Модифицированный гидроксиапатит

Изобретение относится к области медицины и касается материала для замещения костных тканей человека. Модифицированный гидроксиапатит включает синтезированный материал со структурой гидроксиапатита, при этом он дополнительно содержит ионы иттербия и эрбия или иттербия и тулия в соответствии с определенной формулой. Материал является близким по составу к человеческой ткани скелета и совместимого с ним, позволяющего осуществлять наблюдение за поведением ткани в различных областях хирургии и травматологии. 1 табл.

 

Изобретение относится к области медицины, а именно к материалам, совмещаемым с тканями человеческого организма, и может быть использовано, в частности, для заполнения дефектов в костной ткани и наблюдений за поведением костной ткани в различных областях хирургии и травматологии путем облучения заданных участков организма инфракрасным излучением и наблюдением визуализации инфракрасного излучения в виде красного, зеленого и синего свечения, а также для скрытой записи информации в областях науки и техники, требующих применения антистоксовских люминофоров.

Известен материал для заполнения костных дефектов, представляющий из себя чистый гидроксиапатит (патент Японии №62-29366, кл. С 01 В 25/32, 1987).

Известен также модифицированный гидроксиапатит, а именно аморфный, карбонизованный и фторированный гидроксиапатит для зубных паст, содержащий карбонатные и фтор-группы в соответствии с формулой Са₁₀(РО₄)₆(ОН)_2-х-у(СО₃)_х/2F_y (где x=0.01-0.3 и y=0.01-0.4) (патент РФ №2179437, кл. А 61 К 7/16, 1999).

Это техническое решение является наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому. Известные материалы близки по своему составу костной ткани и могут быть использованы для замещения костных дефектов. При этом модифицированный гидроксиапатит рекомендуется только для зубных паст вследствие близости его состава именно к составу зубной эмали.

В то же время при использовании известных материалов в медицинской практике не представляется возможным осуществить наблюдение за поведением костной ткани организма в лечебном процессе. Поэтому актуальной является задача по разработке материала, близкого по составу с тканями человеческого скелета и совместимого с ним, одновременно позволяющего осуществлять наблюдение за поведением костной ткани в различных областях хирургии и травматологии.

Технический результат достигается тем, что модифицированный гидроксиапатит, включающий синтезированный неорганический материал со структурой гидроксиапатита, в качестве модифицирующих добавок содержит ионы иттербия и эрбия или иттербия и тулия в соответствии с формулой Са₉Yb_х[Еr,Тm]_у(РO₄)₆(ОН)₂, где х=0,4-0,95, у=0,05-0,6, x+y=1.

Для решения поставленной задачи в качестве сенсибилизатора выбраны ионы иттербия, а активатора - ионы эрбия или тулия. Выбор этих элементов определен структурой штарковских уровней ионов, а концентрация их определена экспериментально.

Наблюдение за поведением костной ткани осуществляют следующим образом.

Заданные участки организма облучают излучением полупроводникового лазера (ИК-диапазона). В процессе принимает участие система, состоящая из двух ионов редкоземельных элементов. Один из них является сенсибилизатором. Он поглощает ИК-излучение полупроводникового лазера (излучение накачки материала) и передает его ионам активатора, за счет переходов между штарковскими уровнями которых возникает более коротковолновое красное, зеленое, синее излучение, т.е. система работает как антистоксовский люминофор. Так, например, при введении заявленного материала в локальный дефект происходит зарастание его, о котором можно судить по расширению области свечения заявленного материала за пределы локального дефекта. Кроме того, следует отметить, что при облучении тканей лазерным излучением достигается дополнительный эффект - снятие воспалительного процесса за счет стерилизации (уничтожения бактерий) возникающим коротковолновым излучением.

Исходя из структуры материала, другой технический результат может быть достигнут при использовании его в качестве люминофора для скрытой записи информации.

Предлагаемый материал является аналогом костной ткани, а примеси ионов редкоземельных элементов не влияют на его биосовместимость с костной тканью, поскольку эти ионы в трехвалентном состоянии в виде окислов практически не растворимы и не взаимодействуют с биологической жидкостью.

Ниже приведенные примеры иллюстрируют, но не ограничивают изобретение.

Пример 1.

Окись кальция, взятую в стехиометрическом количестве, добавляют в дистиллированную воду, взятую в количестве, необходимом для получения 7% геля гидроксиапатита (ГА). Окислы иттербия и эрбия, взятые в стехиометрическом количестве растворяют в соляной кислоте и затем добавляют к образовавшейся суспензии гидроокиси кальция, затем к полученной суспензии добавляют ортофосфорную кислоту с плотностью 50 г/л. Введение ортофосфорной кислоты в суспензию проводится со скоростью 5 л/час до полной нейтрализации системы. Получают гель предлагаемого материала с концентрацией 6-8%. Конечный продукт может использоваться в четырех формах: гель с концентрацией ГА 5-20%, высушенный порошок с размером частиц 0.1-1 мкм, гранулы с размерами 0.25-2 мкм и объемные образцы различных форм.

Для решения задачи устранения микродефектов в эмали зуба на него в несколько слоев кисточкой наносится предлагаемый материал. После каждого нанесения эмаль промывается. В том случае, если материал входит в микрополости, то под действием излучения полупроводникового лазера будет наблюдаться интенсивное свечение в видимом диапазоне.

Наличие в кристаллической решетке материала ионов редкоземельных элементов доказывается способностью материала к антистоксовской люминесценции (в противном случае антистоксовской люминесценции не будет). Предлагаемый материал характеризуется также параметрами элементарной ячейки, аналогичными для других материалов, имеющих структуру гидроксиапатитов. Результаты исследований методом рентгенофазового анализа представлены в таблице.

Как отмечалось выше, предлагаемый материал может иметь и другое применение, а именно использоваться для маркировки, например ценных бумаг или документов, аналогично другим люминофорам.

Пример 2.

Для скрытия информации на объект (это может быть бумага, ткань и т.п.) наносится метка из предлагаемого материала. В случае твердой поверхности может наноситься суспензия предлагаемого материала в прозрачном лаке, олифе и т.д. При облучении метки полупроводниковом лазером наблюдается спектр люминесценции, соответствующий паспорту люминофора (предлагаемого материала). Процесс отождествления может быть полностью автоматизирован применением набора (полоски) из полупроводниковых фотоприемников.

Модифицированный гидроксиапатит, включающий синтезированный неорганический материал со структурой гидроксиапатита, отличающийся тем, что в качестве модифицирующих добавок он содержит ионы иттербия и эрбия или иттербия и тулия в соответствии с формулой

Ca₉Yb_x[Er,Tm]_y(PO₄)(OH)₂,

где x=0,4-0,95, y=0,05-0,6, x+y=1.