Пластина для накостного остеосинтеза с покрытием из твердого алмазоподобного углерода

Полезная модель относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии и может быть использована при лечении переломов, несращений, ложных суставов и деформаций костей путем накостной фиксации фрагментов. Пластина имеет двухслойное покрытие, верхний слой которого представлен твердым алмазоподобным углеродом толщиной 0,5-0,7 мкм, а нижний многослойный состоит из чередующихся слоев карбида титана толщиной 40-50 нм с концентрацией углерода 30-45 вес.% в слое и твердого алмазоподобного углерода толщиной 30-40 нм, с общим числом чередований 10-15. Двухслойное покрытие нанесено на промежуточный адгезионный слой с концентрацией углерода 30-80 вес.%. Использование двухслойного покрытия пластины обеспечивает повышение трещиностойкости покрытия, адгезии покрытия к пластине, прочностных свойств поверхности пластины, улучшает биосовместимость пластины с прилежащими тканями, предупреждает металлозы, воспалительные реакции и резорбцию костной ткани. 1 илл.

Полезная модель относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии, и может быть использована при лечении переломов, несращений, ложных суставов и деформаций путем накостной фиксации фрагментов костей погружными имплантатами.

При накостном остеосинтезе в качестве фиксирующих элементов используются различного типа пластины (М.Е. Мюллер, М. Алльговер, Р. Шнейдер, X. Виллингер. Руководство по внутреннему остеосинтезу. - M.: Ad Marginem, 1996, с. 77.), применение которых следует основным принципам внутренней фиксации: анатомическая репозиция, стабильная фиксация, сохранение кровоснабжения и ранняя функциональная мобилизация. В последнее время удалось улучшить клинические результаты лечения переломов и их последствий с применением системы имплантатов с угловой стабильностью, которая позволяет использовать традиционную технику фиксации пластинами, принцип внутреннего фиксатора, а также комбинировать оба метода (Жадан П.Л. Лечение неблагоприятных последствий переломов длинных костей верхней конечности с использованием пластин с угловой стабильностью // автореф. дисканд. мед. наук - Москва, 2008 - 25 с.). Благодаря этому появляется возможность выполнять лечение по любым показаниям, используя ту технику, которая даст наилучшие результаты.

Известно устройство для накостного остеосинтеза, которое содержит пластину с отверстиями с цилиндрической резьбой и винты, выполненные с цилиндрической резьбой разного диаметра на своем протяжении. (Патент РФ на изобретение 2238692, 2003).

Однако эта пластина, как и устройства других конструкций, изготовленные из сплавов железа или титана, в организме человека подвергаются коррозии, вокруг них развиваются металлозы, возможна костная резорбция, аллергические реакции на ионы металлов (Зарацян А.К. Погружной остеосинтез углеродными конструкциями (клинико-экспериментальное исследование) // автореф. дисканд. мед. наук - Москва, 1990 - 47 с.). Продукты коррозии металлов в отдаленном периоде приводят к изменениям в мягких тканях, что проявляется появлением болей, развитием воспалительных и гнойных осложнений (Senaran H., Atilla P., Kaymaz F. et. al. // Spin. 2004. Vol. 29, No 15. P. 1618-1623).

Известна пластина для накостного остеосинтеза с покрытием из твердого аморфного алмазоподобного углерода толщиной 0,5-1,5 мкм, под которым расположен промежуточный адгезионный слой, выполненный из титана или его соединений с углеродом, толщиной 0,05-0,15 мкм (Патент РФ 133717, 2013).

Однако, такие покрытия из твердого алмазоподобного углерода (в силу физического механизма их образования, так называемой «внутренней имплантации») обладают большими (~10 ГПа) внутренними напряжениями. Большие внутренние напряжения в покрытии являются причиной снижения их адгезии к подложке, трещино- и износостойкости (I.Sh. Trakhtenberg, A.B. Vladimirov, S.A. Plotnikov et al. Effect of adhesion strength of DLC to steel on the coating erosion mechanism // Diamond and Related Materials, V. 10, 2001, p. 1824-1828). Распространение трещин в покрытии и их продвижение в интерфейсную плоскость может приводить к их отслаиванию и созданию каналов выхода ионов металлов из подложки, что снижает защитный эффект покрытия.

В основу предлагаемой полезной модели положена задача снижения риска возникновения воспалительных явлений и развития металлоза, за счет повышения защитных свойств покрытия, а именно адгезии покрытия к пластине и его трещиностойкости.

Поставленная задача решается тем, что между покрытием из твердого аморфного алмазоподобного углерода толщиной 0,5-0,7 мкм, полученным импульсно дуговым распылением графита, и промежуточным адгезионным слоем, выполненным из титана или его соединений с углеродом, толщиной 0,05-0,15, наносится многослойное покрытие, состоящее из чередующихся между собой слоя соединения титана с углеродом с концентрацией углерода 30-45 вес.% в слое, толщиной 40-50 нм, полученного при одновременном дуговом распылении титановой мишени и импульсно-дуговом распылении графитовой мишени, и слоя из твердого аморфного алмазоподобного углерода, твердостью 70-100 ГПа, толщиной 30-40 нм, полученного методом импульсно-дугового распыления графита, с общим числом чередований 10-15.

Многослойное покрытие наносится на промежуточный градиентный адгезионный слой, состоящий из соединений титана и углерода с переменной концентрацией углерода 30-80 вес.%. Наличие такого промежуточного слоя обеспечивает наилучшую адгезию покрытия с материалом пластины (И.Ш. Трахтенберг, С.А. Плотников, А.Э. Давлетшин и др. Повышение адгезии алмазоподобных покрытий к стали с помощью переходного слоя переменного состава. ФММ, 2000, т. 89, 4, с. 91-95).

Нанесение многослойного покрытия из чередующихся тонких слоев карбида титана и твердого аморфного алмазоподобного углерода обеспечивает повышение адгезии покрытия к подложке и трещиностойкости покрытия за счет увеличения объемной доли границ раздела в слое карбида титана, структура которого включает частицы размером в несколько десятков нанометров, что тормозит движение дислокаций, блокируя развитие трещин на границах промежуточных слоев (Погребняк А.Д., Шпак А.П., Азаренков .., Береснев В.М. УФН. 2009. Т. 179. 1. С. 35-63). Повышение трещиностойкости покрытия улучшает потребительские свойства пластины, т.к. трещины являются каналами выхода ионов металла в окружающие пластину ткани.

Покрытие из аморфного алмазоподобного углерода снижает риск инфицирования и появления воспалительных реакций в окружающих пластину живых тканях, т.к. оно обладает антибактериальными свойствами (И.Ш. Трахтенберг, А.П. Рубштейн, Л.М. Лемкина и др. Образование биопленок стафилококков на поверхности титана и титана с углеродной алмазоподобной пленкой и действие на них низкомолекулярного катионного пептида варнерина // Перспективные материалы, 2013, 4, с. 39-44).

Кроме того, твердый аморфный алмазоподобный материал биологически совместим с тканями живых объектов, не токсичен, обладает остеоинтеграционными свойствами (Thomson L.F., Law F.С., Rushton N. et al. Biocompatibility of diamond-like carbon coatings // Biomaterials, 1991. - V. 12. - P. 37-40; Chai F., Mathis ., Blanchemain N. et al. Osteoblast interaction with DLC-coated Si substrates // Acta Biomater., 2008. - V. 4. - P. 1369-1381; Биоимплантаты на основе пористого титана с алмазоподобными пленками для замещения костной ткани / А.П. Рубштейн, Э.Б. Макарова, И.Ш. Трахтенберг, Ю.М. Захаров. - Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2012. - 136 с.).

Таким образом, новый технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, заключается в повышении трещиностойкости покрытия, что снижает вероятность появления каналов для выхода ионов металла в прилегающие ткани, при сохранении прочностных свойств поверхности пластины и снижении риска инфицирования и воспалительных реакций вокруг пластины за счет применения в качестве верхнего слоя твердого алмазоподобного углерода, непосредственно контактирующего с тканями организма.

Пластина для накостного остеосинтеза выполнена в виде металлического тела из сплава титана и имеет двухслойное покрытие: верхний слой толщиной 0,5-0,7 мкм выполнен из твердого аморфного алмазоподобного углерода, твердостью 70-80 ГПа, а нижний слой покрытия, выполнен в виде многослойного покрытия, состоящего из чередующихся слоев толщиной 40-50 нм карбида титана с концентрацией углерода 30-45 вес.% в слое и алмазоподобного углерода толщиной 30-40 нм. Двухслойное покрытие нанесено на промежуточный градиентный адгезионный слой, состоящий из соединений титана и углерода с переменной концентрацией углерода 30-80 вес.%.

Устройство содержит пластину с отверстиями с цилиндрической резьбой. На Фиг. 1 представлена пластина для накостного остеосинтеза с покрытием из твердого алмазоподобного углерода.

Пластину используют при лечении переломов костей и несращений по стандартным методикам. С устройством работают следующим образом. Выполняют доступ в области перелома или несращения кости, репозицию отломков. Затем позиционируют пластину на кости или на некотором расстоянии от нее, предохраняя надкостницу от повреждения, фиксируют пластину к одному отломку через предварительно сформированные сверлом внутрикостные каналы, путем последовательного введения винтов в резьбовые отверстия пластины, совмещая при этом ось винта с осью отверстия. При поперечном или близком к нему переломе введение первого винта во второй отломок через отверстие пластины производят эксцентрично с целью создания межфрагментарной компрессии. Последующие винты вводят также, как в первый отломок.

Преимуществами использования пластины с двухслойным покрытием для накостного остеосинтеза являются: повышение трещиностойкости покрытия, что снижает вероятность появления каналов для выхода ионов металла в прилегающие ткани, повышение прочностных свойств поверхности пластины и снижение риска инфицирования и воспалительных реакций вокруг пластины за счет применения в качестве верхнего слоя твердого алмазоподобного углерода, непосредственно контактирующего с тканями организма, увеличение стабильности фиксации костных отломков, что в целом повышает эффективность лечения больных. При этом не усложняются операционные приемы остеосинтеза и не увеличивается травматичность операции.

1. Пластина для накостного остеосинтеза с покрытием из твердого аморфного алмазоподобного углерода толщиной 0,5-0,7 мкм, под которым расположен промежуточный адгезионный слой, выполненный из титана или его соединений с углеродом, толщиной 0,05-0,15, отличающаяся тем, что между покрытием из твердого аморфного алмазоподобного углерода и промежуточным адгезионным слоем нанесено многослойное покрытие, состоящее из чередующихся между собой слоя соединения титана с углеродом с концентрацией углерода 30-45 вес.% в слое, толщиной 40-50 нм, полученного при одновременном дуговом распылении титановой мишени и импульсно-дуговом распылении графитовой мишени, и слоя из твердого аморфного алмазоподобного углерода, твердостью 70-100 ГПа, толщиной 30-40 нм, полученного методом импульсно-дугового распыления графита, с общим числом чередований 10-15.

2. Пластина по п. 1, отличающаяся тем, что концентрация углерода в промежуточном адгезионном слое составляет 30-80 вес%.

РИСУНКИ