Un procedimiento para alterar la composición de la superficie de una pieza de aleación de níquel titanio para aumentar la biocompatibilidad,

que comprende la implantación de nitrógeno u oxígeno en la superficie de la pieza de aleación de níquel titanio por la implantación y deposición iónica por inmersión en plasma, en el que la energía de la especie incidente usada para el tratamiento de la superficie de los materiales oscila entre 500 eV y 100 keV para la implantación y deposición iónica por inmersión en plasma

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los materiales con memoria de forma como las aleaciones de níquel titanio (NiTi) son materiales prometedores para implantes quirúrgicos en ortopedia debido a su efecto de memoria de forma (SME) y superelasticidad (SE) únicos que otros materiales ortopédicos comunes como los aceros inoxidables y las aleaciones de titanio no poseen. Sus propiedades mecánicas están también más cerca de las de los huesos corticales que los aceros inoxidables y las aleaciones de titanio. Los materiales presentan una resistencia superior al desgaste con respecto a las aleaciones de CoCrMo usadas en la fijación en traumatismos óseos. También se han investigado otras diversas propiedades favorables de los materiales, y también se ha informado sobre una buena biocompatibilidad. Sin embargo, también se han señalado algunos efectos negativos. Por ejemplo, Berger-Gorbet y col. han comprobado que el proceso de osteogénesis y la actividad de síntesis de la osteonectina en aleaciones de NiTi son desfavorables en comparación con los aceros inoxidables y las aleaciones de titanio.1 Jia y col. en su estudio revelaron que la tasa de muerte celular era severa en aleaciones de NiTi.2

Se cree que estos problemas se originan de la pobre resistencia a la corrosión de los materiales, que puede llevar a un aumento de su citotoxicidad. Es más probable que algunos componentes tóxicos liberados del sustrato causen la muerte celular más que la apoptosis.3 Shih y col. informaron que los productos sobrenadantes y corrosivos de NiTi pueden dar como resultado la muerte de células de músculo liso, especialmente cuando la cantidad de níquel liberado es mayor de 9 ppm.4 Algunos otros estudios también han informado que los iones de níquel 5,6 lixiviados de las aleaciones causan reacciones alérgicas en pacientes hipersensibles al níquel.7-10 Mientras que la homogeneidad de las microestructuras de materiales y la morfología de la superficie pueden alterar la capacidad de anticorrosión de las aleaciones de NiTi, no hay duda de que la resistencia a la corrosión y las propiedades anti-desgaste de los materiales se deben mejorar antes de que los materiales puedan ser ampliamente usados clínicamente, especialmente como implantes ortopédicos con acoplamientos donde se espera rozamiento.

Los carburos y nitruros de titanio tienen propiedades mecánicas y químicas excelentes, por ejemplo, buena resistencia al desgaste, inactivos con numerosas sustancias químicas y excelente dureza [11-16]. Se conoce que los óxidos de titanio son bastante compatibles con los tejidos vivos [17-20]. También son inactivos a muchas reacciones químicas. En las industrias de recubrimiento de superficies, estos elementos se han aplicado para mejorar las propiedades mecánicas y de corrosión de los sustratos mediante diversos procedimientos [21-25] durante un periodo de tiempo.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La invención proporciona un procedimiento para alterar la composición de la superficie de una pieza de aleación de níquel titanio para aumentar la biocompatibilidad, que comprende la implantación de nitrógeno u oxígeno en la superficie de la pieza de aleación de níquel titanio por la implantación y deposición iónica por inmersión en plasma o técnicas basadas en haces de iones y plasma relacionadas como la deposición en fase vapor asistida por plasma (PECVD), la deposición física de vapor (PVD),y la deposición química de vapor (CVD), en el que la energía del espécimen incidente usado para el tratamiento de la superficie del material oscila entre 500 eV y 100 keV para la implantación y deposición iónica por inmersión en plasma.

La invención también proporciona implantes ortopédicos, vasculares, y esofágicos hechos de los materiales anteriores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1. Es un gráfico de perfiles de profundidad de Ni obtenidos de las muestras con superficie tratada con PIII de nitrógeno, acetileno y oxígeno y del control.

Figura 2. Incluye fotomicrografías de NiTi tratado y no tratado (control) tras dos días de cultivo de células que muestra los osteoblastos de ratón que expresan EGFP. (A) Aleación de NiTi sin tratamiento de la superficie, (B) con implantación PIII de nitrógeno, (C) con implantación PIII de acetileno, y (D) con implantación PIII de oxígeno.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN

Los materiales con memoria de forma como las aleaciones de níquel titanio (NiTi) son materiales útiles en las aplicaciones biomédicas debido a sus propiedades únicas. Sin embargo, para el uso prolongado en un cuerpo humano, el deterioro de la resistencia a la corrosión de los materiales pasa a ser una cuestión crítica, debido a la posibilidad de iones deletéreos liberados del sustrato a los tejidos vivos. Por lo tanto, los presentes inventores sugirieron el uso de la implantación y deposición iónica por inmersión en plasma y técnicas basadas en haces de iones y plasma relacionadas para implantar algunos otros elementos, como C2H2, N2, y O2, a sustratos de NiTi para alterar la resistencia a la corrosión y las propiedades de desgaste de las aleaciones. Los presentes inventores han demostrado con éxito que la resistencia a la corrosión y las propiedades de desgaste de las aleaciones con memoria de forma de níquel titanio se pueden mejorar mediante la implantación de nitrógeno, carbono y oxígeno en la superficie del sustrato. Adicionalmente, con el uso de la implantación o deposición iónica por inmersión en plasma, también se pueden reducir o mejorar las propiedades biológicas como la osteoconductividad y la hidrofilicidad.

La invención proporciona un procedimiento para alterar la composición de la superficie de una pieza de aleación de níquel titanio para aumentar la biocompatibilidad, que comprende la implantación de nitrógeno u oxígeno en la superficie de la pieza de aleación de níquel titanio por la implantación y deposición iónica por inmersión en plasma, en el que la energía del espécimen incidente usado para el tratamiento de la superficie oscila entre 500 eV y 100 keV para la implantación y deposición iónica por inmersión en plasma. La aleación de níquel titanio es preferentemente una aleación con memoria de forma, y tiene un contenido de níquel que oscila entre aproximadamente el 20-80% de níquel y el 80-20% de titanio. La implantación de elementos en la superficie mejora las propiedades mecánicas de la aleación, como la hidrofilicidad, la resistencia a la corrosión y al desgaste. La pieza de aleación de níquel titanio se puede reducir o mejorar. En la práctica de la invención, la implantación y deposición iónica por inmersión en plasma o técnicas basadas en haces de iones y plasma relacionadas como la deposición en fase vapor asistida por plasma (PECVD), la deposición física de vapor (PVD), y la deposición química de vapor (CVD) pueden reducir, poner fin a o evitar que los iones deletéreos sean liberados del sustrato de los materiales con memoria de forma. Los materiales pueden ser biomateriales usados para ortopedia, urología, cirugía vascular, cirugía hepatobiliar o cirugía esofágica. La energía de la especie incidente usada para el tratamiento de la superficie de los materiales oscila entre 500 eV y 100 keV para la implantación y la deposición. Preferentemente, la energía del tratamiento de la superficie de los materiales oscila entre 500 eV y 1000eV para la implantación y la deposición. La corriente continua se aplica con los parámetros de repetición de 0 Hz con duración de pulso ‘infinita' a 5000 Hz. El material implantado es una fuente de nitrógeno, una fuente de carbono, o una fuente de oxígeno en forma gaseosa, líquida, o sólida. La fuente de nitrógeno es un gas de nitrógeno. La fuente de carbono es acetileno o un derivado del mismo. La fuente de oxígeno es un gas de oxígeno.

El procedimiento se puede usar para hacer un implante ortopédico, vascular, o esofágico.

Con el fin de facilitar un entendimiento de los principios de la implantación y deposición iónica por inmersión en plasma o técnicas basadas en haces de iones y plasma relacionadas como la deposición en fase vapor asistida por plasma (PECVD), la deposición física de vapor (PVD), y la deposición química de vapor (CVD) en la superficie de materiales con memoria de forma como Ti - 50,8% en aleación de Ni, se describirán las formas de realización preferidas específicas de la invención.

La Figura 1 indica los perfiles de concentración de Ni de las muestras con... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para alterar la composición de la superficie de una pieza de aleación de níquel titanio para aumentar la biocompatibilidad, que comprende la implantación de nitrógeno u oxígeno en la superficie de la pieza de aleación de níquel titanio por la implantación y deposición iónica por inmersión en plasma,

en el que la energía de la especie incidente usada para el tratamiento de la superficie de los materiales oscila entre 500 eV y 100 keV para la implantación y deposición iónica por inmersión en plasma.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la aleación de níquel titanio es una aleación con memoria de forma, y tiene un contenido de níquel que oscila entre el 20-80% de níquel y el 80-20% de titanio.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la implantación de elementos en la superficie mejora las propiedades mecánicas de la aleación.

4. Un procedimiento según la reivindicación 3, en el que las propiedades mecánicas de la superficie incluyen la hidrofilicidad, la resistencia a la corrosión y al desgaste.

5. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que la bioactividad de la aleación de níquel titanio se reduce o se mejora.

6. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que la implantación y deposición iónica por inmersión en plasma o técnicas basadas en haces de iones y plasma relacionadas como la deposición en fase vapor asistida por plasma (PECVD), la deposición física de vapor (PVD), y la deposición química de vapor (CVD) reducen los iones de Ni liberados del sustrato de los materiales con memoria de forma.

7. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que los materiales son biomateriales usados para ortopedia, urología, cirugía vascular, cirugía hepatobiliar o cirugía esofágica.

8. Un procedimiento según la reivindicación 6, en el que la energía de la especie incidente usada para el tratamiento de la superficie de los materiales oscila entre 500 eV y 1000 eV para la implantación y la deposición.

9. Un procedimiento según la reivindicación 6, en el que la corriente continua se aplica con los parámetros de repetición de 0 Hz con duración de pulso infinita a 5000 Hz.

10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el material implantado es una fuente de nitrógeno o una fuente de oxígeno.

11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la fuente de nitrógeno es un gas de nitrógeno.

12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la fuente de oxígeno es un gas de oxígeno.

13. Un implante ortopédico hecho de acuerdo con el procedimiento de la reivindicación 1.

14. Un implante vascular hecho de acuerdo con el procedimiento de la reivindicación 1.

15. Un implante esofágico hecho de acuerdo con el procedimiento de la reivindicación 1.

16. Un procedimiento según la reivindicación 9, en el que los elementos están en forma gaseosa forma líquida, forma sólida, o una composición de las mismas.