Método de generación de una estructura superficial.

Método para producir una estructura de superficie (1b) que comprende las siguientes etapas:

- proporcionar un sustrato

(2) que tiene la superficie (1) a tratar;

- irradiar una parte o zona de la superficie (1) con un haz (13) de un láser ultravioleta pulsado (12) que proyecta una marca (14) sobre la superficie (1), de modo que la densidad de energía por pulso varía de 0,003 a 0,5 microjulios por micrómetro cuadrado;

- mover la marca (14) sobre la superficie (1) a tratar;

- repetir la irradiación un cierto número de veces;

caracterizado porque el láser UV pulsado (12) tiene una longitud de pulso de 5 a 10 picosegundos y una frecuencia de pulso de 200 a 300 kilohercios.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09160436.

Solicitante: Swiss Micro Laser GmbH.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: Luegisland 2-4 8143 Stallikon SUIZA.

Inventor/es: VAN MERKSTEIJN, JACOBUS LAMBERTUS, BAK,MARCO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA > CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE > FILTROS IMPLANTABLES EN LOS VASOS SANGUINEOS; PROTESIS;... > A61F2/00 (Filtros implantables en los vasos sanguíneos; Prótesis, es decir elementos de sustitución o de reemplazo para partes del cuerpo; Dispositivos para unirlas al cuerpo; Dispositivos para mantener la luz o para evitar que se colapsen las estructuras tubulares del cuerpo, p. ej. stents (como artículos cosméticos, ver las subclases apropiadas, p. ej pelucas, postizos, A41G 3/00, A41G 5/00, uñas artificiales A45D 31/00; prótesis dentales A61C 13/00; materiales para prótesis A61L 27/00; corazones artificiales A61M 1/10; riñones artificiales A61M 1/14))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > B23K26/00 (Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte o taladrado)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte... > B23K26/06 (Determinación de la configuración del haz de rayos, p. ej. con ayuda de máscaras o de focos múltiples)

PDF original: ES-2514521_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Método de generación de una estructura superficial.
Ilustración 2 de Método de generación de una estructura superficial.
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Método de generación de una estructura superficial.

Fragmento de la descripción:

Método de generación de una estructura superficial

La invención se refiere a un método de generación de estructuras superficiales. Estas estructuras de superficie se usan por ejemplo en implantes de hueso, en los que elementos de titanio o de aleaciones de titanio se insertan parcial o completamente en un hueso. Con el fin de fortalecer la unión entre el tejido del hueso y el implante y con el fin de estimular el crecimiento del tejido del hueso sobre y en la estructura de la superficie, se hace rugosa la estructura superficial del implante. Una manera de hacer rugosa la superficie de tales implantes es aplicar técnicas de Incidencia de partículas como el granallado. Otra técnica que se aplica para hacer rugosa la superficie es el grabado de la misma.

Por ejemplo, en implantes dentales, con el fin de generar una rugosidad adecuada en la estructura de la superficie, se realiza un proceso en dos etapas. En primer lugar, se obtiene una estructura superficial rugosa haciendo incidir partículas, mientras que luego se superpone a ella una rugosidad mucho más fina sobre la estructura superficial rugosa mediante grabado. Estas técnicas, sin embargo, tienen graves inconvenientes. Por ejemplo, cuando se hace incidir el material con partículas, algo de este material se quedará detrás de la superficie, lo cual produce una contaminación no deseada. Tal contaminación, en el caso de implantes en huesos es, evidentemente, muy indeseable.

Un inconveniente de la técnica de grabado es que el proceso de grabado es muy difícil de controlar y, además, el grabado provoca que las sustancias de grabado agresivas corroan y reaccionen con la superficie. De manera similar, estas sustancias pueden introducir contaminación en la estructura de la superficie.

En lugar de ello, se ha propuesto como alternativa (véase el documento de la patente de Estados Unidos US-A-2005 0211680) realizar un grabado de la superficie inducido por láser. Aunque esta técnica ha probado dar mejores resultados, respecto de la contaminación, el grado de rugosidad de la estructura superficial deja aún margen de mejora.

El objeto de la invención es proporcionar un método alternativo de generar una estructura superficial que palie los inconvenientes de la técnica actual, manteniendo a la vez las ventajas de la misma y/o mejorándola. Este objeto se alcanza mediante un método para producir una estructura de superficie en el que se proporciona un sustrato que tiene una superficie a tratar en el que una parte de la superficie se irradia con un haz de un láser ultravioleta pulsado que proyecta una marca sobre la superficie, en el cual el láser UV pulsado tiene una longitud de pulsos de 5 a 10 picosegundos y una frecuencia de pulsos de 200 a 300 kilohercios, en el cual la densidad de energía por pulso varía de 0,003 a 0,5 microjulios por micrómetro cuadrado, en el que la marca se mueve sobre la superficie a tratar y en el que la irradiación se puede repetir un cierto número de veces. El número de veces o número de ciclos de irradiación se puede ajustar al desarrollo de la estructura durante los ciclos de irradiación precedentes. Por ejemplo, si una estructura no está todavía bien desarrollada, entonces se puede aplicar otro ciclo. La energía liberada por pulso puede ser aproximadamente de 5 a 12 microjulios y el tamaño de la marca puede ser de aproximadamente 5 a 40 micrómetros de diámetro. Una ventaja de esta técnica es que se puede proporcionar un sustrato con diferentes estructuras superficiales especializadas, lo cual es extremadamente difícil con las técnicas de grabado o de granallado.

En una realización preferida, la marca se mueve sobre la superficie con una velocidad de 10 a 100 mm por segundo. Se demuestra que con tal velocidad la generación de salientes y protuberancias sobre la superficie resulta ser la más ventajosa.

La longitud de onda del láser puede estar entre 200 y 1100 nm, de modo que se pueden obtener resultados prometedores por ejemplo con longitudes de onda entre 200 y 400 nm, tal como por ejemplo con una longitud de onda de 355 nm. Estas longitudes de onda proporcionan suficiente energía para conformar la superficie en cuestión.

En otra realización preferida, el sustrato comprende al menos un componente escogido en el grupo constituido por metales, no metales, silicio, cerámicas, compuestos metálicos, compuestos de no metales, carbono, compuestos que contienen carbono o aleaciones. Aquí, la cerámica puede por ejemplo tener un componente escogido en el grupo formado por carburo de silicio, nitruro de silicio, un carburo metálico, un nitruro metálico, un nitruro de un no metal, un carburo de un no metal, carbono, un óxido metálico o un óxido de un no metal. Estos compuestos son relativamente inertes y, como tales, difíciles de proporcionar con tratamientos superficiales. Debido a su naturaleza inerte, estos compuestos se pueden aplicaren aplicaciones in-vivo como implantes.

En otra realización preferida adicional, la marca de irradiación se mueve sobre la superficie del sustrato según un patrón o plantilla, de tal forma que la estructura de la superficie varía a lo largo de la superficie. Utilizando este patrón, se puede proporcionar una estructura específica en áreas escogidas, mientras que en otras áreas se pueden producir estructuras diferentes o, cuando es aplicable, incluso ninguna.

Preferentemente, la estructura superficial comprende una estructura abierta submicrométrica que tiene abultamientos y prominencias colocadas al azar de diámetro entre 0,1 y 10 micrómetros y una rugosidad obtenida

debido a estos abultamientos de más menos 0,5 micrómetros a más menos 15 micrómetros, en una dirección perpendicular a la superficie.

En una realización preferida, al menos una parte de los abultamientos y prominencias de la estructura superficial comprende una parte que sobresale por encima, lo que proporciona mejores propiedades de enlace. Estas zonas o partes que sobresalen pueden proporcionar espacios de engranaje que proporcionan mejores propiedades de enlace.

Preferentemente, la densidad y las dimensiones de los abultamientos y prominencias varían a lo largo de la superficie. Con esta variación, se pueden proporcionar varias estructuras con propiedades diferentes. En otra realización preferida, se proporciona un implante de hueso con la estructura superficial descrita anteriormente.

A continuación se aclarará la invención con las siguientes figuras en las cuales:

La figura 1 representa una vista en sección de una estructura de superficie de acuerdo con la técnica actual.

Las figuras 2 a 4 representan vistas superiores a diferentes aumentos de una imagen de microscopía electrónica de una estructura de superficie como se aplica habitualmente en la técnica.

La figura 5 representa una vista esquemática tridimensional del método según la invención.

La figura 6 representa una estructura de superficie obtenida según una primera realización de la invención.

Las figuras 7 a 9 representan vistas superiores a diferentes aumentos de una imagen de microscopía electrónica de una estructura de superficie obtenida según una realización adicional de la invención.

Las figuras 10 a representan vistas superiores a diferentes aumentos de una imagen de microscopía electrónica de una estructura de superficie obtenida según una realización adicional de la invención.

Las figuras 14 a 17 representan vistas superiores a diferentes aumentos de una imagen de microscopía electrónica de una estructura de superficie obtenida según otra realización adicional de la invención.

Las figuras 18 y 19 representan diferentes aumentos de una imagen de microscopía electrónica en vista superior de una superficie sin tratar.

Las figuras... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método para producir una estructura de superficie (1b) que comprende las siguientes etapas:

- proporcionar un sustrato (2) que tiene la superficie (1) a tratar;

- irradiar una parte o zona de la superficie (1) con un haz (13) de un láser ultravioleta pulsado (12) que proyecta una 5 marca (14) sobre la superficie (1), de modo que la densidad de energía por pulso varía de 0,003 a 0,5 microjulios por

micrómetro cuadrado;

- mover la marca (14) sobre la superficie (1) a tratar;

- repetir la irradiación un cierto número de veces;

caracterizado porque el láser UV pulsado (12) tiene una longitud de pulso de 5 a 10 picosegundos y una frecuencia 10 de pulso de 200 a 300 kilohercios.

2. Método según la reivindicación 1, en el que la marca (14) se mueve sobre la superficie (1) a una velocidad de 10 a 100 mm por segundo.

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la longitud de onda del láser (12) es de 200 a 1100 nanómetros.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el sustrato (2) comprende al menos

un componente escogido en el grupo que consiste en metales, no metales, silicio, cerámicas, compuestos metálicos, compuestos de no metales, compuestos que contienen carbono o aleaciones.

5. Método según la reivindicación 4, en el que la cerámica comprende un componente escogido en el grupo formado por: carburo de silicio, nitruro de silicio, carburos de metales, nitruros de metales, nitruros de no metales,

carburos de no metales, carbono, óxidos metálicos u óxidos de no metales.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la marca de irradiación (14) se mueve sobre la superficie (1) del sustrato (2) según un patrón tal que la estructura (1b) de la superficie (1) varía a lo largo de la superficie.