Способ получения биоцемента на основе карбоната кальция для заполнения костных дефектов



Владельцы патента RU 2657568:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) (RU)

Изобретение относится к области медицины, а именно к керамическим и цементным материалам, и раскрывает способ получения биоцемента на основе карбоната кальция для заполнения костных дефектов. Способ характеризуется тем, что цементный раствор получают в результате последовательного добавления в суспензию добавки, затем проводят смешение суспензии и добавки в течение 0,5-1 мин, затем в полученную смесь добавляют порошок карбоната кальция при постоянном перемешивании в течение 1-2 мин до получения однородного цементного раствора при специально подобранном соотношении компонентов. Полученный цементный раствор схватывается в течение 3-8 мин с образованием цементного камня, состоящего из кристаллических фаз - кальцита и дикальцийфосфата, а также аморфного фосфата кальция; полученный цементный камень характеризуется пористостью 40-70%, размером пор 500-2000 мкм, прочностью не менее 4 МПа. Изобретение может быть использовано для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к медицине, а именно для пластической реконструкции поврежденных костных тканей.

Наиболее перспективными для быстрого восстановления костных тканей человека являются керамические и цементные материалы с высокой скоростью биорезорбции. К таким материалам можно отнести кальцийсодержащие цементные материалы, содержащие следующие фазы с высокой скоростью биорезорбции: карбонат кальция (КК), дикальцийфосфат или аморфный фосфат кальция (АФК, Ca3(PO4)2*nH2O)).

Сложность получения цементов связана с необходимостью прохождения процесса схватывания в определенный временной период - достаточный для смешения компонентов цемента и введения полученного цементного раствора в зону дефекта. При этом важным является, чтобы сроки схватывания также не были велики, что приводит к увеличению продолжительности проведения хирургического операционного вмешательства. Поэтому схватывание должно проходить в интервале от 3-4 до 10-12 минут. Важным является структура материала. Так, например, присутствие крупных пор (до 500-2000 мкм) в затвердевших цементах способствует повышению скорости биорезорбции. Кроме того, поровое пространство должно быть равномерным и состоять из связанных между собою пор. Это способствует более равномерному образованию костной ткани по всему объему вводимого цементного материала за счет прорастания кровеносных сосудов в поровое пространство, возможности течения физиологических потоков органических жидкостей и миграции костных клеток.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту является цемент (С Combes, R Bareille, С Rey Calcium carbonate-calcium phosphate mixed cement compositions for bone reconstruction. J Biomed Mater Res A. 2006 т. 79, №2, p. 318-28). В результате смешения порошка, состоящего из смеси 50% фатерита (метастабильная фаза карбоната кальция) и 50% дикальцийфосфата дигидрата, с цементной жидкостью (деионизированная вода или водный раствор 0,9% хлорида натрия) в соотношении жидкость/порошок = 0,5/1 получали цементный раствор, который схватывался в цементный камень через 30 минут. Схватывание проходило в результате взаимодействия щелочного фатерита и кислого дикальцийфосфата дигидрата с образованием АФК. Также в схватившемся цементе наблюдался остаток непрореагировавшего фатерита до 40% и небольшое количество дикальцийфосфата дигидрата. Образующийся АФК в цементе выполняет роль связующей фазы между твердыми частицами цемента. По фазовому составу, образовавшийся цемент состоял из АФК, фатерита и дикальцийфосфата дигидрата. К недостаткам материала можно отнести использование сложно получаемого фатерита (метастабильная фаза КК), продолжительное время схватывания - 30 минут, а также отсутствие взаимопроникающей пористости. Материал получался с небольшими порами размером до 2-4 мкм, отдельно лежащими друг от друга.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в получении цементного пористого материала на основе карбоната кальция и дикальцийфосфата для регенеративной костной медицины.

Техническим результатом является получение высокопористого цементного материала с пористостью 40-70% с размерами пор 500-2000 мкм, временем схватывания 3-8 минут, прочностью не менее 4 МПа, содержащего основные фазы: карбонат кальция, дикальцийфосфат и АФК.

Технический результат достигается тем, что биоцемент на основе карбоната кальция для заполнения костных дефектов получают в результате последовательного введения в суспензию добавки, затем проводят смешение суспензии и добавки в течение 0,5-1 минуты, затем в полученную смесь добавляют при постоянном перемешивании в течении 1-2 минут порошок карбоната кальция до получения однородного цементного раствора, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

1) суспензия (раствор фосфорной кислоты, содержащий 40-45% Ca(H2PO4)2) - 60-70%;

2) порошок карбоната кальция (кристаллическая фаза - кальцит) - 30-40%;

3) добавка (фосфат натрия) - количество составляет 30-40% по отношению к количеству суспензии,

полученный цементный раствор схватывается в течение 3-8 минут с образованием цементного камня, состоящего из кристаллических фаз - кальцита, дикальцийфосфата и аморфный фосфат кальция, полученный цементный камень характеризуется пористостью 40-70%, размером пор 500-2000 мкм, прочностью не менее 4 МПа.

При смешении суспензии с добавкой и порошком происходит взаимодействие между компонентами, в результате реакции образуется дикальцийфосфат и аморфная фаза, выделяется углекислый газ, что приводит к вспениванию образующегося цементного раствора. После прохождения процесса схватывания поры внутри затвердевшего цемента остаются, а углекислый газ выделяется во внешнюю среду. Схватывание происходит за счет образования АФК, который является продуктом реакции между суспензией, добавкой и порошком карбоната кальция. Образующийся АФК цементирует частицы цемента между собой, образуя прочный каркас, в котором распределены поры, оставшиеся после вспенивания раствора. Роль вводимого фосфата натрия заключается в регулировании процесса схватывания и фазообразования, снижении кислотности затвердевшего цемента (рН готового цемента близка к нейтральному - около 6,0-7,0). При использовании суспензии менее 60% с (концентрация Са(H2PO4)2 более 45%) или использования порошка КК в количестве более 40% цементный раствор становится очень вязким, что не позволяет его использовать как пластичную массу для формования. При использовании суспензии в количестве более 70% (концентрация Са(H2PO4)2 менее 40%) время схватывания сильно увеличивается - более 30 минут, прочность образующихся цементных образцов резко снижается - менее 3 МПа. Использование фосфата натрия менее 30% по отношению к количеству суспензии приводит к сокращению времени схватывания, что не позволяет получить качественные образцы с однородным составом по объему, а при использовании более 40% схватывание происходит за более длительный период, цементы становятся менее пористыми (менее 40%), рН цементов превышает уровень 7. Смешение компонентов в течение менее 0,5 минуты суспензии с добавкой, и менее 1 минуты суспензии с КК приводит к неоднородности структуры материалов. При увеличении времени смешения компонентов больше указанного приводит: 1) при смешении добавки с суспензией (более 1 минуты) к увеличению вязкости суспензии и как следствие, к снижению времени схватывания; 2) при смешении суспензии с порошком КК (более 2 минут) снижается пористость цементных материалов ниже заявленных значений.

Пример. Цементы получали при смешении 0,7 г (70%) суспензии (раствор фосфорной кислоты, содержащий 40% Са(H2PO4)2 и 0,28 г (40% добавки фосфата натрия по отношению к количеству суспензии) в течение 1 минуты, затем в полученную смесь добавляли порошок карбоната кальция (кристаллическая фаза кальцит) в количестве 0,3 г (30%) и повторно перемешивали в течение 2 минут до образования цементного раствора. После смешения полученный раствор помещали в тефлоновую форму диаметром 8 мм для придания цементным образцам формы. После схватывания полученные образцы вынимали из формы. Образцы характеризовались 65% пористостью и прочностью на сжатие 6 МПа, размером пор от 500-1500 мкм, временем схватывания 7 минут. Образцы состояли из кальцита, дикальцийфосфата и АФК. Были изготовлены образцы цементов, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.

Способ получения биоцемента на основе карбоната кальция для заполнения костных дефектов, отличающийся тем, что цементный раствор получают в результате последовательного добавления в суспензию добавки, затем проводят смешение суспензии и добавки в течение 0,5-1 мин, затем в полученную смесь добавляют порошок карбоната кальция при постоянном перемешивании в течение 1-2 мин до получения однородного цементного раствора, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

1) суспензия (раствор фосфорной кислоты, содержащий 40-45% Ca(H2PO4)2 - 60-70%,

2) порошок карбоната кальция (кристаллическая фаза - кальцит) - 30-40%,

3) добавка (фосфат натрия) - количество составляет 30-40% по отношению к количеству суспензии,

полученный цементный раствор схватывается в течение 3-8 мин с образованием цементного камня, состоящего из кристаллических фаз - кальцита и дикальцийфосфата, а также аморфного фосфата кальция; полученный цементный камень характеризуется пористостью 40-70%, размером пор 500-2000 мкм, прочностью не менее 4 МПа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к регенеративной медицине и тканевой инженерии. Описан биорезорбируемый сетчатый имплантат на основе алифатических полимерных эфиров и мультипотентных стромальных клеток для пластики стенок малого таза и брюшной полости, состоящий из а) высокопористого матрикса-носителя на основе монофиламентных нитей полидиоксанона, б) клеточной культуры мультипотентных стромальных клеток человека, в) импрегнированного в объем резорбируемой полимерной сетки фибринового геля.

Группа изобретений относится к медицине. Описаны биоразлагаемые устройства, такие как имплантаты для контролируемой доставки терапевтических агентов, в частности больших молекул, таких как белки и антитела.

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к хирургии и трансплантологии, и предназначена для ферментативной обработки тканевых продуктов с получением бесклеточной тканевой матрицы.

Изобретение относится к области медицины, конкретно к пористым инкубаторам клеточных культур на основе никелида титана, предназначенным для замещения функций поврежденного травмой или заболеванием органа.

Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедии, травматологии и трансплантологии, и предназначено для изготовления протезов, скаффолдов и биоимплантатов для замещения костно-хрящевых дефектов.
Изобретение относится к медицине, в частности к способу получения пористого гидроксиапатит-коллагенового композита, который характеризуется тем, что гидроксиапатит, полученный конденсационным способом с использованием гидроакустического преобразователя, смешивают с коллагеном, полученную гидроксиапатит-коллагеновую смесь гомогенизируют в ультразвуковом поле с частотой (22÷44) кГц, плотностью мощности (1÷10) Вт/см3 в течение (10÷400) с.

Группа изобретений относится к области создания пористых структур для медицинских имплантатов. Способ изготовления пористой структуры включает в себя этап создания модели пористой структуры, а также этап ее изготовления в соответствии с созданной моделью путем воздействия на плавкий материал источником энергии.

Изобретение относится к области медицины, в частности к способам получения материала для тканеинженерных конструкций, состоящих из волокон биорезорбируемых полиэфиров, полученных методом электроформования из растворов вышеуказанных полимеров для получения биологически активных материалов, резорбируемых в теле человека, которые могут найти применение для получения тканеинженерных конструкций различных конфигураций, имитирующих внеклеточный матрикс, обладающих контролируемой биорезорбцией, применяемых для создания различных имплантатов, в том числе, биорезорбируемых протезов кровеносных сосудов, а также противоспаечных материалов и раневых покрытий.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. Карбонаткальциевый цемент для заполнения костных дефектов характеризуется тем, что для его получения используют порошок кристаллической фазы карбоната кальция – кальцита, и жидкость - водный 30-60% раствор фосфата магния, при следующем соотношении компонентов, масс.
Группа изобретений относится к медицине. Описан композиционный имплантат для компенсации костных дефектов, который выполнен из пористого композиционного материала, содержащего углеродную матрицу, армирующий каркас из углеродных волокон и открытые поры, объем которых не менее 5% от объема материала, а поры композиционного материала частично или полностью заполнены раствором органического йодсодержащего вещества, не вызывающим токсического действия на организм человека в количестве 0,01-0,1 г на 1 кг массы человека, при этом содержание вещества составляет не менее 3 мг в 1 см3 композиционного материала.

Группа изобретений относится к медицине. Описан биорезорбируемый материал, включающий гидроксиапатит и монооксид титана состава TiOx, где х = 0.99, 1.09, 1.23, в количестве 10 – 20 мас.% от общего.

Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского назначения. Способ биомиметического синтеза Sr-содержащего карбонатгидроксилапатита, модифицированного брушитом, приближенного к неорганическому матриксу кости, из модельного раствора синовиальной жидкости человека, включает получение неорганического вещества в искусственно созданной среде, для приготовления которой используют дистиллированную воду, CaCl2 - 0,6715 г/л, Na2HPO4⋅12H2O - 7,4822 г/л, NaCl - 2,8798 г/л, NaHCO3 - 2,0160 г/л, MgCl2⋅6H2O - 0,4764 г/л, Na2SO4 - 1,6188 г/л, KCl - 0,3427 г/л и SrCl2⋅6H2O в количестве, обеспечивающем концентрацию ионов Sr - 0, 6715 г/л.

Группа изобретений относится к медицине. Описаны гидрофильный дегидратированный частично очищенный материал для замещения кости естественного происхождения, из которого практически полностью удален неколлагеновый органический материал, при этом практически сохранены неорганическая пористая костная структура и коллагеновая структура, присущие естественной кости, где материал для замещения кости содержит по меньшей мере один сахарид или сахарный спирт в количестве, составляющем от 0,05 до 1,5 мас.%, и фосфатную группу, выбранную из группы, состоящей из фосфата НРО42- и Н2РО4-, в количестве от 0,7 до 5,6 мас.%, где указанная фосфатная группа является компонентом физиологически приемлемой соли, и способ получения гидрофильного дегидратированного частично очищенного материала для замещения кости.

Изобретение относится к получению гидроксиапатита Са10(РO4)6(ОН)2, используемого при изготовлении биоактивных покрытий в стоматологии, травматологии и ортопедии. Для получения гидроксиапатита к водному раствору нитрата кальция добавляют при комнатной температуре 0,2 М раствор этилендиаминдиянтарной кислоты.

Изобретение относится к области медицины. Описан способ биомиметического синтеза Sr-содержащего карбонатгидроксилапатита, модифицированного брушитом, приближенного к неорганическому матриксу кости, из модельного раствора синовиальной жидкости человека, включающий получение неорганического вещества, в искусственно созданной среде для этого готовят модельную среду указанного состава: CaCl2 - 0,67155 г/л, Na2HPO4⋅12H2O - 7,4822 г/л, NaCl - 2,8798 г/л, NaHCO3 - 2,0160 г/л, MgCl2⋅6H2O - 0,4764 г/л, Na2SO4 - 1,6188 г/л, KCl - 0,3427 г/л и дистиллированной воды, при этом концентрация ионов Sr должна составлять, 0,6715 г/л, проводят осаждение при значении pH 7.4 в течение 21 дня.

Изобретение относится к композиционному материалу, выполненному в форме нити, на основе термопластичного полимера с добавлением биоактивного керамического компонента и может быть использовано для осуществления 3D-печати биорезорбируемых конструкций медицинского назначения методом наплавления нитей (Fused Filament Fabrication, FFF).

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения кремнийзамещенного гидроксиапатита, включающий синтез кремнийзамещенного гидроксиапатита методом осаждения из водного раствора реагентов, содержащих ортофосфорную кислоту, гидроксид кальция и тетраэтилортосиликат, отстаивание, выделение осадка, высушивание и термообработку осадка, отличающийся тем, что термообработку осадка ведут при температуре 200-250°С в течение 2-3 часов, затем его охлаждают в течение 1-2 часов, размалывают в течение 15 мин и производят фракционирование до 90 мкм.

Изобретение относится к области медицины. Описан гидрогель, содержащий масс.

Изобретение относится к композиционным материалам медицинского назначения и может быть использовано при изготовлении костных имплантатов. Полимерный композит с памятью формы состоит из «жесткой» и «мягкой» фаз.
Изобретение относится к медицине, в частности к способу получения пористого гидроксиапатит-коллагенового композита, который характеризуется тем, что гидроксиапатит, полученный конденсационным способом с использованием гидроакустического преобразователя, смешивают с коллагеном, полученную гидроксиапатит-коллагеновую смесь гомогенизируют в ультразвуковом поле с частотой (22÷44) кГц, плотностью мощности (1÷10) Вт/см3 в течение (10÷400) с.

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения композитных порошков из двухкомпонентных смесей гидроксиапатита и волластонита, которые являются биологически совместимыми с костной тканью человека, при этом смешивают водные растворы гидроксида кальция, ортофосфорной кислоты и пятиводного силиката натрия, отношение концентраций реагентов Ca/P задают равным 1.67, a Ca/Si=1.00, количества Са(ОН)2, H3PO4 и Na2SiO3 рассчитывают исходя из значений Са/Р и Ca/Si и выбранной пропорции гидроксиапатит/волластонит в порошке требуемой массы, pH поддерживают на уровне 12.00±0.05, после осаждения полученную твердую фазу выдерживают под маточным раствором в течение 24 часов при температуре 22-25°C, отфильтровывают, промывают дистиллированной водой, высушивают при 90°C до постоянной массы и прокаливают при 1000°C в течение 2 часов. Порошки предназначены для восполнения дефектов зубов и костей в стоматологии, челюстно-лицевой хирургии, травматологии, ортопедии. В способе используют реагенты, не приводящие к образованию вредных побочных продуктов. 1 ил., 1 табл., 2 пр.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2016-11-07 2018-06-21T10:12:26
Наверх