Способ нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения
бактериостатичные покрытия покрытия на основе углерода покрытие изделий медицинского назначения
Изобретение относится к области медицины, а именно к нанесению антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения и может быть использовано при изготовлении и использовании металлических, полимерных и текстильных изделий медицинского назначения в условиях стационаров. Способ характеризуется тем, что предварительно поверхность изделия медицинского назначения очищают путем ионного травления в герметичной камере, которую сначала вакуумируют до остаточного давления 9⋅10-5-1⋅10-6 Торр, заполняют аргоном, вакуумируют до остаточного давления 1⋅10-4-3⋅10-3 Торр и осуществляют ионное травление изделия медицинского назначения ионами аргона с энергией 0,7-3,0 кэВ в течение 4-8 минут. Затем в заполненной газовой смесью на основе аргона и содержащей 8-12 об.% кислорода и 22-28 об.% азота и вакуумированной до остаточного давления 1⋅10-4-3⋅10-3 Торр камере наносят на поверхность изделия медицинского назначения покрытие на основе тетраэдрического разупорядоченного углерода типа ta-C, имеющего функциональный оксидированный поверхностный слой, путем импульсно-плазменного дугового распыления графитового катода при длительности импульса 0,1-1,0 мс и частоте их следования 0,1-30 Гц. При этом за один импульс разряда импульсно-плазменного дугового источника углеродной плазмы наносят слой толщиной 5-50 ангстрем при мощности разряда 0,5-1 кВт. Достигается возможность нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения, совместимость наносимого на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения покрытия с физиологическими средами организма пациента, а также надежное обеспечение возможности защиты изделия медицинского назначения от возникновения процессов инфекции. 2 з.п. ф-лы, 6 пр.


Изобретение относится к области медицины, а именно к способу нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения и может быть использовано при изготовлении и использовании металлических, полимерных и текстильных изделий медицинского назначения в условиях травматолого-ортопедических, хирургических, стоматологических и других стационаров.

Известен способ нанесения антиадгезивного антибактериального покрытия на ортопедические импланты из титана нержавеющей стали, включающий испарение графита в вакууме и конденсацию углерода на изделие с использованием импульсного разряда, при этом предварительно поверхность упомянутого изделия очищают путем ионного травления в герметичной камере, которую сначала вакуумируют до остаточного давления 9⋅10-5-1⋅10-6 Торр, заполняют аргоном, затем вакуумируют до остаточного давления 1⋅10-4-3⋅10-3 Торр и осуществляют ионное травление ионами аргона с энергией 0,7-3,0 кэВ в течение 4-8 минут, после чего в заполненной аргоном и вакуумированной до остаточного давления 1⋅10-4-3⋅10-3 Торр камере на поверхность изделия наносят покрытие на основе углерода в виде тетраэдрического алмаза типа ta-C при длительности импульса 0,1-1,0 мс и частоте их следования 0,1-30 Гц, причем за один импульс разряда импульсно-плазменного дугового источника углеродной плазмы наносят слой толщиной слоя 5-50 ангстрем, (см. патент РФ №2632706, МПК A61L 27/06, 09.10.2017).

Однако известный способ при своем использовании обладает следующими недостатками:

- не обеспечивает возможность нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения;

- не обеспечивает совместимость наносимого на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения покрытия с физиологическими средами организма пациента;

- недостаточно обеспечивает возможность защиты изделия медицинского назначения от возникновения процессов инфекции.

Задачей изобретения является создание способа нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения.

Техническим результатом является обеспечение возможности нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения, обеспечение совместимости наносимого на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения покрытия с физиологическими средами организма пациента, а также надежное обеспечение возможности защиты изделия медицинского назначения от возникновения процессов инфекции.

Технический результат достигается тем, что предложен способ нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения, характеризующийся тем, что предварительно поверхность изделия медицинского назначения очищают путем ионного травления в герметичной камере, которую сначала вакуумируют до остаточного давления 9⋅10-5-1⋅10-6 Торр, заполняют аргоном, вакуумируют до остаточного давления 1⋅10-4-3⋅10-3 Торр и осуществляют ионное травление изделия медицинского назначения ионами аргона с энергией 0,7-3,0 кэВ в течение 4-8 минут, затем в заполненной газовой смесью на основе аргона и содержащей 8-12 об.% кислорода и 22-28 об.% азота и вакуумированной до остаточного давления 1⋅10-4-3⋅10-3 Торр камере наносят на поверхность изделия медицинского назначения покрытие на основе тетраэдрического разупорядоченного углерода типа ta-C, имеющего функциональный оксидированный поверхностный слой, путем импульсно-плазменного дугового распыления графитового катода при длительности импульса 0,1-1,0 мс и частоте их следования 0,1-30 Гц, при этом за один импульс разряда импульсно-плазменного дугового источника углеродной плазмы наносят слой толщиной 5-50 ангстрем при мощности разряда 0,5-1 кВт. При этом в качестве материала дугового источника атомов углерода при импульсно-плазменном дуговом распылении используют графит марки МПГ-7, АРВ или ВЧ. При этом покрытие на основе тетраэдрического разупорядоченного углерода типа ta-C, имеющего функциональный оксидированный поверхностный слой, наносят путем импульсно-плазменного дугового распыления графитового катода в заполненной газовой смесью на основе аргона и содержащей 25 об.% азота камере.

Способ осуществляют следующим образом. Поверхность металлического, полимерного или текстильного изделия медицинского назначения подвергают очистке методом ионного травления в герметичной камере. При этом камеру ионного травления сначала вакуумируют до остаточного давления 9⋅10-5-1⋅10-6 Торр, заполняют аргоном, вакуумируют до остаточного давления 1⋅10-4-3⋅10-3 Торр и осуществляют ионное травление изделия медицинского назначения ионами аргона с энергией 0,7-3,0 кэВ в течение 4-8 минут.

Затем на поверхность металлического, полимерного или текстильного изделия медицинского назначения в заполненной газовой смесью на основе аргона и содержащей 8-12 об.% кислорода и 22-28 об.% азота и вакуумированной до остаточного давления 1⋅10-4-3⋅10-3 Торр камере наносят на поверхность изделия медицинского назначения покрытие на основе тетраэдрического разупорядоченного углерода типа ta-C, имеющего функциональный оксидированный поверхностный слой, путем импульсно-плазменного дугового распыления графитового катода при длительности импульса 0,1-1,0 мс и частоте их следования 0,1-30 Гц. При этом за один импульс разряда импульсно-плазменного дугового источника углеродной плазмы наносят слой толщиной 5-50 ангстрем при мощности разряда 0,5-1 кВт. При этом в качестве материала дугового источника атомов углерода при импульсно-плазменном дуговом распылении используют графит марки МПГ-7, АРВ или ВЧ.

При этом покрытие на основе тетраэдрического разупорядоченного углерода типа ta-C, имеющего функциональный оксидированный поверхностный слой, наносят путем импульсно-плазменного дугового распыления графитового катода в заполненной газовой смесью на основе аргона и содержащей 25 об.% азота камере.

Среди существенных признаков, характеризующих предложенный способ нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения, отличительными являются:

- нанесение на поверхность металлического, полимерного или текстильного изделия медицинского назначения в заполненной газовой смесью на основе аргона и содержащей 8-12 об.% кислорода и 22-28 об.% азота и вакуумированной до остаточного давления 1⋅10-4-3⋅10-3 Торр камере покрытия на основе тетраэдрического разупорядоченного углерода типа ta-C, имеющего функциональный оксидированный поверхностный слой, путем импульсно-плазменного дугового распыления графитового катода при длительности импульса 0,1-1,0 мс и частоте их следования 0,1-30 Гц;

- нанесение за один импульс разряда импульсно-плазменного дугового источника углеродной плазмы слоя при мощности разряда 0,5-1 кВт;

- нанесение покрытия на поверхность металлического, полимерного или текстильного изделия медицинского назначения на основе на основе тетраэдрического разупорядоченного углерода типа ta-C, имеющего функциональный оксидированный поверхностный слой, путем импульсно-плазменного дугового распыления графитового катода в заполненной газовой смесью на основе аргона и содержащей 25 об.% азота камере.

Экспериментальные исследования предложенного способа нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения показали его высокую эффективность. Способ нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения при своем использовании надежно обеспечил возможность нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения, обеспечил совместимость наносимого на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения покрытия с физиологическими средами организма пациента, а также надежно обеспечил возможность защиты изделия медицинского назначения от возникновения процессов инфекции.

Реализация предложенного способа нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения иллюстрируется следующими практическими примерами.

Пример 1. На три плоских образца, выполненных из используемого для изготовления медицинской перевязочной политетрафторэтиленовой повязки материала, нанесли предложенным способом антиадгезивное, биосовместимое и бактериостатичное покрытия на основе углерода.

Поверхность трех образцов из политетрафторэтилена очистили методом ионного травления в герметичной камере, которую сначала вакуумировали до остаточного давления 1⋅10-6 Торр, заполнили камеру аргоном и вакуумирова-ли до остаточного давления 3⋅10-3 Торр. Осуществили ионное травление изделия медицинского назначения ионами аргона с энергией 2,5 кэВ в течение 6 минут.

Затем на поверхность изделия медицинского назначения в заполненной газовой смесью на основе аргона и содержащей 10 об.% кислорода и 25 об.% азота и вакуумированной до остаточного давления 3⋅10-3 Торр камере нанесли покрытие на основе разупорядоченного углерода типа ta-C, функционализи-рованное кислородсодержащим поверхностным слоям, путем импульсно-плазменного дугового распыления графитового катода при длительности импульса 0,6 мс и частоте их следования 0,1 Гц. При этом за один импульс разряда импульсно-плазменного дугового источника углеродной плазмы наносят слой толщиной 20-25 ангстрем при мощности разряда 0,7 кВт. При этом в качестве материала дугового источника атомов углерода при импульсно-плазменном дуговом распылении использовали графит марки АРВ.

Пример 2. На три плоских образца, выполненных из используемой для изготовления имплантатов широкого профиля из нержавеющей стали медицинского назначения толщиной 0,8 мм, нанесли предложенным способом антиадгезивное, биосовместимое и бактериостатичное покрытие на основе углерода.

Поверхность трех образцов из нержавеющей стали медицинского назначения очистили методом ионного травления в герметичной камере, которую сначала вакуумировали до остаточного давления 9⋅10-5 Торр, заполнили камеру аргоном и вакуумировали до остаточного давления 5⋅10-4 Торр. Осуществили ионное травление изделия медицинского назначения ионами аргона с энергией 0,7 кэВ в течение 8 минут.

Затем на поверхность изделия медицинского назначения в заполненной газовой смесью на основе аргона и содержащей 8 об.% кислорода и 28 об.% азота и вакуумированной до остаточного давления 5⋅10-4 Торр камере нанесли покрытие на основе разупорядоченного углерода типа ta-C, функционализированное кислородсодержащим поверхностным слоям, путем импульсно-плазменного дугового распыления графитового катода при длительности импульса 0,25 мс и частоте их следования 15 Гц. При этом за один импульс разряда импульсно-плазменного дугового источника углеродной плазмы наносят слой толщиной 10-20 ангстрем при мощности разряда 0,8 кВт. При этом в качестве материала дугового источника атомов углерода при импульсно-плазменном дуговом распылении использовали графит марки ВЧ.

Пример 3. На три плоских образца, выполненных из используемой для изготовления имплантатов широкого профиля, в том числе межтелового кейджа из титатового сплела ВТ6 толщиной 1,0 мм, нанесли предложенным способом антиадгезивное, биосовместимое и бактериостатичное покрытие на основе углерода.

Поверхность трех образцов из титатового сплела ВТ6 очистили методом ионного травления в герметичной камере, которую сначала вакуумировали до остаточного давления 8⋅10-5 Торр, заполнили камеру аргоном и вакуумировали до остаточного давления 4⋅10-4 Торр. Осуществили ионное травление изделия медицинского назначения ионами аргона с энергией 3,0 кэВ в течение 4 минут.

Затем на поверхность изделия медицинского назначения в заполненной газовой смесью на основе аргона и содержащей 12 об.% кислорода и 22 об.% азота и вакуумированной до остаточного давления 4⋅10-4 Торр камере нанесли покрытие на основе разупорядоченного углерода типа ta-C, функционализированное кислородсодержащим поверхностным слоям, путем импульсно-плазменного дугового распыления графитового катода при длительности импульса 0,1 мс и частоте их следования 30 Гц. При этом за один импульс разряда импульсно-плазменного дугового источника углеродной плазмы наносят слой толщиной 25-30 ангстрем при мощности разряда 0,5 кВт. При этом в качестве материала дугового источника атомов углерода при импульсно-плазменном дуговом распылении использовали графит марки МПГ-7.

Пример 4. На три образца, выполненных из используемого для изготовления полипропиленового сетчатого эндопротеза материала, нанесли предложенным способом антиадгезивное, биосоместимое и бактериостатичное покрытие на основе углерода.

Поверхность трех сетчатых образцов из полипропилена очистили методом ионного травления в герметичной камере, которую сначала вакуумировали до остаточного давления 2⋅10-6 Торр, заполнили камеру аргоном и вакуумировали до остаточного давления 1⋅10-4 Торр. Осуществили ионное травление изделия медицинского назначения ионами аргона с энергией 1,5 кэВ в течение 7 минут.

Затем на поверхность изделия медицинского назначения в заполненной газовой смесью на основе аргона и содержащей 12 об.% кислорода и 28 об.% азота и вакуумированной до остаточного давления 1⋅10-4 Торр камере нанесли покрытие на основе разупорядоченного углерода типа ta-C, функционализированное кислородсодержащим поверхностным слоям, путем импульсно-плазменного дугового распыления графитового катода при длительности импульса 1,0 мс и частоте их следования 18 Гц. При этом за один импульс разряда импульсно-плазменного дугового источника углеродной плазмы наносят слой толщиной 30-40 ангстрем при мощности разряда 1,0 кВт. При этом в качестве материала дугового источника атомов углерода при импульсно-плазменном дуговом распылении использовали графит марки АРВ.

Пример 5. На три образца, выполненных из используемого для изготовления медицинской марлевой хлопчатобумажной повязки материала, нанесли предложенным способом антиадгезивное, биосоместимое и бактериостатичное покрытие на основе углерода.

Поверхность трех образцов из медицинской марлевой хлопчатобумажной повязки очистили методом ионного травления в герметичной камере, которую сначала вакуумировали до остаточного давления 6⋅10-6 Торр, заполнили камеру аргоном и вакуумировали до остаточного давления 1⋅10-3 Торр. Осуществили ионное травление изделия медицинского назначения ионами аргона с энергией 1,2 кэВ в течение 5 минут.

Затем на поверхность изделия медицинского назначения в заполненной газовой смесью на основе аргона и содержащей 25 об.% азота и вакуумированной до остаточного давления 1⋅10-3 Торр камере нанесли покрытие на основе разупорядоченного углерода типа ta-C, функционализированное кислородсодержащим поверхностным слоям, путем импульсно-плазменного дугового распыления графитового катода при длительности импульса 0,1 мс и частоте их следования 5 Гц. При этом за один импульс разряда импульсно-плазменного дугового источника углеродной плазмы наносят слой толщиной 5-10 ангстрем при мощности разряда 0,9 кВт. При этом в качестве материала дугового источника атомов углерода при импульсно-плазменном дуговом распылении использовали графит марки МПГ-7.

Пример 6. На три образца, выполненных из используемого для изготовления полиэтиленового вкладыша металлического эндопротеза материала нанесли предложенным способом антиадгезивное, биосоместимое и бактериостатичное покрытие на основе углерода.

Поверхность трех образцов из полиэтиленового материала очистили методом ионного травления в герметичной камере, которую сначала вакуумировали до остаточного давления 10-6 Торр, заполнили камеру аргоном и вакуумировали до остаточного давления 8⋅10-4 Торр. Осуществили ионное травление изделия медицинского назначения ионами аргона с энергией 1,5 кэВ в течение 5 минут.

Затем на поверхность изделия медицинского назначения в заполненной газовой смесью на основе аргона и содержащей 25 об.% азота и вакуумированной до остаточного давления 1⋅10-4 Торр камере нанесли покрытие на основе разупорядоченного углерода типа ta-C, функционализированное кислородсодержащим поверхностным слоям, путем импульсно-плазменного дугового распыления графитового катода при длительности импульса 0,4 мс и частоте их следования 25 Гц. При этом за один импульс разряда импульсно-плазменного дугового источника углеродной плазмы наносят слой толщиной 40-50 ангстрем при мощности разряда 0,6 кВт. При этом в качестве материала дугового источника атомов углерода при импульсно-плазменном дуговом распылении использовали графит марки ВЧ.

В каждом из примеров практического использования предложенного способ на поверхность каждого образца изделий медицинского назначения наносили по 1 мл. физиологического раствора с тест-культурами микроорганизмов, выделенных от пациентов с инфекционными осложнениями после эндо-протезирования крупных суставов, и относящихся к виду Staphylococcus aureus MRSA, Е. Coli и Pseudomonas aeruginosa, в концентрациях, содержащих 10 клеток каждой тест-культуры, соответствующей стандарту мутности 0,5 Мак Фарланд.

Нанесенные растворы каждой тест-культуры равномерно распределяли на поверхности каждого образца примеров осуществления, поверхность подсушили идентично способу определения антибиотикорезистентности микроорганизмов диско-диффузионным методом. Образцы инкубировали в термостате при температуре 36°С в течение 24 часов.

В результате электронного микроскопического исследования поверхности покрытия каждого образца после инкубирования установили высокие антиадгезивные свойства предложенного антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода. При этом установили отсутствие на поверхности каждого из трех образцов примеров осуществления образования бактериальной биопленки штаммов Staphylococcus aureus MRSA, E.Coli и Pseudomonas aeruginosa при отсутствии роста их колоний с одновременным их угнетением до единичных колоний, что свидетельствует о высокой эффективности предложенного антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода для медицинских изделий.

Использование предложенного способа нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения надежно обеспечило возможность нанесения антиадгезивного, биосовместимого и бактериостатичного покрытия на основе углерода на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения, обеспечило совместимость наносимого на металлические, полимерные и текстильные изделия медицинского назначения покрытия с физиологическими средами организма пациента, а также надежно обеспечило возможность защиты изделия медицинского назначения от возникновения процессов инфекции.
Покрытие металлических, полимерных и текстильных изделий медицинского назначения
55.22.23
Неметаллические покрытия
55.22.29
Комбинированные и другие покрытия, в т.ч. нанопокрытия
62.61.51
Биоматериалы для имплантации и раневых покрытий
Илья
Завидовский
Алексеевич
"Кандидат физико-математических наук"
"Отсутствует"
"AAD-1305-2020"
"57205190087"
"0000-0002-9285-6695"
РОССИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФОНД СОДЕЙСТВИЯ РАЗВИТИЮ МАЛЫХ ФОРМ ПРЕДПРИЯТИЙ В НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СФЕРЕ"
1027739479734
СЕРГЕЙ
ПОЛЯКОВ
ГЕННАДЬЕВИЧ
Организация
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере"
Федеральные государственные бюджетные учреждения
МФТИ, ФИЗТЕХ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)"
1027739386135
ДМИТРИЙ
ЛИВАНОВ
ВИКТОРОВИЧ
Организация
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральные государственные автономные учреждения