ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2284792

ИМПЛАНТАТ ЗУБНОЙ ИЗ ИЗОТРОПНОГО ПИРОЛИТИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА
Имя изобретателя: Татаринов Валерий Федорович
Имя патентообладателя: Татаринов Валерий Федорович
Адрес для переписки: 440047, г.Пенза, а/я 1342
Дата начала действия патента: 2005.04.27
Изобретение относится к
медицинской технике и может быть
использовано в стоматологии для
восстановления частичных и полных дефектов
зубных рядов. Технический результат -
повышение прочности и надежности зубных
имплантатов из углеродсодержащих
материалов. Имплантат зубной
цилиндрический эндоссальный изготовлен из
монолитного изотропного пиролитического
углерода, без легирующих элементов или
легированного бором или кремнием, с
пределом прочности на изгиб не менее 300 МПа.
При изготовлении зубных имплантатов из
изотропного пиролитического углерода
будет решена задача создания прочного,
надежного, технологичного и доступного по
цене имплантата для восстановления
частичных и полных дефектов зубных рядов.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к
медицинской технике и может быть
использовано в стоматологии для
восстановления частичных и полных дефектов
зубных рядов.
Проблема разработки биосовместимых
материалов для стоматологических
имплантатов всегда была самой важной и
трудной. Материалы, из которых
изготавливают стоматологические
имплантаты, должны удовлетворять ряду
требований:
- Отсутствие токсичности и коррозии
- Прочность
- Технологичность
- Близкие к естественным тканям
физические свойства.
Несоответствие материала хотя бы по
одному из параметров снижает
функциональную ценность имплантата и сроки
его функционирования. Оптимальное
сочетание характеристик материала
обеспечивает биосовместимость (в т.ч.
биомеханическую) имплантата.
Известные материалы для
стоматологических имплантатов можно
классифицировать как биоинертные (титан и
его сплавы, цирконий, корундовая керамика,
тантал, углерод), биотолерантные (нержавеющая
сталь, хромкобальтовые сплавы и др.) и
биоактивные (покрытия имплантатов
гидроксилапатитом, кальцийфосфатной
керамикой и др.). Биотолерантные материалы
практически не применяются в настоящее
время, так как не пригодны для целей
имплантации ввиду отсутствия
биоинертности [1].
Применение металлических имплантатов
всегда осложняется гальваноэлектрическими
явлениями, приводящими к металлозу
окружающих тканей и коррозии деталей.
Металлам свойственно вызывать резорбцию
костной ткани. Различие физико-механических
свойств металлов и костной ткани приводит к
расшатыванию имплантатов и необходимости
их ревизии (повторных операций).
Керамика отличается хрупкостью при
ударной нагрузке и недостаточной
технологичностью.
Процесс совершенствования материалов для
имплантатов продолжается, однако в
сложившейся на сегодняшний день практике
имплантологии используются в подавляющем
большинстве металлические имплантаты (в
основном - титановые).
Развитие техники получения
многочисленных видов углеродных
материалов наряду с выявленной
совместимостью с живой тканью привело к
активизации исследований, разработке новых
и композиционных материалов на основе
углерода для медицины. К настоящему времени
достоверно установлено, что углеродные
материалы не имеют конкурентов по степени
удовлетворения биохимических и физико-механических
требований, предъявляемым к медицинским
изделиям.
К этим требованиям относятся:
- отсутствие токсичности и
канцерогенности;
- неизменность под воздействием
биологических сред произвольной
активности;
- отсутствие коррозионных явлений при
контакте с живыми тканями;
- близость физико-механических свойств;
- отсутствие усталостных напряжений и, как
следствие, долговечность имплантата;
- наличие у поверхности имплантата
остеогенной активности;
- низкий износ в условиях трения и
индифферентность продуктов износа,
накапливающихся в лимфатических узлах;
- способность стимулировать рост тканей
или регенерацию основной ткани;
- электропроводность, близкая к тканевой,
без выделения ионов в окружающую среду;
- возможность получения поверхности
практически любого класса чистоты и
простого изготовления пористой структуры;
- безусловной и быстрой стерилизации
любого вида.
Материалы, используемые для изготовления
эндопротезов и имплантатов, по величине
нормального электрохимического потенциала
в плазме крови можно расположить в
следующий ряд: стеклоуглерод (+0,329МВ),
платина (+0.332МВ), золото (+0,334МВ), пирографит
(+0,344МВ). Известно, что стеклоуглерод
обладает аморфной структурой, а пирографит
близок к монокристаллу. Можно сказать, что
таким образом все углеродные материалы с
различной структурой, имея нормальный
электрохимический потенциал в пределах от
+0,329МВ до +0,344МВ, т.е. сравнимый с этими
показателями наиболее пассивных из всех
элементов золота и платины. Углеродные
материалы в настоящее время наиболее
близки по электрохимическому потенциалу к
биологической среде живого организма.
Как показали морфологические
исследования, проведенные на кроликах в
Московском научно-исследовательском
институте глазных болезней им.Гемгольца с
использованием прочного мелкодисперсного
графита МПГ-6, синтактической углеродной
пены, углеродного войлока Карботекстим-М и
углеродной ткани ТГН-2М, все углеродные
материалы в течение года не отторгались, не
изменяли своей формы и обрастали
соединительной пленкой белкового
происхождения.
Поэтому по показателям биосовместимости,
токсичности и коррозии углеродные
материалы являются одними из лучших для
использования в качестве имплантатов.
Известны зубные имплантаты из
стеклоуглерода и углерод-углеродного
композиционного материала [2]. Прочность
стеклоуглерода составляет в среднем около
80 МПа, а углерод-углеродного
композиционного материала в среднем около
100 МПа. Недостатком данных зубных
имплантатов является их недостаточная
прочность и повышенная хрупкость
стеклоуглерода.
Известен зубной имплантат в виде
лопаточки на основе пиролитического
графита [3]. Этот имплантат, выбранный в
качестве прототипа, состоит из графитового
внутреннего слоя и покрытия из изотропного
пиролитического углерода. Расчетные
значения напряжений при изгибе составляют
примерно 340 МПа для наружного покрытия и 55
МПа для внутреннего графитового слоя.
Толщина наружного покрытия составляет
около 250 мкм. Более толстое покрытие нельзя
делать из-за высокой твердости покрытия и
возможности его растрескивания.
Недостатком данного имплантата является
также сложность и высокая стоимость
изготовления цилиндрических имплантатов.
Из-за указанных недостатков имплантаты из
углеродных материалов не нашли широкого
применения.
Целью изобретения является повышение
прочности и надежности зубных имплантатов
из углеродсодержащих материалов.
Достижение цели в повышении прочности и
надежности зубных имплантатов из
углеродсодержащих материалов,
обеспечивается тем, что имплантат зубной
цилиндрический эндоссальный изготовлен из
монолитного изотропного пиролитического
углерода, без легирующих элементов или
легированного бором или кремнием с
пределом прочности на изгиб не менее 300 МПа.
Перечисленные отличия предлагаемого
зубного имплантата сообщают ему ряд важных
преимуществ по сравнению с прототипом.
Изотропный пиролитический углерод
получают путем совместного пиролиза
углеводородов с галогенидами металлов или
без них. Изотропный пиролитический углерод
имеет однородную, изотропную,
мелкокристаллическую структуру.
Изотропный пиролитический углерод
благодаря своим уникальным свойствам (высокая
плотность, прочность, износостойкость,
биологическая совместимость с кровью и
тканями организма) нашел применение в
медицине. Из него изготавливают основные
элементы искусственных клапанов сердца.
Основные физико-механические и
теплофизические свойства изотропного
пиролитического углерода приведены в
таблице 1.
Физико-механические свойства изотропного
пиролитического углерода наиболее близки к
свойствам кости и зубов, как это показано в
таблице 2. Из таблицы видно, что физико-механические
свойства титана на порядок выше свойств
кости и зубов. Поэтому при одинаковых
деформациях в титане и кости будут
возникать различные напряженные состояния,
что и является основной причиной
расшатывания металлических имплантатов.
Использование изотропного
пиролитического углерода для изготовления
зубных имплантатов позволит значительно
увеличить их прочность, надежность и
долговечность.
Еще одним из преимуществ изготовления
имплантатов из изотропного
пиролитического углерода является их
технологичность и относительно низкая
стоимость. Изотропный пиролитический
углерод обрабатывается на токарных,
фрезерных, сверлильных, шлифовальных и
полировальных станках с помощью
стандартных режущих инструментов.
Мелкозернистая структура изотропного
пиролитического углерода позволяет
изготавливать изделия толщиной 0.8-1 мм с
кромками 0.03 мм и получать поверхности 12-13
класса чистоты. Кроме этого, самым важным
является возможность непосредственной
доработки имплантата в любые сроки и
моменты перед протезированием по объемным
параметрам.
Реализуют предлагаемое изобретение
следующим образом.
Из изотропного пиролитического углерода,
полученного по описанной выше технологии, с
пределом прочности на изгиб не менее 300 МПа
путем круглого шлифования изготавливают
цилиндрические зубные имплантаты.
Имплантат моется в специальном растворе в
ультразвуковой ванне при температуре около
100°С. После окончательной очистки имплантат
упаковывается и стерилизуется или в
потребительской таре, или непосредственно
перед операцией любым методом.
Операция установки имплантата
производится следующим образом.
На предварительном этапе пациенту
проводится санация полости рта,
выполняются клинико-биохимические и
лабораторные тесты, бактериологический
контроль, рентгенограммы челюстей,
уточняется аллергический анализ. Совместно
с ортопедом стоматологом обсуждаются
детали дентальной имплантации.
Непосредственно перед операцией
проводится гигиена полости рта
антисептиками, дважды обрабатывается кожа
лица спиртом, премедикация по известным
схемам. Под местной анестезией рассекается
десна до 0.5-0.8 см альвеолярного гребня,
выполняется отслойка слизисто-надкостичного
лоскута (его краев). Специальными сверлами (фрезами)
диаметрами, например, 2,4; 3,4; 4,0 мм
последовательно делается костный канал по
длине (10-12 мм) и диаметру (например, 4,0 мм)
эндоссальной части дентального имплантата
из изотропного пиролитического углерода.
Частота оборотов сверла 250-300 оборотов в
минуту с непрерывным орошением (охлаждением)
раствором антисептика. С помощью
направителя, молотка и других специальных
инструментов дентальный имплантат "всаживается"
с натягом в костный канал. В течение 3-5 дней
проводятся симптомитическая терапия,
антибиотики. Контрольный осмотр проводится
через неделю и через месяц с
бактериологическими тестами. Через 1,5-3
месяца выполняется протезирование.
Имеется первый опыт использования зубных
имплантатов из изотропного
пиролитического углерода в клинической
практике [4]. Срок наблюдения уже около 5 лет
с положительным результатом.
При изготовлении зубных имплантатов из
изотропного пиролитического углерода
будет повышена прочность, надежность и
технологичность имплантатов для
восстановления частичных и полных дефектов
зубных рядов.
Таблица 1 |
Физико-механические и
теплофизические свойства изотропного
пиролитического углерода |
№ пп |
Характеристика |
Свойства |
1 |
Плотность, г/см
3 |
1.90-2.05 |
2 |
Микротвердость, МПа |
1000-1500 |
3 |
Предел прочности при
изгибе, МПа |
300-360 |
4 |
Предел прочности при
сжатии, МПа |
650-720 |
5 |
Модуль упругости, ГПа |
22.9-23.1 |
6 |
Коэффициент
теплопроводности, Вт/мх°К |
23-25 |
7 |
Коэффициент теплового
линейного расширения, °К-1 293-473°К |
5.5×10-6 |
8 |
Удельное
электросопротивление, Ом×м |
(1.4-1.5)×10 -5 |
Таблица 2 |
Физико-механические
свойства материалов |
Модуль упругости, МПа |
Коэффициент Пуассона |
Материал |
20 |
0,3 |
Периодонт |
1500 |
0,3 |
Губчатая кость |
15000 |
0,3 |
Кортикальная кость |
20000 |
0,3 |
Дентин |
16000-25000 |
0,3 |
Изотропный
пиролитический углерод |
110000 |
0,35 |
Титан |
ИСточники информации
1. Мушеев И.У., Олесова В.Н., Фрамович 0.3.
Практическая дентальная имплантология.
Парадиз, 2000.
2. Jenkins G.M., Grigson C.J. "The fabrication of artifacts out of
glassy carbon and carbon-fiber-reinforced carbon for biomedical applications"
// J. Biomed. Mater. Res., 1979, 13, №3, 371-394.
3. Shim Hong S. "The strength of LTI carbon dental implants" // J.
Biomed. Mater. Res., 1977, 11, №3, 435-445 (Прототип).
4. Татаринов В.Ф., Олейников М.К. Применение
углеситалла для зубных имплантатов: Тез.
докл. Международная научно-техническая
конференция «Современные материалы и
технологии - 2002». - Пенза, 28-31 мая 2002. - с.43-45.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Имплантат зубной цилиндрический
эндоссальный из углеродсодержащего
материала, отличающийся тем, что он
изготовлен из монолитного изотропного
пиролитического углерода без легирующих
элементов или легированного бором или
кремнием с пределом прочности на изгиб не
менее 300 МПа.
Версия для печати
Дата публикации 03.06.2007гг
s=
вверх
|