Материал для замещения дефектов костной ткани
Владельцы патента RU 2281121:
Институт физико-химических проблем керамических материалов РАН (RU)
Изобретение относится к области стоматологии и касается материалов для заполнения челюстно-лицевых и стоматологических дефектов. Материал для замещения дефектов костной ткани выполнен на основе порошков гидроксида кальция, однозамещенного фосфата калия и затворяющей жидкости, при этом затворяющая жидкость содержит раствор фосфата магния и фосфорной кислоты, взятых в определенном количественном содержании, а содержание компонентов в самом материале также находится в определенном количественном содержании. Материал обладает повышенной прочностью и высокой пористостью и в процессе быстрого твердения формируется прочный каркас. 1 табл.
Изобретение относится к медицине, а именно использованию для корреляции фрагментов альвеолярного отростка, закрытия небольших полостей в костных тканях и лечения различных трещин травматического генеза.
Известны фосфатные связующие, состоящие из смеси фосфатов кальция и затворяющей жидкости (ЗЖ) (1). В качестве исходной смеси фосфатов используются тетракальциевый фосфат - Са4(PO4)2O в сочетании с брушитом - CaHPO4·2Н2О, монетитом - CaHPO4, октакальциевым фосфатом - Ca8H2(PO4)·5H2O, альфа- и бета-трикальциевым фосфатом. Смешение с ЗЖ (5-10 мМ Н3PO4) проводят в количестве, необходимом для достижения необходимой вязкости. Под воздействием жидкой фазы между компонентами происходила реакция образования гидроксиапатита с одновременным твердением тестообразного материала и образованием прочного связующего материала. Предложенные материалы могут быть использованы в качестве цементных паст для заполнения костных челюстно-лицевых и стоматологических дефектов. Недостатком данных материалов является многостадийность подготовки фосфатных связующих, а также их высокая стоимость, что связано с необходимостью предварительного синтеза дорогостоящих исходных компонентов - татракальциевого фосфата, октакальциевого фосфата и альфа- и бета-трикальциевого фосфата, требующих специального дорогостоящего оборудования для высокотемпературного синтеза перечисленных материалов. Кроме того, полученные синтезированные твердые порошки необходимо измельчать до мелкодисперсного состояния 4-5 мкм, что также приводит к повышению окончательной стоимости материала.
Наиболее близким по техническому решению является двухкомпонентное фосфатное связующее, состоящее из смеси порошков гидроксида кальция и однозамещенного фосфата калия (2). При сухом смешении между компонентами связующего химическое взаимодействие отсутствует. При добавлении ЗЖ - водного раствора однозамещенного фосфата калия - происходит химическая реакция с образованием гидроксиапатита. В результате взаимодействия формируется каркас из зерен гидроксиапатита.
Существенным недостатком данного материала является низкая прочность и большое время схватывания. Причиной снижения механической прочности является высокая пористость, а также непрочный рыхлый контакт между зернами, имеющий адгезионный характер. Низкая скорость химической реакции между компонентами приводит к увеличению времени твердения.
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение прочности кальцийфосфатного связующего материала.
Для достижения технического результата предлагается использование в качестве ЗЖ раствора фосфатов магния в фосфорной кислоте - МФР (раствор MgO - Р2О5-Н2О), что позволяет существенно повысить прочность связующего материала на основе смеси порошков гидроксида кальция и однозамещенного фосфата калия. Связующие данного состава неизвестны. Затворяющая жидкость вводится в количестве 45-65 мас.%. ЗЖ синтезировали растворением оксида магния в фосфорной кислоте с последующим выпариванием до плотности 1,40-1,75 г/см3. При использовании этой ЗЖ время схатывания изменялось от 5 до 12 минут в зависимости от количества ЗЖ. В процессе твердения образуются прочные цементирующие контакты между частицами порошка за счет распределения по границам кристаллов цементирующих прочных прослоек кристаллогидратов магнийфосфатных соединений. В случае использования ЗЖ в количестве меньше 45 мас.% или плотностью больше 1,75 г/см3 получаемая смесь имела высокую вязкость, что приводило к образованию многочисленных трещин при формовании изделия необходимой конфигурации. При применении связующего, содержащего более 75 мас.% жидкой фазы или с плотностью менее 1,40, наоборот смесь получалась слишком жидкой, что не позволяло формовать изделия ввиду растекания смеси, кроме того, значительно увеличивалось время схатывания.
Пример. 8,16 г однозамещенного фосфата калия КН2PO4 и 7,4 г гидроксида кальция Са(ОН)2 смешивают в вибромельнице корундовыми шарами в течение 5 минут. Полученный порошок в количестве 0,5 гр. смешивают с магнийфосфатным раствором в количестве 0,6 гр. плотностью 1,67 г/см3. Смешение проводят в течение 1-2 минут металлическим шпателем на стекле до тестоподобного состояния, после чего смесь помещают в цилиндрическую форму диаметром 0,8 см. По истечении 10 минут образец вынимают и помещают в термостат с температурой 37°С со 100% влажностью. Через 24 часа образцы имеют прочность на сжатие 30 МПа и пористость 44%. Аналогично были изготовлены образцы, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.
Предлагаемое кальцийфосфатное связующее, состоящее из смеси порошков гидроксида кальция и однозамещенного фосфата калия и затворяющей жидкости - раствора фосфатов магния в фосфорной кислоте, характеризуется более высокой прочностью, более низкой пористостью по сравнению с прототипом.
Таблица 1 Состав и свойства кальцийфосфатных связующих | ||||||
№ | Затворяющая жидкость | Плотность затворяющей жидкости, г/см3 | Кол-во затворяющей жидкости, мас.% | Время схватывания, мин | Открытая пористость, % | Прочность на сжатие, МПа1 |
1 | МФР | 1.67 | 56 | 10 | 44 | 30 |
2 | МФР | 1.40 | 65 | 30 | 42 | 12 |
3 | МФР | 1.75 | 45 | 8 | 48 | 18 |
4 (прототип) | КН2PO4, 1 моль/л | Не определялась | 33,4 | Более 24 часов | 65 | 4 |
5 | МФР | 1.77 | 40 | 5 | 60 | 8 |
6 | МФР | 1.35 | 70 | 30 | 55 | 6 |
1Испытания проводили через 24 часа после затворения. |
Материал для замещения дефектов костной ткани на основе порошков гидроксида кальция, однозамещенного фосфата калия и затворяющей жидкости, отличающийся тем, что затворяющая жидкость содержит раствор фосфата магния и фосфорной кислоты при следующем соотношении компонентов в затворяющей жидкости, мас.%:
MgO | 10,0-15,0 |
Н3PO4 | 40,0-65,0 |
H2O | 20,0-45,0 |
а содержание компонентов в материале находится в следующем соотношении, мас.%:
Са(ОН)2 | 17,0-27,0 |
КН2PO4 | 18,0-28,0 |
Затворяющая жидкость | 45,0-65,0 |