Материал для заполнения костных челюстно-лицевых и стоматологических дефектов

Изобретение относится к области медицины и касается материалов для корреляции фрагментов альвеолярного отростка, закрытия полостей в костных тканях. Материал выполнен на основе реакционно-твердеющей смеси порошков, содержащей гидроксиапатит и дикальций фосфат, и трикальций фосфат, а в качестве затворяющей жидкости используют раствор фосфата магния и фосфата калия в фосфорной кислоте при определенном количественном содержании их в затворяющей жидкости, при этом количество затворяющей жидкости к количеству реакционно-твердеющей смеси составляет (г): 0,25-0,65. Недорогие исходные компоненты и высокая прочность позволяют широко использовать данный материал для корреляции фрагментов альвеолярного отростка, закрытия полостей в костных тканях и лечения различных трещин травматического генеза. 1 табл.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к использованию для корреляции фрагментов альвеолярного отростка, закрытия полостей в костных тканях и лечения различных трещин травматического генеза.

Кальций фосфатные цементы получают на основе реакционно-твердеющей порошковой смеси (РПС) двух или более фосфатов кальция и затворяющей жидкости (ЗЖ). Исходный порошок представляет смесь кислых и основных фосфатов. При добавлении в смесь ЗЖ компоненты начинают взаимодействовать между собой через жидкую фазу по механизму растворения-осаждения с образованием нейтральных (рН˜7) фосфатов. В качестве исходной смеси (S.Takagi, L.C.Chow, K.Ishikawa, "Formation of hydrohyapatite in new calcium phosphate cements", Biomaterials, 19 (1998), pp.1593-1599) использовали трикальций фосфат в сочетании с гидроксидом кальция или карбонатом кальция, аморфный фосфат кальция с гидроксидом кальция, дикальций фосфат с гидроксидом кальция или карбонатом кальция. В качестве ЗЖ применяли водные растворы гидроксида натрия или двухзамещенного ортофосфата натрия. При смешении смеси порошков фосфата кальция с ЗЖ образуется тестоподобная масса, которая со временем схатывается до образования прочного гидроксиапатитового цементного камня, состоящего из кристаллического гидроксиапатита (ГА).

Предложенные материалы могут быть использованы в качестве цементных паст для заполнения костных челюстно-лицевых и стоматологических дефектов. Недостатком данных материалов является низкая прочность - менее 8 МПа.

Наиболее близким по техническому решению является фосфатный цемент (В.В.Самускевич, Н.Х.Белоус, Л.Н.Самускевич, А.А.Добрышевская. Цемент водного затворения на основе гидроксиапатита и термообработанного дигидрофосфата кальция. Неорганические Материалы, 2000, т.36, №9, с.1148-1152), состоящий из смеси порошков гидроксиапатита (ГА) и термообработанного дигидрофосфата кальция, в качестве ЗЖ используется вода. При добавлении затворяющей жидкости компоненты смеси реагируют друг с другом с образованием аморфной фазы, которая в процессе схватывания превращается в кристаллический ГА.

Существенным недостатком данного материала является низкая прочность - не более 30 МПа и быстрое время схватывания - 2-3 мин. Быстрое схватывание и низкая прочность не позволяют формовать костные имплантаты сложной конфигурации, залечивать костные дефекты большой площади и объема.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение прочности кальций фосфатного цементного материала. Для достижения технического результата предлагается использование в качестве РПС смеси порошков ГА, дикальций фосфата (ДКФ) и трикальций фосфата (ТКФ) и в качестве ЗЖ - раствора кислых фосфатов магния и калия в фосфорной кислоте, что позволяет существенно повысить прочность цементного материала на основе ГА. Цемент, состоящий из реакционной смеси ГА, ДКФ и ТКФ и ЗЖ на основе фосфатов магния и калия, не известен. Содержание в РПС ГА ДКФ 10-60 мас.% ТКФ 15-75 мас.%. Количество вводимой затворяющей жидкости ЗЖ (мл) к количеству РПС (г) должно быть в пределах 0.25-0,65 (ЗЖ (мл)/РПС (г)=0.25-0,65). Время схатывания изменялось от 6 до 35 мин в зависимости от количества и состава ЗЖ и соотношения фосфатов в РПС. После добавления ЗЖ в РПС, жидкая фаза вступает в реакцию, при этом происходит частичное растворение РПС с последующим осаждением в виде аморфной фазы. В процессе схватывания формируется структура, состоящая из кристаллов ГА, которые покрыты прослойками цементирующей аморфной фазы, обеспечивающей прочное сцепление кристаллов между собой. При использовании ТКФ в количествах больших 75 мас.%, а ДКФ в количествах меньших 10 мас.% получаемый материал характеризуется относительно высокими значениями рН (щелочная среда), введение ТКФ менее 15 мас.% и ДКФ более 60 мас.%, напротив, приводит к уменьшению рН (кислая среда), что неблагоприятно сказывается на биосовместимости с организмом человека. Введение ГА в количествах более 80 мас.% приводит к быстрому схатыванию твердеющей смеси, и наоборот, при введении менее 20 мас.% схватывание происходит очень медленно, и в том и другом случае это затрудняет применение данного материала в медицине. В случае использования затворяющей жидкости в количестве меньшем нижнего предела (ЗЖ (мл)/твердое (гр)<0,25) или использования высококонцентрированных растворов ЗЖ с содержанием фосфата магния более 75 мас.% и фосфата калия более 25 мас.% получаемая смесь имела высокую вязкость, что приводило к образованию многочисленных трещин при формовании изделия необходимой конфигурации. При применении ЗЖ в количестве выше верхнего предела (ЗЖ (мл)/ЦПС (г)>0.65), а также разбавленных растворов с большим содержанием воды более 45 мас.%, содержанием фосфата магния менее 15 мас.% и фосфата калия менее 3,5 мас.%, смесь получалась слишком жидкой, что не позволяло формовать изделия ввиду растекания смеси. Кроме того, значительно увеличивалось время схватывания, что приводило к снижению прочности, особенно в первые минуты твердения.

Пример получения образца №1. Порошки 12 г ГА, 10 г ДКФ и 18 г ТКФ смешивают в вибромельнице корундовыми шарами в течение 20 мин. Полученную РПС в количестве 0,6 г смешивают с 0,3 мл ЗЖ (40 мас.% фосфата магния и 40 мас.% фосфата калия, фосфорной кислоты 12 мас.%, 8 мас.% воды). Смешение проводят в течение 1-2 мин металлическим шпателем на стекле до сметаноподобного состояния, после чего смесь помещают в цилиндрическую форму диаметром 0,8 см. По истечении нескольких минут отформованный образец вынимают и помещают в термостат при температуре 37°С и относительной влажности 100%. Через 24 ч отвержденный образец имеет прочность на сжатие 110 МПа.

Аналогично были изготовлены образцы, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.

Предлагаемый кальций фосфатный цемент состоит из смеси порошков ГА, ДКФ и ТКФ и ЗЖ - растворов фосфатов магния и калия, в фосфорной кислоте, характеризуется более высокой прочностью.

Состав и свойства цементных материалов
	ЗЖ, мл/РПС, г	Соотношение компонентов в РПС, мас.%	Состав ЗЖ, мас.%	Время схватывания (37°С, 100% относительная влажность),	Прочность на сжатие, МПа1
				мин
		ГА	ТКФ	ДКФ	Фосфат магния	Фосфат калия	Фосфорная кислота	Вода
1	0.5	30	45	25	40	40	12	8	10	110
2	0.25	75	15	10	15	5	65	5	6	45
3	0.65	15	75	10	75	3,5	10	11,5	35	38
4	0.4	20	20	60	17	25	13	45	25	34
6(прототип)	0.3	ГА			-	-	-	100	3	30
7	0.15	95	5	0	80	0	20	0	-	Образец
										рассыпался
8	0.4	5	90	5	10	40	0	50	Более 60	4
9	0.8	10	10	80	0	30	70	0	Более 60	3
1Испытания проводили через 24 часа после затворения.

Материал для заполнения костных челюстно-лицевых и стоматологических дефектов на основе реакционно-твердеющей смеси порошков, содержащий порошок гидроксиапатита и затворяющей жидкости, отличающийся тем, что реакционно-твердеющая смесь содержит порошок трикальций фосфата и дикальций фосфата, а в качестве затворяющей жидкости - раствор фосфатов магния и фосфатов калия в фосфорной кислоте, при этом содержание компонентов в реакционно-твердеющей смеси составляет, мас.%:

Гидроксиапатит	15,0-75,0
Дикальций фосфат	10,0-60,0
Трикальций фосфат	15,0-75,0

содержание компонентов в затворяющей жидкости составляет, мас.%:

Фосфат магния	15,0-75,0
Фосфат калия	3,5-25,0
Фосфорная кислота	10,0-65,0
Вода	5,0-45,0

а количество завторяющей жидкости к количеству реакционно-твердеющей смеси находится в пределах 0,25-0,65.