения превращенного слоя.

Превращенная поверхность медицинского изделия, например, превращенная поверхность имплантата, равномерно покрыта оксидным слоем. Предпочтительно, превращенная поверхность непрерывно покрыта оксидным слоем. Оксидная пленка имеет толщину от 1 мкм до 100 мкм, предпочтительно от 10 мкм до 100 мкм, наиболее предпочтительно от 20 мкм до 40 мкм. Для оксидной пленки характерны бугорки и/или плато, отделенные канавками и/или желобками. Такой внешний вид представляет собой типичный признак применения способа ПЭО. Такая структура приводит к образованию поверхности медицинского изделия или поверхности имплантата с большой удельной площадью.

Как уже изложено в предшествующем описании, частицы наносят на поверхность медицинского изделия при окислении данной поверхности. Небольшая доля частиц встраивается также в оксидный слой. Основная доля частиц осаждается на поверхность оксидного слоя, образуя островки.

Между оксидным слоем и слоем осажденных частиц не существует никакой четкой границы раздела фаз. Концентрация частиц в медицинском изделии с превращенной поверхностью, например, в имплантате с превращенной поверхностью, понижается, предпочтительно, непрерывно понижается, с увеличением глубины.

В способе ПЭО островки образуются посредством микродуг, например, внедрением и/или осаждением и/или агломерацией диспергированных частиц. Островки окружены оксидным слоем. Островки имеют средний размер области менее 1000 нм, предпочтительно, менее 300 нм. Островки имеют среднюю толщину от 1 до 1000 нм, предпочтительно от 5 нм до 400 нм. Некоторые островки также могут быть связаны друг с другом. Обычно в островках, в частности, образующих нанозоны, практически отсутствует или имеется только незначительная пористость.

Однако островки представляют собой прерывистый слой или пленку, например, серебра, на оксидной пленке. В одном из вариантов осуществления изобретения поверхность медицинского изделия является нанокомпозитным покрытием TiO-Ag. Соответственно, элементы или соединения Ti, ТiO₂, Ag и AgO являются непосредственно «видимыми» и соответственно обнаруживаются на поверхности. Обработанная поверхность характеризуется средней степенью покрытия островками, равной 20% или ниже, предпочтительно равной 10% или ниже.

Химической идентификацией обработанной поверхности в результате получают данные о составе коллоидно-диспергированных частиц, предпочтительно, серебра, от 0,5 до 10% ат., предпочтительно от 1 до 10% ат., наиболее предпочтительно от 2 до 6% ат.

Химической идентификацией наносеребра на титане или его сплавах в результате получают следующие данные о составе:

Контролирование степени покрытия островками можно использовать для регулирования «эффекта» островков. Например, можно регулировать антибактериальную эффективность. Один из параметров антибактериальной эффективности представляет собой скорость выщелачивания, например, ионов серебра.

В определенном варианте осуществления нанесения частиц Ag обработанная поверхность характеризуется скоростью выщелачивания ионов Ag менее 120 нг.см^-2.сут^-1. Обработка поверхности серебром, соответственно, наносеребром, приводит к проявлению очень высокой антимикробной эффективности с очень маловероятными побочными эффектами. Вследствие высокого отношения поверхности к объему у наночастиц (с размером предпочтительно от 2 до 50 нм), предполагается высокая эффективность даже при малых дозах, что снижает таким образом риск вредного воздействия на клетки.

Напряжение переменного тока или переменное напряжение прилагают к первому электроду и/или второму электроду. Напряжение переменного тока подают с частотой от 0,01 Гц до 1200 Гц.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения напряжение переменного тока подают как асимметричное напряжение переменного тока. Асимметричная разность потенциалов цепи переменного тока или асимметричное напряжение переменного тока представляет собой не сбалансированное напряжение переменного тока. Указанное напряжение является переменным напряжением с различными амплитудами отрицательных и положительных составляющих. Следует подчеркнуть, что импульсное напряжение постоянного тока можно также интерпретировать как напряжение переменного тока. Отрицательную составляющую подают с амплитудой, находящейся в диапазоне от -1200 В до -0,1 В. Предпочтительно, отрицательную составляющую подают с амплитудой, находящейся в диапазоне от -350 В до -0,1 В. В одном из вариантов осуществления изобретения отрицательную составляющую подают с амплитудой ниже -180 В или находящейся в диапазоне от -350 В до -180 В. Положительную составляющую подают с амплитудой, находящейся в диапазоне от 0,1 В до 4800 В. Предпочтительно, положительную составляющую подают с амплитудой, находящейся в диапазоне от 0,1 В до 1400 В. В одном из вариантов осуществления положительную составляющую подают с амплитудой выше +250 В или находящейся в диапазоне от +250 В до 1400 В. Конкретно, необходимо регулировать отношение, полученное делением положительной амплитуды на отрицательную. Абсолютная величина отношения находится в диапазоне от значения больше 1 до 4.

В другом варианте осуществления изобретения напряжение переменного тока подают как симметричное напряжение переменного тока. Отрицательную составляющую напряжения переменного тока подают с амплитудой, находящейся в диапазоне от -2400 В до -0,1 В. Предпочтительно, отрицательную составляющую подают с амплитудой, находящейся в диапазоне от -1200 В до -0,1 В. Положительную составляющую напряжения переменного тока подают с амплитудой, находящейся в диапазоне от +0,1 В до +2400 В. Предпочтительно, положительную составляющую подают с амплитудой, находящейся в диапазоне от 0,1 В до 1200 В.

Возможно также сочетание асимметричного и симметричного напряжения переменного тока. Такое распределение напряжения подходит, например, для способа последовательных операций или многостадийного способа с целью изготовления определенного покрытия. На первой стадии для формирования покрытия подают асимметричное или симметричное напряжение. На следующей или второй стадии, конкретно, после прерывания питания, формирование покрытия продолжают при подаче симметричного или асимметричного напряжения, соответственно.

Разность потенциалов подают с величиной, которая является адекватной для осуществления способа ПЭО. Данное напряжение выше пробивного напряжения оксидной пленки, образующейся на поверхности имплантата. Предпочтительно, максимальную разность потенциалов переменного тока подают в диапазоне от 0,1 В до 4800 В. Наиболее предпочтительно, максимальную разность потенциалов переменного тока подают в диапазоне от 100 В до 1400 В. В зависимости от электропроводности коллоидно-диспергированной системы и необязательного дополнительного электролита, приложенная разность потенциалов обусловливает плотность тока от 0,00001 до 500 А/дм², предпочтительно от 0,00001 до 100 А/дм². Предпочтительно, приложенное напряжение или распределение напряжения является практически постоянным или неизменным, а плотность тока регулируют в продолжение осуществления способа ПЭО.

Достигают скорости осаждения в диапазоне от 0,01 мкм/с до 1 мкм/с. Соответственно, в связи с предпочтительной толщиной оксидного слоя и/или островков частиц достижимым является время осаждения в диапазоне от 1 с до 1200 с, предпочтительно от 1 с до 300 с, наиболее предпочтительно от 20 с до 260 с.

Для обеспечения возможности существования стабильной дисперсии коллоидно-диспергированную систему подают при температуре от -20°С до +150°С предпочтительно от -20°С до +100°С, наиболее предпочтительно от 0°С до 75°С. Коллоидно-диспергированную систему подвергают циркуляции со скоростью от 0 до 5000 литр/мин, предпочтительно от 0,01 до 500 литр/мин. Этого достигают, например, использованием смесителя или приспособлений для смешивания или перемешивания. В качестве необязательного дополнения в коллоидно-диспергированную систему привносят эмульгирующий реагент или эмульгатор, в частности, для исключения или уменьшения агломерации частиц. Типичный объем коллоидно-диспергированной системы составляет порядка от 0,001 литра до 500 литров, предпочтительно от 0,1 литра до 500 литров, наиболее предпочтительно от 3 до 20 литров. Такие объемы позволяют поддерживать улучшенное распределение электрического поля в диспергированной системе.

Исходная поверхность медицинского изделия без какого-либо полирования является адекватной для получения подходящей равномерно превращенной поверхности и соответствующего стабильного соединения превращенной поверхности с материалом подложки. Исходная поверхность характеризует поверхность до обработки медицинского изделия способом ПЭО. Для достижения улучшенных свойств достаточным является механическое полирование исходной поверхности. Дорогостоящее электрополирование, приводящее к очень гладкой поверхности, не является необходимым.

В изобретении также предлагается устройство для обработки поверхности медицинского изделия, конкретно, металлического медицинского изделия, плазменным электролитическим оксидированием, включающее в себя следующие составные части:

- ванну для размещения коллоидно-диспергированной системы,

- предпочтительно, средство для перемешивания коллоидно-диспергированной системы в ванне,

- средство для крепления медицинского изделия таким образом, что поверхность медицинского изделия, которое подлежит обработке, погружают в коллоидно-диспергированную систему, при этом медицинское изделие является первым электродом,

- средство для создания второго электрода в коллоидно-диспергированной системе, содержащейся в ванне,

- блок питания для генерирования напряжения переменного тока, которое подают на первый и/или второй электроды,

- средство для соединения первого и/или второго электрода с блоком питания, при этом

- средство для соединения первого электрода адаптируют к погруженному медицинскому изделию таким образом, что отношение поперечных сечений находится в пределах от 0,1 до 10. Предпочтительно, отношение поперечных сечений находится в пределах от 0,75 до 4.

Отношение поперечных сечений представляет собой частное от деления поперечного сечения медицинского изделия на поперечное сечение средства для соединения первого электрода. Подходящее отношение конкретно определяют поблизости от границы раздела между медицинским изделием и средством для соединения.

Предпочтительно, средство для соединения первого электрода выполняют для обеспечения практически равномерного распределения электрического поля между первым и вторым электродом, конкретно, поблизости от обрабатываемой поверхности медицинского изделия.

Равномерное распределение электрического поля между первым и вторым электродом является предпочтительным для достижения превращения поверхности с повышенной однородностью. Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что на распределение электрического поля между первым и вторым электродом сильное влияние оказывает вариант выполнения средства для соединения первого электрода. Конкретно, распределение электрического поля сильно зависит от конструкции и/или размеров средства для соединения первого электрода.

Требуемого равномерного распределения электрического поля достигают посредством соединения первого электрода, имеющего поперечное сечение, уменьшенное или увеличенное соответствующим образом по отношению к поперечному сечению соединяемого медицинского изделия. В одном из вариантов выполнения средства для соединения первого электрода обладают, предпочтительно круглым, поперечным сечением со средним диаметром, равным 5 мм или меньше, предпочтительно, равным 1,5 мм или меньше. В предпочтительном варианте выполнения средство для соединения первого электрода изготовляют в форме прутка. Данный пруток является металлическим. Пруток выполняют для проведения электрического тока и изготовляют его, например, в виде элемента с резьбой, стержня или жилы провода. Пруток может быть гибким и негибким. Средство для соединения первого электрода прикрепляют к медицинскому изделию как к первому электроду. Средство для соединения первого электрода, в частности, пруток, можно фиксировать сваркой, склеиванием, обжатием и/или свинчиванием. Предпочтительно, средство для соединения первого электрода изготовляют из того же материала, что и присоединяемое медицинское изделие. Следует подчеркнуть, что средство для соединения первого электрода можно также снабжать средством для крепления медицинского изделия. Т.е. средства для крепления медицинского изделия и средства для его соединения представлены только одним компонентом. В одном из вариантов осуществления изобретения средства для соединения первого электрода, по меньшей мере, частично снабжены резьбой.

В дополнительном варианте осуществления изобретения представлены средства для адаптирования электрического поля. Например, средства для адаптирования электрического поля выполнены в виде компонента для исключения краев, а, следовательно, для исключения областей повышенной плотности электрического поля. В одном из вариантов по изобретению средство для адаптирования электрического поля выполняют в форме колпачка. Упомянутый колпачок можно навинчивать на резьбу.

В другом варианте осуществления предусмотрена подача газа в коллоидно-диспергированную систему.

Антибактериальные покрытия по изобретению можно использовать в области травматологии, ортопедии, остеосинтеза и/или эндопротезирования, особенно, при возникновении высокого риска инфицирования. Полезные эффекты такого антибактериального покрытия можно было бы использовать в большом числе существующих в настоящее время имплантатов или продуктов.

Медицинское изделие представляет собой медицинское изделие, которое, по меньшей мере, частично вставлено или помещено в тело человека и/или животного. Медицинское изделие может быть медицинским изделием любого рода.

В одном из вариантов выполнения изобретения медицинское изделие является имплантатом. Имплантат представляет собой зубной имплантат или ортопедический имплантат. Примерами выполнения такого имплантата по изобретению являются пластинки, винты, штифты, стержни и/или все системы, предпочтительно, внешней фиксации. Следует подчеркнуть, что указанные варианты применения носят иллюстративный характер и не ограничиваются приведенным перечнем.

В другом варианте осуществления изобретения медицинское изделие представляет собой медицинский инструмент или приспособление. Примерами выполнения такого медицинского инструмента являются хирургические и/или диагностические инструменты. Один из примеров хирургического инструмента представляет собой скальпель. Один из примеров диагностического инструмента представляет собой эндоскоп. Следует подчеркнуть, что указанные варианты применения носят иллюстративный характер и не ограничиваются приведенным перечнем.

В предпочтительном варианте осуществления имплантаты с превращенной поверхностью по изобретению изготовлены на основе биосовместимых материалов, но предпочтительно, небиоразлагаемых материалов. Они предназначены для долгосрочного применения, например, в течение периода от нескольких дней до месяцев, и/или для квазистационарного применения, как например, для долгосрочной имплантации хирургических имплантатов и/или протезов. Однако настоящее изобретение применимо также и для биоразлагаемых материалов.

Имплантат содержит, по меньшей мере, один металл, выбранный из группы, состоящей из титана, титановых сплавов, хромовых сплавов, кобальтовых сплавов и нержавеющей стали. Сплав содержит, по меньшей мере, 50% масс. названного основного элемента. Некоторыми типичными примерами титановых сплавов являются TiAl6V4, TiAl6Nb7 и/или TiZr. Некоторыми характерными примерами хромовых сплавов являются CrNi и/или CrNiMo. Некоторыми типичными примерами кобальтовых сплавов являются CoCr и/или CoCrMo. Некоторыми характерными примерами нержавеющей стали являются марки 316L и/или 304. Следует подчеркнуть, что упомянутые выше сплавы представляют собой иллюстративные примеры и не ограничиваются приведенным перечнем.

Конкретно, устройство по изобретению адаптируют для выполнения любой из стадий способа по изобретению. В частности, способ по настоящему изобретению осуществим посредством устройства по изобретению. В частности, медицинское изделие по изобретению, например, имплантат, можно изготовить, предпочтительно изготовляют, посредством устройства по изобретению и/или способом по изобретению. Медицинское изделие, например, выполненное в виде имплантата, включает в себя поверхность, состоящую из оксидной пленки, которая частично покрыта островками антимикробного материала, предпочтительно серебра, и/или апатитом, предпочтительно ГА.

Далее настоящее изобретение поясняется более подробно на основе предпочтительных вариантов осуществления и со ссылкой на прилагаемые фигуры. Признаки различных вариантов осуществления можно объединять один с другим. Одинаковые номера позиций на фигурах обозначают одинаковые или аналогичные части.

Краткое описание чертежей

На фигурах показано:

на фиг. 1а схематически изображено устройство для изготовления покрытия по изобретению,

на фиг. 1b схематически показан первый вариант выполнения приспособления для электрического соединения медицинского изделия,

на фиг. 1с схематически показан второй вариант выполнения приспособления для электрического соединения медицинского изделия,

на фиг. 1d схематически показан третий вариант выполнения приспособления для электрического соединения медицинского изделия,

на фиг. 1е схематически отображен один из вариантов осуществления асимметричного распределения напряжения переменного тока

на фиг. If схематически отображен один из вариантов осуществления симметричного распределения напряжения переменного тока и

на фиг. 2а-10 представлены результаты нанесения покрытия Ag-TiO₂ по способу изобретения.

Подробно на фигурах показано:

на фиг. 2а-е: снимки наносеребряного покрытия, выполненные с использованием метода стереооптической микроскопии(а), метода СЭМ в режиме топографического контраста (b-с), метода СЭМ с наклонным объективом в режиме топографического контраста(ф, схематический чертеж превращенной поверхности в поперечном сечении (е),

на фиг. 3а-b: (а) снимок наносеребряного покрытия, полученный методом СЭМ в режиме химического контраста, (b) спектр светлой зоны, полученный методом EDX,

на фиг. 4а-b: анализ профилей распределения элементов по глубине наносеребряного покрытия, полученный методом XPS,

на фиг. 5а; стадии способа приготовления образцов для испытания на образование биопленки,

на фиг. 5b: количество бактерий, обнаруженное на наносеребре, стержнях из Ag и стержнях из сплава Ti после 12 ч инкубации,

на фиг. 6а-6е: стадии способа проведения испытания на быстрое размножение (а), интерпретация кривых роста (b-d), полученные экспериментальные результаты (е),

на фиг. 7: аналитические результаты, полученные методом GF-AAS, в псевдодинамической модели,

на фиг. 8: аналитические результаты, полученные методом GF-AAS, в статической модели,

на фиг. 9а-9b: снимки стержня с покрытием, выполненные с использованием метода стереооптической микроскопии, после испытания на изгиб,

на фиг. 10: снимок клеток ZK20 на наносеребряном покрытии, выполненный с использованием метода СЭМ и

на фиг. 11: дифрактограмма превращенной поверхности Ti с покрытием ГА, полученная методом XRD.

Соответственно, в связи с рисунками более подробно описаны предпочтительные, но носящие иллюстративный характер варианты осуществления изобретения.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 продемонстрировано устройство для изготовления покрытия по изобретению. Дальнейшее подробное описание ориентировано только на имплантат как один из примеров выполнения медицинского изделия. Например, для нанесения покрытия на хирургические имплантаты долгосрочной имплантации была разработана настоящая новая технология, основанная на способе плазменного электролитического оксидирования (ПЭО). ПЭО представляет собой электрохимический способ обработки поверхности для формирования оксидных покрытий на металлах. Поскольку через коллоидно-диспергированную систему 4 или ванну 4 с электролитом пропускают импульсный переменный ток высокого напряжения, образуется контролируемый плазменный разряд и на поверхности основы генерируются искры. Упомянутый плазменный разряд превращает поверхность металла в оксидное покрытие. Данное покрытие в сущности представляет собой продукт химического превращения основы и формируется по направлению и внутрь, и наружу от исходной поверхности металла. Вследствие того, что оно является конверсионным покрытием, а не осажденным (таким как покрытие, формируемое плазменным распылением), данное покрытие характеризуется высокой адгезией к металлу основы (смотрите фиг. 9а и 9b). При помощи указанной технологии можно наносить покрытия на сплавы основы в широком диапазоне.

Диспергированную систему 4 размещают в ванне 5. Имплантат 20 в качестве первого электрода 1 помещают в диспергированную систему 4. В примере осуществления имплантат 20 полностью погружают в жидкость 4, соответственно, в диспергированную систему 4. Второй электрод 2 помещают в виде чашки, также погруженной или помещенной в колл