Способ изготовления пористых керамических гранул фосфатов кальция

Пористые керамические гранулы на основе гидроксиапатита (ГА) могут быть использованы для заполнения костных дефектов в травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии. Технический результат изобретения - изготовление пористых сферических гранул с регулируемым размером и открытой пористостью 20-80 об.%. Способ изготовления гранул ГА заключается в предварительном синтезировании порошка фосфата кальция с соотношением Са/Р от 1,5 до 1,67, приготовлении суспензии с 10-%ным раствором желатина в соотношении 0,5-3 мл раствора желатина на 1 г порошка при температуре раствора 10-39°С. Суспензию ГА в водном растворе желатина диспергировали в нейтральной жидкой среде растительного масла, перемешивали смесь лопастной мешалкой со скоростью вращения 100-1500 об/мин. Под действием сил поверхностного натяжения образовывались гранулы сферической формы, которые промывали, сушили и подвергали термической обработке при температуре 900-1250°С. 1 табл.

 

Изобретение относится к области керамических материалов для медицины, а именно травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, и может использоваться для изготовления материалов, предназначенных для заполнения костных дефектов.

Керамические гранулы могут быть изготовлены разными способами, включая дробление блоков с последующей обкаткой, распылительной сушкой, закалкой в жидкости, гидротермальным синтезом, с получением гранул нерегулярной или близкой к сферической геометрии (1-4). Последняя предпочтительна как для предотвращения воспалительных реакций организма, так и для процесса остеоинтеграции (5, 6).

Известен метод, основанный на сфероидизации жидких капель за счет сил поверхностного натяжения, реализуемый при использовании смесей суспензии гидроксиапатита в растворе связующего (хитозана) и жидкого парафина (5). Способ позволяет получать пористые гранулы сферической формы, открытые поры в которых образуются за счет выжигания связки. Однако недостатки способа связаны с использованием расплавленного парафина и низкой пористостью получаемого материала.

Наиболее близким техническим решением является способ получения гранул на основе гидроксиапатита, заключающийся в смешивании гидроксида кальция и монозамещенного фосфата кальция, моногидрата в мольном соотношении Са/Р=1,67, добавлении к этой смеси водного раствора, содержащего гидрогель с концентрацией полимера 0,01-10,0 мас.%, перемешивании данных веществ при температуре 20-41°С при нейтральном значении рН6,8-7,2 с последующем фильтрованием и высушиванием осажденного конечного продукта в виде гранул при температуре 105-160°С (7).

Технический результат предлагаемого изобретения - способ изготовления сферических пористых керамических гранул с регулируемым размером и открытой пористостью от 20 до 80 об.%, размером от 50 до более чем 2000 мкм, состава от трехкальциевого фосфата (Са/Р=1,5) до гидроксиапатита (Са/Р=1,67).

Для достижения технического результата предлагается суспензионная технология, основанная на принципе несмешивающихся жидкостей с последующей термической обработкой. Порошок фосфата кальция от трехкальциевого фосфата до гидроксиапатита смешивают с раствором желатина в дистиллированной воде, который способствует сцеплению частиц порошка, при температуре раствора в интервале от 15 до 39°С. Концентрация суспензии варьируется от 0,5 до 3,0 мл 10%-ного раствора желатина на 1 г. порошка фосфата кальция. После этого суспензию вводят в диспергирующую среду, в качестве которой используется растительное масло, перемешивая лопастной мешалкой. Скорость перемешивания варьируется в пределах от 100 до 1500 об/мин, длительность перемешивания - от 5 до 60 мин. После отстаивания в течение 5 мин осадок в виде сферических гранул отфильтровывают, отмывают от масла этиловым спиртом, сушат и подвергают термической обработке при температурах от 900 до 1250°С с выдержкой при этих температурах от 30 до 300 мин.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. 5 г порошка фосфата кальция с Са/Р=1,67 смешивают с 10%-ным раствором желатина в дистиллированной воде при температуре 20°С в соотношении порошок-жидкость 1 г/1,5 мл. Суспензию помещают в растительное масло при комнатной температуре, которое перемешивается лопастной мешалкой со скоростью 200 об/мин в течение 15 мин. После отстаивания, фильтрования, промывки и сушки гранулы подвергают термической обработке при температуре 1200°С с выдержкой 60 мин. Обожженные образцы имеют пористую структуру с содержанием открытых пор 39-41%, размером пор от 1 до 10 мкм. Размер получаемых гранул находится в пределах от 1000 до 10000 мкм.

Пример 2. 5 г. порошка фосфата кальция с Са/Р=1,60 смешивают с 10%-ным раствором желатина в дистиллированной воде при температуре 25°С в соотношении порошок-жидкость 1 г/2 мл. Суспензию помещают в растительное масло при комнатной температуре, которое перемешивается лопастной мешалкой со скоростью 500 об/мин в течение 15 мин. После отстаивания, фильтрования, промывки и сушки гранулы подвергают термической обработке при температуре 1200°С с выдержкой 60 мин. Обожженные образцы имеют пористую структуру с содержанием открытых пор 53-55%, размером пор от 1 до 10 мкм. Размер получаемых гранул находится в пределах от 600 до 7000 мкм.

Пример 3. 5 г порошка фосфата кальция с Са/Р=1,58 смешивают с 10%-ным раствором желатина в дистиллированной воде при температуре 35°С в соотношении порошок-жидкость 1 г/2,5 мл. Суспензию помещают в растительное масло при комнатной температуре, которое перемешивается лопастной мешалкой со скоростью 1000 об/мин в течение 30 мин. После отстаивания, фильтрования, промывки и сушки гранулы подвергают термической обработке при температуре 1000°С с выдержкой 60 мин. Обожженные образцы имеют пористую структуру с содержанием открытых пор 70-72%, размером пор от 0,5 до 15 мкм. Размер получаемых гранул находится в пределах от 50 до 900 мкм.

Пример 4. 5 г порошка фосфата кальция с Са/Р=1,50 смешивают с 10%-ным раствором желатина в дистиллированной воде при температуре 39°С в соотношении порошок-жидкость 1 г/3 мл. Суспензию помещают в растительное масло при комнатной температуре, которое перемешивается лопастной мешалкой со скоростью 1500 об/мин в течение 60 мин. После отстаивания, фильтрования, промывки и сушки гранулы подвергают термической обработке при температуре 900°С с выдержкой 60 мин. Обожженные образцы имеют пористую структуру с содержанием открытых пор 79-81%, размером пор от 0,5 до 15 мкм. Размер получаемых гранул находится в пределах от 50 до 400 мкм.

В таблице приведены характеристики гранул фосфатов кальция, получаемые при различных режимах проведения процесса. При температуре суспензии и дисперсионной среды ниже 15°С процесс гранулирования не реализуем из-за быстрого твердения суспензии, а при температуре выше 39°С - средний размер получаемых гранул составляет менее 50 мкм. При скорости перемешивания менее 100 об/мин происходит агломерирование гранул, а при скорости более 1500 об/мин - гранулы имеют средний размер менее 50 мкм. При температуре термообработки ниже 900°С не происходит спекания порошка фосфата кальция, а при температуре выше 1250°С резко снижается пористость.

Таблица

Характеристики гранул фосфатов кальция, получаемые при различных режимах проведения процесса.
Температура раствора, °СКонцентрация суспензии, мл/гСкорость перемешивания, об/минДлительность перемешивания, минТемпература термообработки, °СВремя выдержки, минРазмер гранул, мкмОткрытая пористость, %
110120020----
210250040----
3103150060----
415120020950301500-190036
5152500401100120900-130053
61531500601250300500-90084
720120020950301200-160036
82025040----
92031500601250300400-80087
102512002095030800-120039
11252500401100120400-80055
122531500601250300200-50083
133012002095030800-120033
14302500401100120300-70054
153031500601250300100-50084
163512002095030300-70033
17352500401100120100-50052
183531500601250300100-20087
1939120040950120200-60037
20393150040125012050-10085
21451500601000120менее 5037
2225250040850120--
23252500401300120400-80023

Источники информации, принятые во внимание

1. Williams D.F. The science and applications of biomaterials // Advances in Materials Technology Monitor. 1994. V.1, N2. P.1-38.

2. Орловский В.П., Суханова Г.Е., Ежова Ж.А., Родичева Г.В. Гидроксиапатитовая керамика // Ж. Всесоюзного хим. об-ва им. Д.И.Менделеева. 1991. Т.36, №6. С.683.

3. Hench L.L. Bioceramics and the future // Ceramics and Society. Ed. P.Vincenzini. Techna, Faenza, 1995. P.101-120.

4. De Bruijn J.D. Calcium phosphate biomaterials: bone-bonding and biodegradation properties. Thesis Leiden. - Haveka B.V., Alblasserdam, 1993. - 172 p.

5. Paul W., Sharma C.P. Development of porous spherical hydroxyapatite granules: application towards protein delivery // J.Mater. ScL: Mater. Med. 1999. V.10, N7. P.383-388.

6. Weinlander M., Plenk H., Jr., Adar F. and Holmes R. In: Bioceramics and the human body, Eds. A.Ravaglioli and A.Krajewski. Elsevier, London, 1992. P.317.

7. Крылова Е.А. Способ получения гидроксиапатитовых полисахаридных гранул. Патент RU 2235061, 2004.

Способ изготовления пористых сферических гранул фосфата кальция, заключающийся в приготовлении суспензии предварительно синтезированного порошка фосфата кальция с соотношением Са/Р от 1,5 до 1,67 с 10%-ным раствором желатина в соотношении от 0,5 до 3,0 мл раствора желатина на 1 г порошка при температуре раствора от 10 до 39°С с получением суспензии порошка в растворе желатина, добавление этой суспензии в растительное масло, перемешивание смеси лопастной мешалкой со скоростью ее вращения от 100 до 1500 об/мин с последующей промывкой гранул и их термической обработкой при температуре от 900 до 1250°С.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области технической керамики и огнеупоров и может быть использовано для изготовления деталей, работающих при механических нагрузках. .
Изобретение относится к производству огнеупорных изделий, в частности к изготовлению твердых электролитов из порошков тугоплавких соединений, и может быть использовано в электротехнике и металлургических отраслях промышленности.

Изобретение относится к области технической керамики и огнеупоров и может быть использовано для изготовления изделий, применяемых в электротехнике, машиностроении, химической и металлургической отраслях промышленности и других отраслях.
Изобретение относится к области производства керамических материалов и касается способа получения спекаемых полуфабрикатов, которые после спекания могут применяться, например, в качестве составляющих керамических материалов.

Изобретение относится к технологии получения керамических изделий и может быть использовано в химической, атомной, электротехнической промышленности. .

Изобретение относится к промышленности огнеупорных и керамических материалов и может быть использовано для изготовления конструкционных керамических изделий, в том числе крупногабаритных и сложной формы.

Изобретение относится к огнеупорным мат риапам и может быть использовано при изготовлении высокоогнеупорных изделий, Haiotirv8i. .

Изобретение относится к способу изготовления корундового мартеля и может найти применение в выполнении высокоогнеупорной футеровки. .

Изобретение относится к подготовке пресс-порошков при производстве изделий тонкой технической керамики. .
Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, и может использоваться для заполнения костных дефектов.

Изобретение относится к области синтеза новых химически чистых цезийсодержащих соединений, которые могут быть использованы в качестве веществ-матриц для изготовления активной части радионуклеидных источников, в частности источников ионизирующего излучения на основе цезия-137.
Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, и может быть использовано при реконструктивных костно-пластических операциях для замещения дефектов костной ткани различной этиологии.
Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, и может использоваться для заполнения костных дефектов.
Изобретение относится к медицине, а именно к оториноларингологии, и может быть использовано при пластики дефекта верхнечелюстной пазухи после гайморотомии. .
Изобретение относится к области медицины и касается способа формирования костного имплантата, который может быть использован при пластике костной ткани как при лечении, так и при протезировании участков кости, пораженной дистрофией, при дефектах костной ткани в результате врожденных или приобретенных заболеваний.

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедии и травматологии, и может быть применимо для костной пластики. .
Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии в лечении переломов шейки бедра. .
Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, и может быть использовано при реконструктивных костно-пластических операциях для замещения дефектов костной ткани различной этиологии, особенно в комплексном лечении больных с пародонтитом
Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, системе доставки лекарственных препаратов, может использоваться для заполнения костных дефектов или как матрикс для клеточных культур

Изобретение относится к области керамических материалов для медицины, а именно травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, и может использоваться для изготовления материалов, предназначенных для заполнения костных дефектов

Наверх