Pobídka pro růst kostí – Plazmové stříkání ve vakuu vytváří porézní stabilitu

Pobídka pro růst kostí – Plazmové stříkání ve vakuu vytváří porézní stabilitu

Velké množství umělých kloubů je bez jakýchkoli pomůcek vsazeno přímo do kostí. Porózní struktury na jejich površích umožňují bezpečné zarostení do kosti. Plazmové stříkání ve vakuu jim dodává požadovaný tvar a stabilitu.
VPS_Bone-Implants-4.jpg

Lidské kosti jsou neustále remodelovány. Makrofágy si kolem kosti neustále hlodají svoji cestu, a současně tělo produkuje buňky z osteoblastů, které se používají k tvorbě nové kosti. Proto zlomená kost relativně rychle znovu sroste. Stejný mechanismus umožňuje, aby byly umělé klouby zapuštěny přímo do kostí bez potřeby kostního pojiva.

Pevné spojení

Když se hojí zlomenina, dotýká se kost kosti. V případě implantátu se však kost dotýká cizího kovového předmětu. Aby mohl zarůst, musí trámečkům v kosti nabídnout dobrý povrch, ke kterému se může připojit. Trámečky jsou malé tyčinky, které tvoří trojrozměrnou mřížkovou strukturu uvnitř kosti. V ideálním případě narazí na póry, které odpovídají jejich síle. Zároveň musí být tyto prohlubně dostatečně hluboké, aby trámečky získaly dostatečně pevné spojení.

To z pohledu materiálového inženýrství představuje obrovskou výzvu: implantát musí poskytovat porézní povrch a zároveň musí být schopen řadu let odolávat enormním zátěžím. Proto jsou komponenty implantátů vyráběny z vysoce stabilních slitin titanu. Aby byl vytvořen hladký povrch, je zapotřebí povlak, který může vytvořit doslova nerozbitné spojení se substrátem. Řešení tohoto problému nabízí plazmové stříkání ve vakuu (Vacuum Plasma Spraying, VPS).

Atmosféra z velmi čistého plynu

Během tohoto procesu je holý implantát umístěn do vakuové komory. Ve vakuu přibližně 0,08 milibarů je veškerý atmosférický kyslík a jakákoli vodní pára, která na něm ulpěla, odsávána z komory, díky čemuž jsou vytvořeny podmínky potřebné pro atmosféru s velmi čistým plynem. Poté se komora pročistí argonem a znovu se evakuuje. Potom se do komory přivede procesní plyn. Vlastní proces povlakování začíná zapnutím plazmového hořáku.

K vytvoření oblouku se použije silný proud a procesní plyn se změní na plazmu. Rozstřikovaný prášek, který je obvykle také vyroben z titanu, se přimíchá do proudu plynu. Při teplotách přes 20 000 stupňů Celsia se tvoří kapičky kapaliny a jsou zrychleny, stlačeny a stříkány na povrch obrobku. Vysoká hustota energie v tomto procesu zajišťuje, že je spoj velmi stabilní. Přesné řízení procesu umožňuje ovlivnit tvar výsledných struktur a dosáhnout požadovaného tvaru pórů. Ve velkých systémech VPS se úspěšně osvědčila kombinace frekvenčně řízených šroubových vývěv COBRA jako základových pump a vakuových posilovačů Puma.

Krátká odpověď je ne. Velká část komponent pro umělé končetiny (endoprotézy) je vyrobena ze slitin chromu a kobaltu (CoCr), která se díky své stabilitě v neustále se měnících podmínkách lidského těla osvědčila jako vynikající volba. Kostní buňky však nejsou schopny se přímo spojit s povrchy z těchto slitin. Chrom-kobaltové implantáty jsou proto upevněny ke kosti s použitím tzv. kostního pojiva - syntetické pryskyřice.

Titan nabízí podobnou úroveň stability jako chrom-kobalt, ale dobře reaguje s kostmi. Kostní buňky se s tímto kovem mohou spojit přímo. Podobně reagují s tantalem, který je ale mnohem vzácnější a podstatně dražší, takže se pro implantáty používá zřídka. To, jestli jsou lepší implantáty s pojivem nebo ty přímo zasazené, určuje řada faktorů. Umělé kyčle jsou například často implantovány bez použití pojiva, zatímco kolena se často používají s pojivem.


Přihlaste se k odběru zpravodaje ‘World of Vacuum'!
Přihlaste se nyní k odběru a budete neustále seznamováni s posledními fascinujícími novinkami ve světě vakua.

PŘIHLÁSIT K ODBĚRU