Método para formar un revestimiento bioactivo.

Un método para la oxidación electrolítica con plasma de un recubrimiento bioactivo en un implante (4),

que incluye:

Facilitar que el implante (4) se recubra en una solución electrolítica (3), dicha solución electrolítica (3)para proporcionar iones Ca y P;

Conectar dicho implante (4) a una fuente de alimentación (1);

proporcionar un contraelectrodo (5) en dicha solución electrolítica (3); y

Aplicar una secuencia de impulsos de tensión en dicho implante (4) y contraelectrodo (5), dichasecuencia de impulsos de tensión tienen una polaridad alterna y amplitudes de voltaje para generar lasdescargas de plasma en la superficie del implante;

Con la característica de que ese impulso de tensión tiene una duración de 0.5-20 milisegundos

Método para formar un revestimiento bioactivo ANTECEDENTES

[001] La presente invención se refiere a un método para formar un recubrimiento bioactivo y, en concreto, un método de formación de un recubrimiento superficial en implantes intraóseos de titanio y de aleación de titanio que promueve la bioactividad. Dichos implantes se utilizan en varias aplicaciones ortopédicas, por ejemplo, como en los implantes de sustitución de cadera.

[002] En esta conexión, los implantes intraóseos de titanio (o implantes Ti) , formados de titanio (Ti) o aleaciones de titanio, se utilizan ampliamente en la práctica médica actual debido a su alto ratio fuerza/peso, excelente resistencia a la corrosión y un alto nivel de biocompabilidad. Sin embargo, debido a su inherente naturaleza bioinerte del Ti, la rehabilitación post-operatorio puede ser un proceso lento debido a los bajos niveles de la adhesión hueso-implante. En consecuencia, un paciente típico puede necesitar hasta 6 meses o más antes de que la adhesión hueso-implante haya alcanzado una fuerza de trabajo suficiente y durante este periodo el implante es proclive a fallar incluso bajo una carga mecánica baja.

[003] Un problema adicional con los implantes de Ti se refiere a las diferencias de rigidez de Ti y el hueso. Durante los ciclos de carga, por ejemplo cuando un usuario está caminando, la diferencia en la rigidez produce microdesplazamientos en la interfaz entre el hueso y el implante que, a su vez, conduce a un preocupante desgaste del implante de Ti por fatiga. Este desgaste deriva en el liberación de restos de Ti en el cuerpo del paciente, lo cual puede influir en el sistema inmunitario y, en último lugar, podría llevar a un rechazo del implante.

[004] Los problemas de desgaste indicados anteriormente se han tratado previamente mediante la aplicación de recubrimientos duros, como TiN o por medio de oxidación de la superficie utilizando técnicas térmicas o electroquímicas. Sin embargo, mientras que estos tratamientos anteriores aumentan la dureza de la superficie del implante y, por tanto, proporcionan una resistencia al desgaste mejorada, no proporcionan ninguna mejora en la bioactividad del Ti. En consecuencia, siguen existiendo los problemas de adhesión hueso-implante descritos.

[005] Como una solución a estos problemas de adhesión hueso-implante, se han propuesto varios métodos para mejorar las propiedades bioactivas del implante mediante el depósito de materiales que tienen una composición química similar al hueso o tienen una estructura que promueve la osteoinducción y la osteointegración. Los materiales idóneos similares al hueso incluyen fosfatos de calcio con ratios de Ca a P que varían entre 1.4-2, por ejemplo, apatitas y, en concreto, hidroxiapatitas (HAs, Ca:P = 1.4 - 1.67) , y fosfatos tricálcicos y tetracálcicos (TCPs, Ca:P = 1.5 y TTCP, Ca :P = 2) .

[006] Anteriormente, dichos recubrimientos se aplicaron pulverizando materiales en polvo precursores en la superficie del implante. Sin embargo, dichos métodos de recubrimiento resultaron en capas gruesas de superficie no uniforme (normalmente > 50 micrones) con una baja adhesión entre el recubrimiento y el implante. Además, también hay problemas con la descomposición parcial de elementos bioactivos. Es más, el método de recubrimiento por pulverización no es adecuado para componentes de tamaño pequeño o geométricamente complejos, especialmente aquéllos con elevados requisitos de precisión, dado que el grosor del recubrimiento variará según la exposición de la superficie del implante al pulverizador. Esto lleva a una no uniformidad muy pronunciada y, por tanto, impide que los recubrimientos por pulverización se utilicen con implantes intraóseos modernos y, concretamente, implantes de cadera, que a menudo tienen geometrías complejas.

[007] También se han propuestos métodos alternativos de recubrimiento, por ejemplo, se han utilizado técnicas sol-gel y oxidación electroquímica. Sin embargo, los recubrimientos producidos por estas técnicas generalmente son muy finos (menos de 2 micrones) y tienen propiedades mecánicas pobres y estas técnicas exigen precursores orgánicos costosos.

[008] Más recientemente, se han propuesto los métodos de recubrimiento que implicaban la oxidación electrolítica con plasma. Por ejemplo, US 4 846 837 muestra un método de preparar un implante metálico recubierto con cerámica con una rugosidad de superficie seguido por una oxidación anódica bajo descargas de chispas en un electrolito que contenga un complejo conjunto de fosfato cálcico y una fase dispersa, por ejemplo, fosfatos tricálcicos y tetracálcicos. Sin embargo, la baja solubilidad de las sales de fosfato cálcico limita la viabilidad del electrolito. Además, la fase dispersa en el electrolito tiende a descomponerse cuando se ve implicada en una descarga de chispa anódica. Como resultado, la depleción de calcio se produce en la superficie de recubrimiento debido a la migración hacia fuera de cationes de Ca2+ en la región de la descarga. Esto conduce a un contenido insuficiente de calcio en el recubrimiento para bioactividad alta, tal y como informó JP Schreckenbach, et al (J. Mat. Sci.: Mat. in Medicine (1999) 453) (Ca:P = 0.5) y E Matykina, et al (Trans. Inst. of Met Finishing, 84 3 (2006) 125) (Ca:P = 0.3 to 0.55) .

[009] US 5 723 038 muestra un proceso para producir un recubrimiento gradiente de fases de fosfato cálcico y fases de óxido metálico en implantes metálicos y, en concreto, titanio o aleaciones de titanio para uso dental, en mandíbula o en implantes osteoarticulares. Una solución que contenga iones de calcio e iones de fosfato se utiliza como un electrolito del cual el pH es ligeramente ácido a aproximadamente neutro. Los electrodos del substrato se polarizan de forma alternativa catódica y anódica. La capa depositada de forma graduada es adherente, tiene una fina estructura y se distingue por un alto grado de biocompatibilidad.

DE 10006992 muestra el recubrimiento de un implante con fosfato cálcico soluble en el cuerpo. El recubrimiento se produce por medio de un depósito electrolítico en el implante desde una solución que incluye calcio y fosfato, las partículas de dispersión se incorporan en el recubrimiento.

En consecuencia, la presente invención busca proporcionar un método de recubrimiento que supere los problemas indicados previamente asociados con la técnica anterior.

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para la oxidación electrolítica con plasma de un recubrimiento bioactivo en un implante, que incluye:

Proporcionar el implante a recubrir en una solución electrolítica, dicha solución electrolítica para proporcionar iones Ca y P;

Conectar dicho implante a una fuente de alimentación;

Proporcionar un contraelectrodo en dicha solución electrolítica; y Aplicar una secuencia de impulsos de tensión en dicho implante y contraelectrodo, dicha secuencia de impulsos de tensión tienen una polaridad alternante y amplitudes de voltaje para generar descargas con plasma en la superficie del implante;

Con la característica de que cada impulso de tensión tiene una duración de 0.05-20 milisegundos.

De esta forma, el recubrimiento formado tiene una morfología de superficie altamente deconvolucionada con una porosidad fina y una estructura uniforme y muestra excelentes propiedades tribológicas y mecánicas. Además, el implante contiene grandes cantidades del calcio y fósforo y también compuestos cristalinos bioactivos, como hidroxiapatitas y fosfatos tricálcicos. La presencia de altos niveles de Ca, P y compuestos cristalinos bioactivos proporcionan propiedades bioactivas mejoradas. Además, la porosidad fina proporciona una buena osteoconductividad, sin interferir en el proceso de unión de la célula, resultando en una interfaz mejorada entre el hueso y el implante. Además, la estructura de recubrimiento uniforme y el crecimiento interno resultante del hueso conduce a un cambio gradual en las propiedades mecánicas en toda la interfaz entre el hueso y el implante, eliminando, por tanto, concentraciones de stress y aumentando la resistencia al cizallamiento del sistema. Además, se ha descubierto que las duraciones de los impulsos de tensión permiten la incorporación de cantidades más elevadas de calcio y fósforo en el recubrimiento y en la síntesis en el sitio de los compuestos bioactivos cristalinos.

Preferentemente, existe una pausa de menos de 10 microsegundos entre impulsos y, más preferentemente,... [Seguir leyendo]

1. Un método para la oxidación electrolítica con plasma de un recubrimiento bioactivo en un implante (4) , que incluye: Facilitar que el implante (4) se recubra en una solución electrolítica (3) , dicha solución electrolítica (3) para proporcionar iones Ca y P; Conectar dicho implante (4) a una fuente de alimentación (1) ; proporcionar un contraelectrodo (5) en dicha solución electrolítica (3) ; y Aplicar una secuencia de impulsos de tensión en dicho implante (4) y contraelectrodo (5) , dicha secuencia de impulsos de tensión tienen una polaridad alterna y amplitudes de voltaje para generar las descargas de plasma en la superficie del implante;

Con la característica de que ese impulso de tensión tiene una duración de 0.5-20 milisegundos.

2. Un método según la reivindicación 1 o 2, en donde existe una pausa de menos de 10 microsegundos entre impulsos.

3. Un método según cualquier reivindicación anterior, en donde las amplitudes de los impulsos de tensión se incrementan gradualmente hasta una amplitud de cresta durante los primeros 5-300 segundos de dicho paso en el que se aplica la secuencia de los impulsos de tensión.

4. Un método según cualquier reivindicación anterior, en donde el paso de aplicar una secuencia de impulsos de voltaje continua durante 0.5-30 minutos.

5. Un método según cualquier reivindicación anterior en donde dicha solución electrolítica (3) se mantiene dentro del tramo de 20ºC -50ºC durante dicho paso de aplicar una secuencia de impulsos de tensión.

6. Un método según cualquier reivindicación anterior, en donde dicho implante (4) y dicho contraelectrodo

(5) están espaciados en el tramo de 20mm-100mm el uno del otro.

7. Un método según cualquier reivindicación anterior, en donde los impulsos de tensión positivos de dicha secuencia de impulsos de tensión no superan una amplitud de cresta de 550 V.

8. Un método según cualquier reivindicación anterior, en donde los impulsos de tensión negativos de dicha secuencia de impulsos de tensión no superan una amplitud de cresta de -100 V.

9. Un método según cualquier reivindicación anterior, en donde dicha solución electrolítica (3) incluye 0.05-0.2 mol de acetato de calcio y 0.025-0.1 mol de ortofosfato trisódico por litro de agua.

FIG. 1 FIG 2.

Tiempo (seg)

FIG. 4 TABLA 1