СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОДЕГРАДИРУЕМЫХ ХИРУРГИЧЕСКИХ ИМПЛАНТАТОВ ИЗ ПОРОШКА МАГНИЯ Российский патент 2022 года по МПК A61F2/02 A61L31/02 A61L27/58 

Описание патента на изобретение RU2780427C1

Предлагаемое техническое решение относится к хирургическим имплантатам, а именно к способу изготовления хирургического биодеградируемого имплантата из магниевого сплава.

Известен способ получения пористого хирургического имплантата на основе фосфата кальция, включающий подготовку шихты, формование и обжиг, шихта при этом содержит порошок фосфата кальция и добавку, обеспечивающую порообразование, отличающийся тем, что используют фосфат кальция с мольным соотношением Са:Р в интервале 1,0-1,5, синтезированный соосаждением из растворимых солей кальция и растворимых фосфатов; в качестве добавки, обеспечивающей порообразование, используют ацетат щелочного металла, который при подготовке шихты смешивают с гидроксидом щелочного металла при соотношении ацетат: гидроксид щелочного металла в интервале 75:25-95:5; при этом смесь ацетата и гидроксида щелочного металла добавляют к порошку фосфата кальция в количестве 6-10 мас. %, а обжиг проводят при температуре 1050-1150°С [1]. Такой имплантат с течением времени после установки в организм человека в результате биохимических реакций со средами организма замещается новообразованными костными тканями и восстанавливает дефект в течение 2-3 месяцев.

Недостатками такой конструкции являются низкая несущая способность, быстрая ее потеря, которая может наступить до формирования на месте дефекта скелета новообразованных костных тканей, способных воспринимать полноценные нагрузки. Кроме того, затруднительно придавать имплантатам из такого материала необходимую форму механической обработкой, например, изготовить компрессионный винт. Как правило, имплантаты из фосфата кальция, гидроксиапатита и т.п.выполняют в виде блоков (цилиндров, призм и т.п.) различной простой геометрии и размеров.

Известен способ получения биодеградируемых имплантатов изополимераполигликолевой (PGA) и полимолочной (PLA) кислот в различных пропорциях для создания оптимального сополимера, который мог бы в достаточной степени удерживать отломки на протяжении 4-10 недель, а затем стремительно резорбироваться [2]. Однако несущая способность таких имплантатов не превышает 20-30 МПа, что ограничивает область их применения ненагруженными (слабонагруженными) фрагментами скелета.

Недостатки удалось устранить в способе изготовления медицинского имплантата из магниевого сплава, выбранного в качестве прототипа.

Способ включает следующие стадии:

a) плавку исходных компонентов сплава (шихты) при температуре от 700 до 900°С, перемешивание и гомогенизацию полученного расплава, получение магниевого сплава заданного химического и фазового состава, заливку расплава в формы при температуре от 700 до 900°С и затвердевание,

b) расплавление слитков полученного магниевого сплава с получением жидкого расплава,

c) атомизация расплава при температуре от 775 до 850°С и давлении распыляющего инертного газа от 17 до 23 бар (от 1,7 до 2,3 МПа) и одновременное охлаждение капель атомизированного расплава в атмосфере защитного газа до температуры ниже точки его затвердевания с получением частиц порошка формы, близкой к сферической,

d) формование из полученного порошка методом холодного изостатического прессования при давлении 100 бар (10 МПа) сырых прессовок,

e) экструдирование нагретых до температуры 300-400°С сырых прессовок с получением формованной заготовки,

f) получение медицинского имплантата из экструдированной заготовки известными методами обработки давлением или механической обработки резанием [3].

Недостатком прототипа является сложность его реализации, высокая трудоемкость и энергозатратность способа, что увеличивает стоимость его производства. Использование сложного нестандартного дорогостоящего оборудования (установка плавки в вакууме, атомайзер с инертным газом, установки ГИП, ХИП и т.д.) так же увеличивает себестоимость способа и конечной продукции. Сложный состав материала - 2,5-5,0 мас. % РЗЭ; 1,5-5,0 мас. % иттрия; 0,1-2,5 мас. % циркония - это все дорогостоящие компоненты. В то же время цинка - необходимого организмам и доступного элемента - всего 0,01-0,8 мас. %. Еще один недостаток известного способа - невысокие механические свойства получаемого материала - предел текучести не выше 260 МПа, а предел прочности при растяжении - 290 МПа, что связано с отсутствием операции спекания. Низкую коррозионную стойкость имплантата авторы прототипа пытаются компенсировать защитным покрытием, но при разрушении или повреждении покрытия идет катастрофическая объемная коррозия имплантата. Использование иттрия значительно удорожает стоимость конечной продукции.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение механической прочности, коррозионной стойкости материала имплантата (замедление скорости его биодеградации), упрощение и удешевление способа изготовления.

Задача изобретения решается следующим образом. В известном способе получения изготовления медицинского имплантата из порошка магния, включающем получение шихты на основе порошка магния с добавками технологической смазки и легирующих компонентов, прессование, экструдирование, прессование заготовки ведут при давлении 200-400 МПа, полученную заготовку спекают при температуре 600-640°С, спеченную заготовку доуплотняют при давлении 600-800 МПа, доуплотненную заготовку нагревают до температуры 400-450°С и подвергают экструзии.

Прессование при давлении 200-400 МПа, спекание при температуре 600-640°С обеспечивают повышенную плотность и прочность заготовки и материала в целом в сравнении с прототипом и, следовательно, меньшую скорость биодеградации (биокоррозии) в организме. Доуплотнение спеченной заготовки при давлении 600-800 МПа дополнительно повышают плотность и прочность материала. Нагрев перед экструзией доуплотненной заготовки до температуры 400-450°С (выше, чем в прототипе) облегчает проведение экструзии, деформацию микроструктуры, измельчение зерна и снижает брак. Все в целом способствует достижению задачи изобретения.

Частным случаем является способ, в котором качестве легирующих компонентов используют цинк, который вводят в магний в количестве 3-6 мас. %.

Применение в качестве легирующих добавок порошка цинка, который вводят в порошок магния в количестве 3-6 мас. % обеспечивает при сохранении необходимых механических свойств дополнительное снижение скорости биодеградации по сравнению с прототипом и существенное снижение стоимости исходных материалов при этом.

Частным случаем является способ, в котором спекание ведут в аргоне.

Спекание в аргоне обеспечивает дополнительно решение задачи изобретения т.к. по сравнению со спеканием в вакууме и дешевле, и предохраняет от испарения части магния в процессе спекания.

Частным случаем является способ, в котором экструзию ведут при степени деформации 60-80%.

Экструзия при степени деформации 60-80% достаточна для формирования мелкозернистой структуры с требуемыми механическими свойствами и стойкостью к биокоррозии, и не столь энергозатратна, как это становится при степени деформации больше 80%, кроме того, в этом случае возрастает и брак.

Пример осуществления способа

Весовым методом подготовили компоненты исходной шихты - порошки магния и 5 мас. % легирующего компонента (в данном примере цинка) и 0,5% технологической смазки (например, воск, стеарат цинка и т.д.). Затем типовым смесителем (например, двухконусным, типа «пьяная бочка» и т.п.) произвели их перемешивание до получения гомогенной шихты. Порцию готовой шихты засыпали в металлическую пресс-форму (возможно использование эластичной оболочки), а потом формовали заготовку при давлении 300 МПа, которую затем спекали при температуре 640°С в течение 25 минут. Спеченную заготовку доуплотнили при давлении 800 МПа, нагрели после доуплотнения до температуры 450°С и экструдировали. После охлаждения из прутковой заготовки было вырезано несколько образцов одинаковых размеров. Два из которых были подвергнуты дополнительно нескольким видам механической обработки. Остальные образцы тестировались на механическую и химическую стойкость.

Полученные образцы успешно выдержали резку, точение, сверление центрального отверстия, выдавливание внутреннего шестигранника, нарезание наружной резьбы. Механическая прочность образца возросла на 20% по сравнению с прототипом. Коррозионная стойкость образца увеличилась на 35% по сравнению с прототипом, объемная коррозия отсутствует.

Данное изобретение может быть реализовано на типовом промышленном оборудовании.

Источники информации

1. RU 2392007 С2 2009.

2. Clay Taylor G. Absorbable fixation devices // McGlamry's Comprehensive Textbook of Foot and Ankle Surgery. - 1990. - P. 116-119.

3. RU 2608152 C2 2015 (прототип).

Похожие патенты RU2780427C1

название год авторы номер документа
СПЕЧЕННЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 1991
  • Троицкий В.Н.
RU2016114C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОРЕЗОРБИРУЕМОГО ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ МАГНИЯ С ПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ 2020
  • Подгорбунский Анатолий Борисович
  • Машталяр Дмитрий Валерьевич
  • Гнеденков Андрей Сергеевич
  • Филонина Валерия Станиславовна
  • Синебрюхов Сергей Леонидович
  • Гнеденков Сергей Васильевич
RU2759548C1
Способ изготовления фрикционных изделий 2019
  • Лешок Андрей Валерьевич
  • Ильющенко Александр Федорович
  • Роговой Александр Николаевич
RU2812246C2
Способ изготовления составной антифрикционной детали 1988
  • Артес Алексей Эдуардович
  • Баблоян Ашот Ваганович
  • Володин Юрий Владимирович
  • Горбач Сергей Петрович
  • Зеленов Юрий Иванович
  • Зухер Марк Семенович
  • Нистратов Юрий Семенович
  • Осокин Валерий Валентинович
  • Серов Евгений Соломонович
  • Степнов Сергей Александрович
SU1600933A1
Способ получения спеченных изделий из материалов на основе железа 1982
  • Авербух Ефим Данилович
  • Андрушевич Андрей Александрович
  • Волчек Анатолий Яковлевич
  • Фрайман Леонид Ильич
  • Звонарев Евгений Владимирович
SU1119776A1
Способ получения низкотемпературного биорезорбируемого композиционного материала на основе гидроксиапатита, армированного частицами магния с помощью электроимпульсного метода компактирования для применения в качестве имплантата при остеосинтезе 2021
  • Крохичева Полина Алексеевна
  • Хайрутдинова Динара Рустамовна
  • Гольдберг Маргарита Александровна
  • Казакова Виктория Николаевна
  • Шортников Дмитрий Павлович
  • Баринов Сергей Миронович
  • Комлев Владимир Сергеевич
RU2760096C1
Способ изготовления спеченных изделий из железохромистых композиций 1982
  • Авербух Ефим Данилович
  • Волчек Анатолий Яковлевич
  • Гребнев Николай Прокопьевич
  • Дорошкевич Евгений Адамович
  • Фрайман Леонид Ильич
SU1044433A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МЕДИ 1994
  • Дорофеев Ю.Г.
  • Сергеенко С.Н.
  • Гриценко С.В.
RU2061581C1
Способ изготовления фрикционного изделия 2020
  • Савич Вадим Викторович
  • Лешок Андрей Валерьевич
  • Ильющенко Александр Федорович
  • Роговой Александр Николаевич
RU2757822C1
Способ получения биодеградируемого сплава на основе железа с эффектом памяти формы для изготовления костных имплантатов 2021
  • Кадиров Пулат Оманович
  • Жукова Юлия Сергеевна
  • Дубинский Сергей Михайлович
  • Караваева Мария Артёмовна
  • Пустов Юрий Александрович
  • Прокошкин Сергей Дмитриевич
RU2778932C1

Реферат патента 2022 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОДЕГРАДИРУЕМЫХ ХИРУРГИЧЕСКИХ ИМПЛАНТАТОВ ИЗ ПОРОШКА МАГНИЯ

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способу получения хирургического биодеградируемого имплантата из порошка магния. Способ включает приготовление шихты на основе порошка магния с добавками технологической смазки и легирующих компонентов. Способ включает прессование, экструдирование. Шихту прессуют при давлении 200-400 МПа. Полученную прессовку спекают при температуре 600-640°С. Полученную спеченную заготовку доуплотняют при давлении 600-800 МПа, нагревают доуплотненную заготовку до температуры 400-450°С и подвергают экструзии. В качестве легирующих компонентов используют цинк в количестве 3,5,6 мас. %. Экструзию ведут при степени деформации 60-74,76-80%. Техническим результатом является повышение механической прочности, коррозионной стойкости материала имплантата (замедление скорости его биодеградации), упрощение и удешевление способа изготовления. 1 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 780 427 C1

1. Способ получения хирургического биодеградируемого имплантата из порошка магния, включающий приготовление шихты на основе порошка магния с добавками технологической смазки и легирующих компонентов, прессование, экструдирование, отличающийся тем, что шихту прессуют при давлении 200-400 МПа, полученную прессовку спекают при температуре 600-640°С, полученную спеченную заготовку доуплотняют при давлении 600-800 МПа, нагревают доуплотненную заготовку до температуры 400-450°С и подвергают экструзии, при этом в качестве легирующих компонентов используют цинк в количестве 3,5,6 мас. %, а экструзию ведут при степени деформации 60-74, 76-80%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спекание ведут в атмосфере аргона.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2022 года RU2780427C1

Савич В.В
и др
// Влияние режимов прессования шихты на основе порошка магния и атмосферы спекания на физико-механические свойства прототипов биодеградируемых имплантатов // Порошковая металлургия
Способ восстановления спиралей из вольфрамовой проволоки для электрических ламп накаливания, наполненных газом 1924
  • Вейнрейх А.С.
  • Гладков К.К.
SU2020A1
- С
Способ подпочвенного орошения с применением труб 1921
  • Корнев В.Г.
SU139A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕДИЦИНСКОГО ИМПЛАНТАТА ИЗ МАГНИЕВОГО СПЛАВА 2012
  • Нойберт Волкмар
  • Шафан Роберт
RU2608152C2
CN 0101156960 B, 17.11.2010
KR 101485296 B1, 21.01.2015
ПОРТАТИВНЫЙ ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ РЕСПИРАТОР И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 2018
  • Вирр, Александер
  • Као, Дан
  • Сноу, Джон Майкл
  • Джонсон, Дамиан Чарльз
  • Орапинпатипат, Чайут
  • Рат-Мэй, Миллен Джеймс
RU2757182C1
CN

RU 2 780 427 C1

Авторы

Савич Вадим Викторович

Тарайкович Александр Михайлович

Шеко Геннадий Анатольевич

Тарусов Игорь Николаевич

Голодок Роберт Петрович

Бордаков Виктор Николаевич

Воробьев Сергей Николаевич

Даты

2022-09-23Публикация

2021-10-25Подача