PROCEDIMIENTO DE RECUBRIMIENTO DE SUSTRATOS CON MATERIAL BASADO EN CARBONO.

Procedimiento de recubrimiento de sustratos con material basado en carbono que comprende los pasos siguientes:

a) recubrimiento al menos parcial de un sustrato que es resistente a la temperatura bajo condiciones de carbonización y se selecciona de entre los miembros del grupo que consta de implantes médicos, componentes de microelectrónica o micromecánica, anillos Raschig, rellenos Sulzer, sistemas de cartuchos y filtros o materiales aislantes, siendo el sustrato además seleccionado de entre los miembros del grupo que consta de metales, aleaciones, vidrio, sustancia ósea o imitaciones de hueso hechas a base de carbonato cálcico, así como combinaciones de los mismos, con una película de polímero en al menos una superficie exterior del sustrato, y a continuación

b) carbonización de la película de polímero en una atmósfera de gas inerte a temperaturas situadas dentro de la gama de temperaturas que va desde 200ºC hasta 2500ºC

Procedimiento de recubrimiento de sustratos con material basado en carbono.

La presente invención se refiere a un procedimiento de recubrimiento de sustratos con material basado en carbono mediante recubrimiento al menos parcial de un sustrato con una película de polímero en al menos una de sus superficies exteriores y subsiguiente carbonización de la película de polímero en una atmósfera de gas inerte a temperaturas situadas dentro de la gama de temperaturas que va desde 200ºC hasta 2500ºC.

El carbono pirolítico es conocido desde hace mucho tiempo como material de alta resistencia y resistente a la abrasión con una gran variabilidad de propiedades. Debido a su estructura y a sus composiciones el carbono pirolítico es biocompatible, por lo cual hace mucho tiempo que se le usa como material o material de recubrimiento en la técnica médica, en particular para la fabricación de implantes corporales médicos de todo tipo. El carbono pirolítico con estructura turboestratificada, dado el caso con inclusión de microcristales de carbono aleados con silicio, se usa por ejemplo para el recubrimiento de stents o también para la fabricación de válvulas cardíacas artificiales. Así describe por ejemplo la Patente US 6.569.107 stents intraluminales recubiertos con carbono en los cuales el material de carbono fue aplicado mediante métodos de deposición química o física en fase de vapor (CVD o PVD). En la DE 3902856 se describen cuerpos de forma que contienen pirocarbono y se fabrican mediante coquización de objetos de fibra de carbono, infiltración de pirocarbono y subsiguiente sellado de la superficie con carbono depositado por CVD. La DE 100 51 910 A1 describe la fabricación de membranas a base de una matriz básica laminar tipo papel de fibras pirolizables, tratándose primeramente esta matriz básica bajo condiciones de pirólisis y depositándose a continuación por CVD sobre la matriz básica ya sea precursores de cerámica o bien precursores de carbono.

La GB 1.513.235 se refiere a una prótesis de carbono reforzado con fibra de carbono, que puede estar provista de distintos recubrimientos, entre otros de óxido de aluminio, PTFA o cerámica.

La US 3.526.005 finalmente se refiere al recubrimiento por CVD de una prótesis con carbono pirolítico.

La deposición de carbono pirolítico bajo condiciones de PVD o de CVD exige la cuidadosa selección de adecuados precursores de carbono gaseosos o vaporizables que se depositan a altas temperaturas y en parte bajo condiciones de plasma en una atmósfera de gas inerte o de alto vacío sobre un sustrato.

Se describen además de ello en el estado de la técnica distintos procedimientos de deposición catódica en alto vacío para la fabricación de carbono pirolítico de diversa estructura; véase por ejemplo la US 6.355.350.

Es común a todos estos procedimientos del estado de la técnica el hecho de que la deposición de sustratos de carbono tiene lugar bajo extremas condiciones de temperatura y/o presión y con un cuidadoso y complejo control del proceso.

Además, debido a los distintos coeficientes de dilatación térmica del material de sustrato y de la capa de carbono aplicada por CVD a menudo se logra en el estado de la técnica tan sólo una escasa adherencia de la capa al sustrato, produciéndose desconchamientos, agrietamientos y en general empeoramientos de la calidad superficial.

Hay por consiguiente necesidad de procedimientos económicos y de sencilla aplicación para el recubrimiento de sustratos con material basado en carbono que estén en condiciones de proporcionar por ejemplo recubrimientos superficiales biocompatibles de material de carbono o sustratos recubiertos con carbono para aplicaciones microelectrónicas.

La finalidad de la presente invención es por consiguiente la de aportar un procedimiento de recubrimiento de sustratos con material basado en carbono en el que baste con utilizar materiales de partida económicos y variables de muchas maneras y en el que se usen unas condiciones de procesamiento controlables de manera sencilla.

Otra finalidad de la presente invención es la de aportar sustratos recubiertos con material basado en carbono destinados a ser usados en la técnica médica, y en particular para implantes médicos de distintas clases cuyas propiedades superficiales puedan ser conveniente y adecuadamente adaptadas a la respectiva finalidad de uso.

Una finalidad adicional de la presente invención consiste en aportar un procedimiento de fabricación de sustratos recubiertos con carbono para aplicaciones microelectrónicas.

Las finalidades anteriormente mencionadas son alcanzadas según la invención con un procedimiento según la reivindicación 1. Se desprenden de las reivindicaciones dependientes formas de realización preferidas del procedimiento según la invención.

Dentro del marco de la presente invención se descubrió que pueden fabricarse de manera sencilla productos recubiertos con carbono por el procedimiento de en primer lugar recubrir superficialmente un sustrato ya existente al menos parcialmente con una película de polímero que es a continuación carbonizada o pirolizada a altas temperaturas en una atmósfera de gas inerte.

Dentro del marco de la presente invención se entiende por carbonización o también por pirólisis la parcial descomposición térmica o coquización de compuestos de partida con contenido de carbono que por regla general son materiales polímeros hechos a base de hidrocarburos que tras la carbonización dejan altos porcentajes de carbono amorfo.

Sustratos

Los sustratos que pueden ser usados según la invención pueden comprender todos los materiales en esencia resistentes a la temperatura, es decir los materiales que bajo las condiciones de carbonización o pirólisis que se utilizan son resistentes y preferiblemente presentan estabilidad de forma. Son ejemplos de los sustratos que pueden ser usados según la invención los metales, las aleaciones, el vidrio, la piedra, los minerales, la sustancia ósea y las imitaciones de hueso hechas a base de carbonato cálcico y materiales similares.

El procedimiento según la invención conduce a la obtención de recubrimientos con extremada capacidad de carga mecánica y resuelve en particular el problema de las deslaminaciones de los sustratos recubiertos convencionales, que bajo fuertes solicitaciones mecánicas de torsión, tracción y dilatación tienden habitualmente a la abrasión de los recubrimientos aplicados secundariamente.

Para los materiales para los sustratos recubiertos según la invención, y en particular también para los que están destinados a finalidades médicas, son adecuados todos los materiales que se usan habitualmente en el ámbito médico y odontológico, como por ejemplo metales tales como titanio, platino, paladio, oro y aleaciones tales como p. ej. aleaciones de cromo-cobalto, sustancia ósea e imitaciones de hueso a base de carbonato cálcico, así como combinaciones de los mismos.

Los sustratos pueden presentar casi cualesquiera formas externas, siempre que puedan ser recubiertos con una película de polímero en al menos una de sus superficies exteriores. Son ejemplos preferidos de sustratos utilizables según la invención los implantes médicos, como por ejemplo prótesis y sustitutos de articulaciones, implantes óseos, articulaciones artificiales de la cadera e implantes en hueso de cadera, dispositivos utilizables intraluminalmente tales como stents, como por ejemplo stents metálicos tales como stents de Nitinol y stents de polímero, y medios auxiliares quirúrgico-ortopédicos tales como placas, clavos y tornillos para huesos.

En formas de realización preferidas de la presente invención los sustratos a recubrir comprenden a los stents, y en particular a los stents metálicos.

Son adicionales ejemplos de sustratos utilizables según la invención componentes del campo de la microelectrónica y la micromecánica, materiales de construcción tales como cerámica metálica en vidrio y piedra y anillos Raschig, rellenos Sulzer, sistemas de cartuchos y filtros y materiales aislantes.

Películas de polímero

Según el procedimiento según la invención los sustratos resistentes a la temperatura se recubren con una o varias películas de polímero en al menos una de sus superficies exteriores al menos parcialmente o por regla general en toda su superficie exterior en determinadas aplicaciones preferidas, como por ejemplo en el caso de los dispositivos médicos.

En una forma de realización de la invención...

1. Procedimiento de recubrimiento de sustratos con material basado en carbono que comprende los pasos siguientes:

a) recubrimiento al menos parcial de un sustrato que es resistente a la temperatura bajo condiciones de carbonización y se selecciona de entre los miembros del grupo que consta de implantes médicos, componentes de microelectrónica o micromecánica, anillos Raschig, rellenos Sulzer, sistemas de cartuchos y filtros o materiales aislantes, siendo el sustrato además seleccionado de entre los miembros del grupo que consta de metales, aleaciones, vidrio, sustancia ósea o imitaciones de hueso hechas a base de carbonato cálcico, así como combinaciones de los mismos, con una película de polímero en al menos una superficie exterior del sustrato, y a continuación

b) carbonización de la película de polímero en una atmósfera de gas inerte a temperaturas situadas dentro de la gama de temperaturas que va desde 200ºC hasta 2500ºC.

2. Procedimiento según la reivindicación 1,

caracterizado por el hecho de que la película de polímero comprende aditivos seleccionados de entre los miembros del grupo que consta de cargas, agentes formadores de poros, extensores, lubricantes, pigmentos, óxidos de silicio, óxidos de aluminio, aluminosilicatos, óxidos de circonio, óxidos de titanio, talco, grafito; negro de humo, ceolita, materiales de arcilla, filosilicatos, fullerenos, catalizadores, nanopartículas, materiales nanocompuestos inorgánicos, metales, sales metálicas y compuestos metálicos.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por el hecho de que la película de polímero comprende hojas delgadas seleccionadas de entre los miembros del grupo que consta de homopolímeros o copolímeros de poliolefinas alifáticas o aromáticas tales como polietileno, polipropileno, polibuteno, poliisobuteno, polipenteno; polibutadieno; polivinilos tales como cloruro de polivinilo o alcohol polivinílico, ácido poli(met)acrílico, poliacrilonitrilo, poliamida, poliéster, poliuretano, poliestireno, politetrafluoroetileno, ceras, ceras de parafina, ceras de Fischer-Tropsch y mezclas y combinaciones de estos homopolímeros o copolímeros.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2,

caracterizado por el hecho de que la película de polímero es una película de laca hecha a base de una laca con una base de aglutinante de cera alquídica, clorocaucho, resina epoxi, resina de acrilato, resina fenólica, resina amínica, base de aceite, nitrobase, poliéster, poliuretano, alquitrán, materiales alquitranosos, pez de brea, betún, almidón, celulosa, goma laca, ceras, materiales orgánicos hechos a base de materias primas postexpansibles, o combinaciones de los mismos.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por el hecho de que el material basado en carbono es a continuación de la carbonización sometido a un tratamiento posterior oxidante y/o reductor.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por el hecho de que a continuación de la carbonización el material basado en carbono es modificado mediante implantación de iones o mediante un procedimiento de CVD para la deposición de carbono y/o cerámica.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por el hecho de que el sustrato está seleccionado de entre implantes médicos seleccionados de entre los miembros del grupo que consta de stents, tornillos, clavos o placas quirúrgico-ortopédicos para huesos, prótesis y sustitutos de articulaciones.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por el hecho de que el sustrato recubierto es cargado con sustancias activas o microorganismos.

9. Procedimiento según la reivindicación 8,

caracterizado por el hecho de que las sustancias activas aplicadas pueden ser liberadas de manera apropiada en un ambiente de uso.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por el hecho de que la carbonización se efectúa a temperaturas de 200º a 1200ºC.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por el hecho de que la carbonización se realiza en una atmósfera de gas inerte seleccionado de entre los miembros del grupo que consta de nitrógeno y/o argón.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por el hecho de que el recubrimiento basado en carbono resultante presenta un contenido de carbono de al menos un 50% en peso, preferiblemente de al menos un 60% en peso, y con particular preferencia de al menos un 75% en peso.