ТРАВИТЕЛЬ ДЛЯ ТИТАНА Российский патент 2013 года по МПК C09K13/04 C23F1/30 C01G23/00 A61L27/06 

Изобретение относится к области медицины и предназначено для подготовки поверхности титановых имплантатов перед нанесением биоактивных покрытий на поверхность имплантата.

Известен травитель для титана [RU №2314772 С2, МПК А61С 8/00 (2006.01), A61L 27/54 (2006.01) A61F 2/02 (2006.01) опубликован 20.01.2008], содержащий фтористоводородную кислоту, концентрацией 0,1-0,5 М. Обработку поверхности имплантата проводят при комнатной температуре (24±1°C) в течение 60-180 с.

Недостатком данного травителя является высокая токсичность фтористоводородной кислоты, имеющей сравнительно высокие значения парциальных давлений паров при комнатной температуре, равные 2-5 мм.рт.ст (226,64-666,52 Па). Кроме этого при обработке таким травителем на поверхности имплантата формируется остаточный слой из фторидов титана низшей валентности - ди- и трифторида титана, которые труднорастворимы и могут оказывать негативное воздействие на биоактивное покрытие и живой организм в целом.

Известен химический травитель для титана, [Усова В.В. Травление титана и его сплавов. - М.: Машиностроение, 1984. - 128 с. - С.43], состоящий из следующих компонентов: фосфорная кислота 2-6,8 н (0,2-2%) и фторид аммония 1-5 н (0,1-0,5%)

Недостатками известного травителя являются высокая скорость травления титана, трудности регулирования толщины стравливаемого слоя, высокая неоднородность микрорельефа и образование остаточного слоя из низших фторидов титана.

Известен селективный травитель для титана [RU №2396093 C1, МКП A61L 27/06 (2006/01). C25F 3/02 (2006.01), опубликован 10.08.2010], выбранный в качестве прототипа, состоящий из следующих компонентов:

Фосфорная кислота 17-68 Фторид аммония 0,008-0,02 Этиленгликоль 2-10 Вода остальное.

Присутствующий в травителе фторид аммония, в пределах, заявленных в патенте концентраций, активизирует процесс травления, но не оказывает существенного влияния на скорость процесса. Однако на поверхности титана образуется остаточный слой содержащий ионы фтора, что может привести к воспалительным процессам и некрозу живой ткани.

Задачей указанного изобретения является получение селективного травителя для титановых имплантатов, имеющего небольшую скорость травления, позволяющего регулировать толщину стравливаемого слоя и не образующего остаточного слоя из низших фторидов титана. А также создавать на поверхности микрорельеф (до 9 мкм) и остаточный слой, состоящий из нестехиометрических фосфатов титана, которые обеспечивают химическое сродство к фосфорсодержащим биоактивным покрытиям из гидроксиапатита, являющегося основным веществом костной ткани.

Поставленная задача достигается тем, что травитель для титана, содержащий фосфорную кислоту, окислитель и воду.

Согласно изобретению содержит фосфорную кислоту и пероксид водорода при следующих количественных соотношений компонентов, масс.%:

Фосфорная кислота 23-65 Пероксид водорода 3-30 Вода остальное

При обработке титановых имплантатов заявляемым травителем на их поверхности создается микрорельеф, обеспечивающий хорошее сцепление биоактивного покрытия с имплантатом. Имеет небольшую скорость травления, позволяющая регулировать толщину стравливаемого слоя. На поверхности титана из-за высокой концентрации фосфорной кислоты формируется остаточный слой, состоящий из нестехиометрических фосфатов титана, которые обеспечивают химическое сродство к фосфорсодержащим биоактивным покрытиям из гидроксиапатита, являющегося основным веществом костной ткани

Для получения предложенного травителя приготавливали три смеси ингредиентов, отличающихся содержанием фосфорной кислоты, пероксидом водорода и воды.

Используемые реактивы для составления травителя имели квалификацию «чда» и исходные концентрации, мас.%: фосфорной кислоты - 85; пероксид водорода - 35.

В качестве образцов для химического травления использовали пластины титана ВТ1-0 (10×10), механически полированные. Образцы титана перед химическим травлением обезжиривали при кипячении последовательно в двух порциях четыреххлористого углерода в течение 10 мин. Образец взвешивали, помещали в травитель на 2-10 мин. После заданного времени травления образец промывали тремя порциями дистиллированной воды, сушили в кипящем изопропиловом спирте и взвешивают.

Контроль поверхности образца осуществляли на металлографическом микроскопе «МЕТАМ» при 1000-кратном увеличении.

Методика исследования химического селективного травления образцов для всех составов смесей одинакова.

Пример 1. Из ингредиентов приготавливали смесь, при следующих количественных соотношений компонентов, масс.%:

Фосфорная кислота 23 Пероксид водорода 3 Вода остальное

Образец титана погружали в полученную смесь и, непрерывно перемешивали раствор, выдерживали в нем образец 10 мин.

Скорость травления составляла - 0,36 мкм/мин

Величина ямок травления - до 6 мкм

Толщина слоя нестехиометрических фосфатов - 0,5 мкм

Пример 2. Из ингредиентов приготавливали смесь, при следующих количественных соотношений компонентов, масс.%:

Фосфорная кислота 45 Пероксид водорода 15 Вода остальное

Образец титана погружали в полученную смесь и, непрерывно перемешивали раствор, выдерживали в нем образец 10 мин.

Скорость травления составляла - 0,8 мкм/мин

Величина ямок травления - до 8 мкм

Толщина слоя нестехиометрических фосфатов - 0,8 мкм

Пример 3. Из ингредиентов приготавливали смесь, при следующих количественных соотношений компонентов, масс.%:

Фосфорная кислота 65 Пероксид водорода 30 Вода остальное

Образец титана погружали в полученную смесь и, непрерывно перемешивали раствор, выдерживали в нем образец 10 мин.

Скорость травления составляла - 0,95 мкм/мин

Величина ямок травления - до 9 мкм

Толщина слоя нестехиометрических фосфатов - 1,6 мкм

Диапазон концентраций компонентов определяли, исходя из оптимальных значений скорости травления для лучшего регулирования толщины стравливаемого слоя и микрорельефа поверхности, а также для формирования остаточного слоя из нестехиометрических фосфатов титана.

При концентрации фосфорной кислоты в травителе меньше 20 масс.% скорость травления мала, микрорельеф поверхности выражен неявно, поэтому необходимо увеличивать время травления. Но при увеличении времени травления микрорельеф получается без выраженных ямок травления. Сглаживание поверхности имплантата ухудшает адгезию покрытия.

При концентрации кислоты больше 65 масс.%. поверхность титана ингибируется плотным слоем образовавшихся фосфатов титана, который затрудняет дальнейшее травление и формирование микрорельефа на поверхности.

При концентрации пероксида водорода менее 3 масс.% травление замедляется, что увеличивает процесс формирования необходимого микрорельефа во времени. При концентрации пероксида водорода более 30 масс.% скорость травления возрастает, процесс при этих условиях лимитируется диффузией реагентов к поверхности травления и травитель становиться полирующим.

Изобретение предназначено для подготовки поверхности титана перед нанесением биоактивных покрытий на поверхность имплантата. Травитель для титановых имплантатов содержит фосфорную кислоту, окислитель и воду при следующих количественных соотношениях компонентов, мас.%: фосфорная кислота 23-65, пероксид водорода 3-30, вода - остальное. Изобретение позволяет получить селективный травитель для титана, имеющий небольшую скорость травления, позволяющий регулировать толщину стравливаемого слоя и образующий остаточный слой из нестехиометрических фосфатов титана, обеспечивающих химическое сродство к фосфорсодержащим биоактивным покрытиям из гидроксиапатита, являющегося основным веществом костной ткани. 3 пр.

Травитель для титана, содержащий фосфорную кислоту, окислитель и воду, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют пероксид водорода при следующих количественных соотношениях компонентов, мас.%:
Фосфорная кислота 23-65 Пероксид водорода 3-30 Вода Остальное