Среди большого разнообразия материалов, используемых в различных областях техники, выделяются материалы, важнейшим требованием к которым является совместимость с живыми тканями биосовместимость), а функционируют они в условиях контакта с достаточно агрессивной биологической средой организма и под воздействием меняющихся по величине и направлению нагрузок. 

Детали из таких материалов, представляющие собой искусственные органы (эндопротезы), имеют сложную форму и часто отличаются малыми размерами и имеют низкую технологичность.

Характерными представителями таких деталей являются внутрикостные дентальные (стоматологические) имплантаты (рис. 1.3) [2-5].

 

Для увеличения нажмите на картинку

 

 

Рис. 1.3. Внутрикостные имплантаты с плазмонапыленными высокопористыми биокомпозиционными покрытиями: а – цилиндрические; б - пластинчатые

 

Исправление дефектов зубных рядов при помощи дентальных имплантатов является одной из важных и перспективных проблем современной стоматологии, т.к. потребность в зубном протезировании имеют до 40% взрослого населения. Дальнейшее развитие имплантологии ставит перед исследователями ряд проблем, связанных с разработкой биологически активных пористо-порошковых покрытий на поверхности имплантатов, вводимых в костную ткань.

В последнее время отмечается значительный интерес к изучению возможности использования синтетических аналогов неорганических составляющих костной ткани - гидроксиапатита (ГА) и трикальцийфосфата (ТКФ) для внутрикостной имплантации. Эти материалы (особенно первый) обладают не только прекрасной биосовместимостью, т.к. наиболее близки по составу к минеральному компоненту костной ткани, имеющей стехиометрическое кальций-фосфорное отношение, равное 1,67, но способны легко рассасываться в костной ткани, активно стимулируя при этом костеобразование.

Однако их серьезным недостатком является низкая механическая прочность. Поэтому непрерывно ведутся работы по совершенствованию и созданию новых технологий нанесения биоактивных покрытий на основу имплантата.

При этом приходится решать сложный комплекс технических, медицинских и биологических проблем:

взаимодействие живых тканей с материалом имплантата;

токсикологические, канцерогенные и коррозионные свойства;

необходимость придания естественной формы и цвета зубному протезу;

технологичность при обработке; экономичность;

стойкость к истиранию, стерилизуемость, низкая теплопроводность.

В целом задача имплантологии состоит в разработке методов получения эффективных композиций для решения конкретной медицинской задачи, т.е. стоит вопрос о создании функциональных металлических имплантатов с особыми свойствами.

Как показывают исследования, решить перечисленные проблемы можно путем применения имплантатов сложной структуры, состоящих из металлической основы, системы переходного пористого слоя и тонкого биокерамического слоя. Чтобы костная ткань хорошо прорастала через пористую структуру имплантата, пористость переходного слоя должна быть не менее 30% от общего объема, а размер пор 230-350 мкм. Поры должны быть открытыми и сообщаться друг с другом.

Последними исследованиями на подопытных животных при использовании имплантатов с различной пористостью установлено, что остеоинтеграция напрямую зависит как от общей пористости, так и от среднего размера пор покрытия.

Т.е. различия в характеристиках пористой структуры и морфологии имплантата вызывают неравномерность врастания костной ткани, что осложняет функционирование протеза в челюсти пациента из-за неравномерности демпфирующих характеристик и, следовательно, неоднозначности восприятия жевательных нагрузок челюстью пациента.

Плазменное напыление является наиболее перспективным способом получения биологически активных покрытий на стоматологических имплантатах с требуемым комплексом свойств. Важнейшими требованиями, предъявляемыми к этим покрытиям, являются высокая адгезия к основному материалу, строго определенная пористая структура и суммарная пористость.

Установлено, что плазмонапыленные покрытия из гидроксиапатита имеют достаточно высокую адгезию, сопоставимую с таковой для титановых порошков. Считается, что это может быть объяснено получением более развитой поверхности при помощи плазменной технологии.

Так, если исходный материал имеет удельную поверхность около 10 м2/г, то у плазмонапыленного покрытия она больше почти в 10 раз [1] при пористости 50-60%. Суммарный объем пор составляет 0,56 см3/г, 78% от которого составляют микропоры с радиусом 0,1-0,01 мкм, хотя присутствуют и поры 200-350 мкм, т.е. структура довольно неоднородная.

Изложенное свидетельствует о необходимости изучения влияния технологических режимов напыления на пористую структуру биокомпозиционных покрытий с целью установления возможности их формирования с вполне определенными пористыми и морфологическими характеристиками, что обеспечит их оптимальную интеграцию с костной тканью [1]. При этом необходимо разработать метод изготовления имплантатов, обеспечивающий наряду с высокой пористостью необходимую адгезию и точность размера.

 

Авторы:

Н.В. Протасова, В.М. Таран, А.В. Лясникова, О.А. Дударева, И.П. Гришина "Технологическое обеспечение качества плазменных покрытий на основе применения комбинированных физико-технических методов активации поверхности"

Литература

1. Лясникова А.В. Обоснование и реализация комбинированной механической и физико-химической обработки титановых деталей в ультразвуковом поле с учетом электроплазменного напыления композиционных покрытий: дис. ... д-ра техн. наук. – Саратов, 2009. – 320 с.
2. Стоматологические имплантаты. Исследование, разработка, производство, клиническое применение / А.В. Лясникова, А.В. Лепилин, Н.В. Бекренев, Д.С. Дмитриенко. – Саратов: СГТУ, 2006. - 254 с.
3. Электроплазменное напыление в производстве внутрикостных имплантатов / К.Г. Бутовский, А.В. Лясникова, А.В. Лепилин и др. – Саратов: СГТУ, 2006. – 200 с.
4. Лясникова А.В., Дмитриенко Т.Г. Биосовместимые материалы и покрытия нового поколения: особенности получения, наноструктурирование, исследование свойств, перспективы клинического применения. – Саратов: Научная книга, 2011. – 220 с.
5. Лясникова А.В., Лясников В.Н., Дмитриенко Т.Г. Материалы и покрытия в медицинской практике. – Саратов: Научная книга, 2011. - 300 с.