Natryskiwanie plazmowe w próżni pozwala na uzyskanie stabilnych struktur porowatych – Innowacja w zakresie przyrostu kości

Natryskiwanie plazmowe w próżni pozwala na uzyskanie stabilnych struktur porowatych – Innowacja w zakresie przyrostu kości

Wiele sztucznych stawów jest bezpośrednio osadzanych w kościach, bez żadnych dodatkowych elementów. Porowate struktury na ich powierzchniach umożliwiają prawidłowe wrastanie w kości. Natryskiwanie plazmowe w próżni pozwala na uzyskanie wymaganego kształtu i właściwej stabilności.
VPS_Bone-Implants-4.jpg

Kształt ludzkich kości stale się zmienia. Komórki żerne nieustannie wżerają się wokół kości. Jednocześnie ciało wytwarza komórki z osteoblastów, które służą do odbudowy kości. Dlatego złamana kość dość szybko się zrasta. Ten sam mechanizm umożliwia osadzenie sztucznych stawów bezpośrednio w kościach, bez stosowania cementu kostnego.

Mocne połączenie

Kości stykają się ze sobą podczas gojenia się złamania. Jednak po wszczepieniu implantu kość napotyka ciało obce z metalu. Aby umożliwić wrośnięcie, musi zapewnić beleczce kostnej powierzchnię mocowania. Beleczki to małe pręciki tworzące trójwymiarową siatkę wewnątrz kości. Najlepiej jeśli trafią w pory, które zapewniają im wytrzymałość. Jednocześnie te wgłębienia muszą być na tyle duże, aby beleczka została właściwie zamocowana.

Stanowi to spore wyzwanie pod względem obróbki materiałów: implant musi mieć porowatą powierzchnię, a jednocześnie wytrzymać ogromne obciążenie. Dlatego elementy implantu wykonuje się ze stopów tytanu o wysokiej stabilności. Uzyskanie gładkiej powierzchni wymaga zastosowania powłoki, dzięki której powstanie – dosłownie – nierozerwalne połączenie z podłożem. Rozwiązaniem tego problemu jest natryskiwanie plazmowe w próżni (Vacuum Plasma Spraying, VPS).

Ultraczysta atmosfera

Podczas tego procesu nieosłonięty implant umieszcza się w komorze próżniowej. W próżni o wartości około 0,08 milibara cały tlen atmosferyczny i przylegająca para wodna są wysysane z komory, tworząc ultraczystą atmosferę. Komora jest następnie napełniana argonem i ponownie opróżniana. Gaz procesowy jest następnie wtłaczany do komory. Właściwy proces powlekania rozpoczyna się po włączeniu palnika plazmowego.

Zastosowanie prądu o wysokim napięciu powoduje powstanie łuku i przekształcenie gazu procesowego w plazmę. Proszek natryskowy, zwykle także wykonany z tytanu, jest łączony ze strumieniem gazu. W temperaturze ponad 20 000°C powstają kropelki płynu, które są przyspieszane, sprężane i natryskiwane na powierzchnię obrabianego elementu. Gęstość uzyskana dzięki wysokiej energii procesu zapewnia bardzo trwałe połączenie. Precyzyjna kontrola procesu umożliwia kształtowanie utworzonych struktur i nadawanie wymaganego kształtu porom. Kombinacja pomp śrubowych COBRA, jako pomp wspomagających, oraz boosterów Puma sprawdziło się w dużych systemach VPS.

Odpowiedź brzmi „nie". Sporo elementów sztucznych kończyn (endoprotez) jest wykonanych ze stopu kobaltu i chromu (CoCr). Dzięki stabilności przy zmiennym poziomie obciążenia doskonale sprawdza się to w ludzkim ciele. Jednak komórki kości nie są w stanie połączyć się bezpośrednio z powierzchniami wykonanymi z tych stopów. Implanty CoCr mocuje się do kości za pomocą cementu kostnego, czyli syntetycznej żywicy.

Tytan charakteryzuje się podobnym poziomem stabilności co CoCr, ale dobrze reaguje z kośćmi. Komórki kości łączą się z tym metalem bezpośrednio. Podobnie jest z tantalem, ale ten materiał jest znacznie rzadszy i droższy, więc prawie nigdy nie jest stosowany w implantach. O tym, czy lepsze są implanty cementowane, czy osadzane bezpośrednio, decyduje szereg czynników. Na przykład sztuczne biodra często wszczepia się bez cementu, natomiast kolana z reguły wymagają jego zastosowania.


Subskrybuj biuletyn „World of Vacuum"!
Subskrybuj teraz, aby otrzymywać najnowsze ciekawe wiadomości z branży urządzeń próżniowych.

SUBSKRYBUJ