Способ получения остеопластического керамического материала на основе фосфата кальция



Способ получения остеопластического керамического материала на основе фосфата кальция
Способ получения остеопластического керамического материала на основе фосфата кальция
Способ получения остеопластического керамического материала на основе фосфата кальция
C04B41/5048 - Последующая обработка строительных растворов, бетона, искусственных камней или керамики; обработка природного камня (кондиционирование материалов перед формованием C04B 40/00; нанесение жидких или других текучих материалов на поверхность вообще B05; шлифование или полирование B24; способы и устройства для изготовления и обработки отформованных изделий из глины или других керамических составов, шлака или смесей, содержащих вяжущие вещества B28B 11/00; обработка камня и т.п. материалов B28D; глазури, кроме холодных глазурей, C03C 8/00; составы для травления, поверхностного осветления или декапирования C09K 13/00)
C04B35/62625 - Формованные керамические изделия, характеризуемые их составом (пористые изделия C04B 38/00; изделия, характеризуемые особой формой, см. в соответствующих классах, например облицовка для разливочных и плавильных ковшей, чаш и т.п. B22D 41/02); керамические составы (содержащие свободный металл, связанный с карбидами, алмазом, оксидами, боридами, нитридами, силицидами, например керметы или другие соединения металлов, например оксинитриды или сульфиды, кроме макроскопических армирующих агентов C22C); обработка порошков неорганических соединений перед производством керамических изделий (химические способы производства порошков неорганических соединений C01)
A61L2430/02 - Способы и устройства для стерилизации материалов и предметов вообще; дезинфекция, стерилизация или дезодорация воздуха; химические аспекты, относящиеся к бандажам, перевязочным средствам, впитывающим прокладкам, а также к хирургическим приспособлениям; материалы для бандажей, перевязочных средств, впитывающих прокладок или хирургических приспособлений (консервирование тел людей или животных или дезинфекция, характеризуемые применяемыми для этого веществами A01N; консервирование, например стерилизация пищевых продуктов A23; препараты и прочие средства для медицинских, стоматологических или гигиенических целей A61K; получение озона C01B 13/10).

Владельцы патента RU 2699093:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к получению материалов на основе стронций-замещенного β-трикальцийфосфата, которые могут быть использованы в качестве тканеинженерных остеопластических материалов для аугментации дефектов трабекулярной костной ткани. На основу из β-трикальцийфосфата β-Сa3(PO4)2 наносят не менее 3 слоев толщиной от 50 до 500 мкм прекурсора материала β-трикальцийфосфата, в котором ионы кальция частично замещены на ионы стронция (Са1-хSrх)3(PO4)2. Слои прекурсоров материала стронций-замещенного β-трикальцийфосфата наносят с постепенным увеличением в нем концентрации ионов стронция, от х=0,01 в первом слое до х=0,1 в последнем. Основу со слоями прекурсора материала β-трикальцийфосфата, в котором ионы кальция частично замещены на ионы стронция, подвергают термообработке не менее 2 часов при  температуре не менее 900°С. Материал, изготовленный заявленным способом, позволяет оптимизировать процессы остеоинтеграции. 5 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к получению материалов на основе стронций замещенного β-трикальцийфосфата, которые могут быть использованы в качестве тканеинженерных остеопластических материалов для аугментации дефектов трабекулярной костной ткани.

Синтетические кальций фосфатные аугменты на основе биоактивной керамики, в частности на основе β-трикальцийфосфата, обладающие остеокондуктивными свойствами и полностью заменяемые костной тканью реципиента, получили широкое применение в медицинской практике [1]. Подобные аугменты являются постепенно резорбируемой матрицей, на границе которой происходит рост новообразованной костной ткани. Основная трудность, возникающая при остеоаугментации кальций фосфатных керамических материалов, состоит в том, что скорость биорезорбции может не совпадать со скоростью синтеза новообразованной кости, вследствие чего любые нагрузки будут противопоказаны до факта полноценной остеоинтеграции.

Известно, что допирование стронцием остеотропных материалов на основе фосфата кальция оптимизирует остеорегенерацию за счет влияния на основные процессы репаративного остеогенеза и ингибирует остеокластическую резорбцию [2, 3]. Импланты с покрытиями на основе гидроксиапатита (гидроксильный аналог трикальций фосфата), содержащие 10% Sr10(PO4)6(OH)2, показывающие улучшенную остеоинтеграцию по сравнению с гидроксиапатитом без стронция [4, 5], получают, в основном, твердофазным или «золь-гель» способами.

Известно, что процесс репаративной остеорегенерации начинается с интенсификации пролиферативной активности остеобластов, синтезирующих фибриллы коллагена I типа, на нитях которого происходят процессы минерализации органического матрикса [6]. На начальных этапах индукции процесса остеогенеза баланс между остеопластическим синтезом и остеокластической резорбцией должен быть сдвинут в сторону синтеза новообразованной кости; в результате чего стронций-содержащие аугменты будут оптимизировать начальные этапы остеорегенерации за счет ингибирования вектора перилакунарной остеокластической резорбции [7]. Напротив, при созревании трабекулярной кости, важная роль отводится механоцитарному ремоделированию, вследствие чего аугменты с градиентно уменьшающейся концентрацией стронция и увеличивающимся содержанием катионов кальция по мере аппозиционного остеогенеза будут способствовать оптимизации данного процесса и укреплению прочностных характеристик кости de novo [8].

К недостаткам существующих способов получения однофазных Sr-замещенных материалов на основе β-трикальцийфосфата следует отнести отсутствие возможности варьирования состава по соотношению катионов Ca/Sr, эквивалентных фазам костной регенерации [9].

Задачей изобретения является получение керамики β-трикальцийфосфата с заданным градиентным содержанием стронция в объеме, обеспечивающего оптимизацию процессов остеоинтеграции за счет эквивалентности фазам костной регенерации и последующего ремоделирования костной ткани.

Для этого предложен способ получения остеопластического керамического материала на основе фосфата кальция, в котором на основу из β-трикальцийфосфата β-Сa3(PO4)2 наносят не менее 3-х слоев толщиной от 50 до 500 мкм прекурсора материала β-трикальцийфосфата, в котором ионы кальция частично замещены на ионы стронция (Са1-хSrх)3(PO4)2, при этом слои прекурсоров материала стронций-замещенного β-трикальцийфосфата наносят с постепенным увеличением в нем концентрации ионов стронция, от х=0.01 в первом слое до х=0.1 – в последнем, основу со слоями прекурсора материала β-трикальцийфосфата, в котором ионы кальция частично замещены на ионы стронция, подвергают термообработке не менее 2 часов при температуре не менее 900°С.

При получении остеопластического керамического материала заявленным способом в нем создается градиент по содержанию стронция в объеме материала, от минимального содержания Sr3(PO4)2 к максимальному. В итоге, верхние нанесенные слои содержат наибольшее количество ионов стронция, что оптимизирует остеоинтеграционные и антирезорбтивные параметры биоматериала, а внутренние слои содержат градиентно увеличивающееся содержание ионов кальция, что эквивалентно фазам костного ремоделирования. Предполагаемая толщина каждого слоя с определенным содержанием ионов стронция зависит от функционального назначения аугмента и находится в диапазоне величин от 50 до 500 мкм.

Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в оптимизации процессов остеоинтеграции за счет эквивалентности фазам костной регенерации и последующего ремоделирования костной ткани.

Способ иллюстрируется рисунками, где на фиг.1 представлена рентгенограмма заготовки образца β-трикальцийфосфата со слоем β-трикальцийфосфата, замещенного 5 ат.% СаO; на фиг.2 - микрофотография поперечного шлифа керамических образцов β-трикальцийфосфата с градиентным содержанием добавок оксида стронция; на фиг.3 - микрофотография поперечного шлифа керамических образцов β-трикальцийфосфата с картированием на элементы P; на фиг.4 - микрофотография поперечного шлифа керамических образцов β-трикальцийфосфата с картированием на ионы Ca; на фиг.5 - микрофотография поперечного шлифа керамических образцов β-трикальцийфосфата с картированием на ионы Sr.

Нанесение градиентных по содержанию стронция слоев осуществляли методом окунания (dip-coating) заготовки керамического аугмента на основе β-трикальцийфосфата в прекурсорные суспензии с заданным содержанием ионов соответственно формуле (Са1-хSrх)3(PO4)2.

Пример. Порошок β-трикальцийфосфата синтезировали твердофазным способом при смешивании карбоната кальция CaCO3 и фософорнокислого 2-замещенного кальция CaHPO4*2H2O (квалификацией х.ч.), когда ионы Ca2+/P3+ были взяты в расчетном соотношении 3/2. Из полученного порошка прессовали образцы для получения экспериментальных аугментов без содержания добавки Sr2+, которые спекали при температуре 1000оС в течение 5 часов. Порошки β-трикальцийфосфата с различным содержанием стронция, готовили при смешивании карбонатов кальция и стронция с фософорнокислым 2-замещенным кальцием, взятых в расчетном соотношении (Ca2++Sr2+)/P3+ = 3/2. Полученные порошки (Са1Srх)3(PO4)2 где х от 0 до 0.1 ат.% кальция, где х= 0.01, 0.03, 0.05, 0.07 и 0.1 мол.% использовали для приготовления суспензий в планетарной мельнице Retsch PM100. Режим помола один час при 300 об/мин. Суспензионные слои с разным содержанием катионов стронция наносили на изготовленные образцы трикальцийфосфата последовательно, по мере увеличения концентрации стронция, с использованием устройства Bungard RDC 15. Нужную толщину слоя задавали вязкостью и концентрацией приготовленной суспензии. Температурную обработку изделия из трикальцийфосфата с последовательно нанесенными слоями с увеличивающимся содержанием катионов стронция в (Са1-хSrх)3(PO4)2 вели в силитовой печи с терморегулятором Варта ТП 403 при температуре 1000°С в течение 5 часов. На фигурах 2-4 показаны микрофотографии поперечного шлифа керамического образца на основе β-трикальцийфосфата с картированием на ионы, видно равномерное распределение ионов Ca и P в объеме материала. На фигуре 5 приведена микрофотография поперечного шлифа керамического образца с картированием на ионы Sr, показано градиентное распределение катионов стронция в объеме материала.

Таким образом, заявленный способ позволяет оптимизировать процессы остеоинтеграции.

Источники информации

1. Баринов С.М. Керамические и композиционные материалы на основе фосфатов кальция в медицине. Успехи химии. 79 (1) 2010.

2. Schumacher M, Wagner AS, Kokesch-Himmelreich J, Bernhardt A, Rohnke M, Wenisch S, Gelinsky M. Strontium substitution in apatitic CaP cements effectively attenuates osteoclastic resorption but does not inhibit osteoclastogenesis. Acta Biomater. 2016 Jun; 37: 184-94. doi:10.1016 / j.actbio.2016.04.016. Epub 2016 Apr 12.

3. Park JW, Kang DG, Hanawa T. New bone formation induced by surface strontium-modified ceramic bone graft substitute. Oral Dis. 2016 Jan; 22(1):53-61. doi: 10.1111/odi.12381. Epub 2015 Nov 23.

4. Matsunaga K., Murata Н. Strontium Substitution in bioactive calcium phosphates: A first-principles study. // J Phys. Chem. B. 2009. V. 113. №11. P. 3584- 3589

5. Сoating comprising strontium for body mplants. US 2015.0050618A1

6. Moore SR, Saidel GM, Knothe U, Knothe Tate ML. Mechanistic, mathematical model to predict the dynamics of tissue genesis in bone defects via mechanical feedback and mediation of biochemical factors. PLoS Comput Biol. 2014 Jun 26; 10(6):e1003604. doi: 10.1371/journal.pcbi.1003604. eCollection 2014 Jun.

7. Tan S, Zhang B, Zhu X, Ao P, Guo H, Yi W, Zhou GQ. Deregulation of bone forming cells in bone diseases and anabolic effects of strontium-containing agents and biomaterials. Biomed Res Int. 2014; 2014:814057. doi: 10.1155/2014/814057. Epub 2014 Mar 31. Review.

8. Saidak Z, Marie PJ. Strontium signaling: molecular mechanisms and therapeutic implications in osteoporosis. Pharmacol Ther. 2012 Nov; 136(2):216-26. doi: 10.1016/j.pharmthera.2012.07.009. Epub 2012 Jul 20. Review.

9. Marie PJ. Strontium ranelate in osteoporosis and beyond: identifying molecular targets in bone cell biology. Mol Interv. 2010 Oct;10(5):305-12. doi: 10.1124/mi.10.5.7. Review.

Способ получения остеопластического керамического материала на основе фосфата кальция, отличающийся тем, что на основу из β-трикальцийфосфата β-Сa3(PO4)2 наносят не менее 3 слоев толщиной от 50 до 500 мкм прекурсора материала β-трикальцийфосфата, в котором ионы кальция частично замещены на ионы стронция (Са1-хSrх)3(PO4)2, при этом слои прекурсоров материала стронций-замещенного β-трикальцийфосфата наносят с постепенным увеличением в нем концентрации ионов стронция, от х=0,01 в первом слое до х=0,1 в последнем, основу со слоями прекурсора материала β-трикальцийфосфата, в котором ионы кальция частично замещены на ионы стронция, подвергают термообработке не менее 2 часов при температуре не менее 900°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении углепластиков с улучшенными прочностными свойствами. Сначала проводят плазмохимическую обработку наполнителя из углеродных волокон.

Настоящим изобретением предлагается способ изготовления детали из композиционного материала, предусматривающий формирование волокнистой структуры из огнеупорных волокон, укладку волокнистой структуры в пресс-форму поверх элемента из пористого материала, установленного в нижней части пресс-формы в камере пропитки.

Изобретение относится к производству композиционных материалов с керамической матрицей, обладающих повышенной стойкостью к окислению и коррозии при высоких температурах.

Изобретение относится к композиции защитного и истираемого покрытия для нанесения на ролики и, более конкретно, к роликам конвейера для перемещения металлических листов, содержащим истираемое покрытие для применения при высоких температурах, к способу изготовления таких роликов и к их применению.

Изобретение относится к композиционным пьезоматериалам (КПМ) и может быть использовано для изготовления гидроакустических приёмников, датчиков медицинской ультразвуковой диагностики, эмиссионного контроля, дефектоскопов и других объёмно-чувствительных пьезопреобразователей, а также к технологии изготовления этих материалов.

Группа изобретений относится к области термозащитных и антиокислительных покрытий и может быть использована для повышения химической инертности и температуры эксплуатации изделий, используемых в авиакосмической промышленности, топливо-энергетическом комплексе, в химической промышленности и др.
Изобретение относится к технологии изготовления гибких композиционных пьезоэлектрических материалов (ГКПМ), позволяющей получать изделия, обладающие высокой деформируемостью и гибкостью, например, в виде пластин, волокон и плёнок, и обладающие набором электрофизических параметров, позволяющих использовать такие изделия для изготовления гидроакустических устройств, а также приёмников, применяющихся в приборах медицинской ультразвуковой диагностики, эмиссионного контроля, дефектоскопии и др.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к производству крупногабаритных керамических кварцевых тиглей для плавления и выращивания монокристаллов германия, применяемого в полупроводниковой промышленности.
Изобретение относится к области получения металлических покрытий на керамических изделиях и может найти применение в электронной, электротехнической и радиотехнической промышленности.

Изобретение относится к способам получения пенокерамических фильтров (ПКФ) для очистки жидкого алюминия и его сплавов. Может использоваться в металлургии, литейном производстве.

Изобретение относится к способу получения керамики на основе диоксида циркония с трансформируемой тетрагональной кристаллической фазой и может быть использовано для изготовления износостойких деталей сферической формы, например, в качестве мелющего бисера.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, применяется для футеровки металлургических агрегатов, например сталеразливочных ковшей, промежуточных ковшей, вакууматоров, для изготовления формованных огнеупоров методом вибролитья и т.д., работающих при температуре до 1750°С.

Изобретение относится к способу получения керамического композита из нитрида кремния, упрочненного нитридом титана, обладающего совокупностью физико-механических свойств, таких как высокая прочность и твердость, низкий коэффициент термического расширения, износостойкость и электрическая проводимость.

Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы, которые могут быть применены в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии.

Изобретение относится к области получения высоколегированного ионами эрбия прозрачного керамического материала со структурой иттрий-алюминиевого граната (Еr:ИАГ) для использования в качестве лазерного материала в медицине и оптической связи.

Изобретение относится к производству композиционных материалов с керамической матрицей, обладающих повышенной стойкостью к окислению и коррозии при высоких температурах.

Изобретение относится к композиционным пьезоматериалам (КПМ) и может быть использовано для изготовления гидроакустических приёмников, датчиков медицинской ультразвуковой диагностики, эмиссионного контроля, дефектоскопов и других объёмно-чувствительных пьезопреобразователей, а также к технологии изготовления этих материалов.

Группа изобретений относится к области термозащитных и антиокислительных покрытий и может быть использована для повышения химической инертности и температуры эксплуатации изделий, используемых в авиакосмической промышленности, топливо-энергетическом комплексе, в химической промышленности и др.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению футеровки тигля вакуумной индукционной печи для выплавки прецизионных сплавов повышенной чистоты.

Изобретение относится к огнеупорным материалам для футеровки с огневой стороны промышленных печей для выплавки цветных металлов. Технический результат изобретения - получение огнеупорных продуктов для огнеупорной каменной кладки или монолитной футеровки, длительно устойчивых к фаялитовым шлакам, сульфидным расплавам (штейнам), сульфатам и расплавам цветных металлов.

Группа изобретений относится к медицине, конкретно к композиции частиц, приспособленной для формирования цемента-заменителя костного трансплантата при смешивании с водным раствором, содержащей: i) порошок полугидрата сульфата кальция, причем полугидрат сульфата кальция присутствует в концентрации по меньшей мере приблизительно 50 массовых процентов от общей массы композиции частиц; ii) порошок моногидрата первичного кислого фосфата кальция; iii) порошок непористого β-трикальция фосфата и iv) порошок пористого β-трикальция фосфата.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к получению материалов на основе стронций-замещенного β-трикальцийфосфата, которые могут быть использованы в качестве тканеинженерных остеопластических материалов для аугментации дефектов трабекулярной костной ткани. На основу из β-трикальцийфосфата β-Сa32 наносят не менее 3 слоев толщиной от 50 до 500 мкм прекурсора материала β-трикальцийфосфата, в котором ионы кальция частично замещены на ионы стронция 32. Слои прекурсоров материала стронций-замещенного β-трикальцийфосфата наносят с постепенным увеличением в нем концентрации ионов стронция, от х0,01 в первом слое до х0,1 в последнем. Основу со слоями прекурсора материала β-трикальцийфосфата, в котором ионы кальция частично замещены на ионы стронция, подвергают термообработке не менее 2 часов при  температуре не менее 900°С. Материал, изготовленный заявленным способом, позволяет оптимизировать процессы остеоинтеграции. 5 ил., 1 пр.

Наверх