Способ получения биомиметического кальций-фосфатного модифицированного желатином покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека

Изобретение относится к созданию новых материалов биомедицинского назначения. Способ получения биомиметического кальций-фосфатного модифицированного желатином покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека включает приготовление раствора состава: CaCl2 - 3,7424 г., MgCl2 - 0,6092 г., K2HPO4 - 2,8716 г., NaHCO3 - 4,5360 г., Na2SO4 - 0,0144 г., NaCl - 8,8784 г, желатин - 4,9990÷4,9970 г., полученный раствор осаждают при температуре T1=20÷25°С и значении рН=7,40±0,05 в течение 48 часов, затем осадок промывают, фильтруют, высушивают при температуре Т2=80÷85°С в течение 5 часов, из кальций-фосфатного модифицированного желатином порошка готовят водную суспензию при концентрации С=1 масс. %, наносят суспензию капиллярным методом на сплав титана (ВТ1-00), сушат при температуре Т3=20÷25°С, в течение 1 часа, затем указанный сплав опускают в полученный предварительно модельный раствор межклеточной жидкости человека на 3 суток, после этого извлекают из раствора и проводят сушку при температуре Т4=20÷25°С, в течение 24 часов. Изобретение обеспечивает повышение адгезионной и механической прочности, увеличение кристалличности. 1 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского назначения, которые могут быть использованы при создании биоактивных кальций-фосфатных модифицированных желатином (ГА-Ж) покрытий на имплантатах, при создании композитов на основе фосфатов кальция и сплавах титана.

Известен способ нанесения покрытий на изделия из титана (патент РФ №2453630), технический результат, в котором достигается за счет обработки поверхности титана углекислым газом, образующимся при реакции разложения гидрокарбоната кальция в водном растворе при соблюдении следующих условий: раствор гидрокарбоната натрия (ч.д.а.) приливают к раствору нитрата или хлорида кальция (х.ч.), соблюдая стехиометрическое соотношение реагентов 2:1. После начала выделения углекислого газа в реакционную смесь помещают титановые или с титановым покрытием изделия, например, пластины или штифты. Для устранения концентрационных потоков при формировании кристаллов смесь периодически перемешивают, при этом начинается более интенсивное выделение пузырьков углекислого газа. Толщина и адгезия покрытия, а также размер образующихся на титане кристаллов карбоната кальция изменяются в зависимости от времени протекания реакции и температуры. Прочные покрытия можно получить как минимум через десять минут после начала реакции при 20°С. Промытые пленки оставляют как минимум на сутки в контакте с раствором 0.6 М (NH4)2HPO4, затем как минимум на сутки в растворе одномолярного Ca(NO3)2, затем как минимум на сутки в растворе 0.6 М (NH4)2HPO4. Образцы промывают дистиллированной водой, сушат на воздухе при температуре 20°С. Для получения композиционных покрытий, содержащих биополимеры, титан с полученным кальцитным покрытием погружают в раствор желатина и/или хондроитинсульфата. Другие модификаторы вводят в систему с самого начала синтеза кальциевого покрытия.

Недостатком данного способа является его сложность, низкая адгезионная прочность и низкая кристалличность и как следствие низкая механическая прочность, получаемых покрытий.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения биомитического покрытия в среде синтетической жидкости (SBF), (Xiaohua Yu, Mei Wei Controlling Bovine Serum Albumin Release from Biomimetic Calcium Phosphate Coatings // Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology, 2011, 2, 28-35). По данному способу пластинки титана вертикально помещают в 1,5 мл пробирку, содержащую 1,0 мл M-SBF, затем инкубировали в водяной бане при 42°С в течение 24 час. Затем в каждую пробирку, после того как пластинка была погружена добавляли бычий сывороточный альбумин (BSA), в течение 0, 4, 6 и 8 ч соответственно. В результате чего конечная концентрация бычего сывороточного альбумина (BSA) соответствовала 50 мкг/мл. После 24 ч инкубации в SBF, все пластинки вынимают, тщательно промывают деионизированной водой и сушат при комнатной температуре.

Недостатком данного способа является его сложность, низкая адгезионная прочность и низкая кристалличность и как следствие низкая механическая прочность, получаемых покрытий.

Технической задачей заявляемого решения является повышение адгезионной прочности, увеличение кристалличности и повышение механической прочности покрытий наносимых на сплавы титана.

Техническим результатом заявляемого решения является разработка способа получения модифицированного желатином покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека. Желатин является природным полимером, образующимся при гидролизе коллагена. В отличие от последнего, он более стабилен и проявляет меньшую антигенность, вследствие чего может быть эффективно использован в качестве органической матрицы биоматериалов на основе фосфатов кальция. Желатин содержит биологически активные функциональные группы аминокислот и является перспективным материалом для регенерации костной ткани, в том числе в комбинации с гидроксиапатитом. В виду того, что желатин играет важную роль в физиологических процессах роста и перестройки костной и хрящевой ткани, получение желатин-модифицированного гидроксилапатита (ГА-Ж) и синтез покрытий на его основе, представляет собой перспективную и актуальную физико-химическую задачу.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ получения биомиметического кальций-фосфатного модифицированного желатином покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека, в котором предварительно готовят раствор состава: CaCl2 - 3,7424 г., MgCl2 - 0,6092 г., K2HPO4 - 2,8716 г., NaHCO3 - 4,5360 г., Na2SO4 - 0,0144 г., NaCl - 8,8784 г., желатин 4,9990÷4,9970 г., полученный раствор осаждают при: температуре Т1=20÷25°С, значении рН=7.40±0.05, в течение 48 часов, затем осадок промывают, фильтруют, высушивают при температуре Т2=80÷85°С в течение 5 часов, из кальций-фосфатного модифицированного желатином порошка готовят водную суспензию при концентрации С=1 масс. %, наносят суспензию капиллярным методом на сплав титана (ВТ1-00), сушат при температуре Т3=20÷25°С, в течение 1 часа, затем указанный сплав опускают в полученный предварительно модельный раствор межклеточной жидкости человека на 3 суток, после этого извлекают из раствора и проводят сушку при температуре Т4=20÷25°С, в течение 24 часов, для получения максимальной толщины кристаллического покрытия повторяют все указанные выше операции способа каждые 3 суток в течение 18 суток со сменой исходного раствора.

Возможность достижения технического результата обеспечивается тем, что в предложенном способе предварительно готовят раствор состава: CaCl2 - 3,7424 г., MgCl2 - 0,6092 г., K2HPO4 - 2,8716 г., NaHCO3 - 4,5360 г., Na2SO4 - 0,0144 г., NaCl - 8,8784 г., желатин - 4,9990÷14,9970 г, полученный раствор осаждают при: температуре T1=20÷25°С, значении рН=7.40±0.05, в течение 48 часов, затем осадок промывают, фильтруют, высушивают при температуре Т2=80÷85°С в течение 5 часов, из полученного кальций-фосфатного модифицированного желатином порошка готовят водную суспензию при концентрации С=1 масс. %, наносят суспензию капилляром с диаметром d=0,2÷0,7 мм тонким слоем на сплав титана ВТ1-00, сушат при температуре Т3=20÷25°С, в течение 1 часа, затем указанный сплав титана ВТ1-00 с предварительно нанесенным слоем фосфата кальция опускают в полученный предварительно модельный раствор межклеточной жидкости человека на 3 суток, после этого извлекают из раствора и проводят сушку при температуре Т4=20÷25 0С, в течение 24 часов. И так повторяют каждые 3 суток в течение 18 суток со сменой исходного раствора.

Используя результаты измерения краевого угла смачивания и поверхностного натяжения приготовленных суспензий с разным содержанием желатина на основании уравнения Юнга - Дюпре, была рассчитана энергия адгезии наносимой суспензии кальций-фосфатного модифицированного желатином покрытия к твердой поверхности титановых образцов.

Wa=σ01(1+cosΘ), где Wa - энергия адгезии,

σ01 - поверхностное натяжение на границе газ - жидкость,

cosΘ - косинус краевого угла смачивания.

В таблице 1 представлены адгезионные характеристики высушенной и нанесенной суспензии кальций-фосфатного модифицированного желатином покрытия на сплаве титана ВТ1-00.

Установлено, что в определенном интервале с 4,9990 г до 14,9970 г с увеличением содержания желатина происходит увеличение поверхностного натяжения и краевого угла смачивания, при этом для характеристики, получаемых покрытий важным является соотношение значений энергии адгезии и когезии.

Известно, что если это соотношение близко к единице, то наблюдается хорошее смачивание и т.д.

- хорошее⋅смачивание,

- переход⋅к⋅несмачиванию,

Wa=0 - полное⋅несмачивание.

Для оценки параметров смачивания обычно использую соотношение этих двух энергий, при этом, если оно близко к 1, то наблюдается смачивания, и т.д. Таким образом, использование желатина в интервале 4,9990÷14,9970 г. в исходном растворе является оптимальным.

На фиг. 1 представлена общая схема способа получения биомиметического кальций-фосфатного модифицированного желатином покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека.

На фиг. 2 представлен вид дифрактограммы порошка закристаллизованного ГА при содержании желатина 4,9990÷14,9970 г. в модельном растворе, при этом на всех дифрактограммах присутствуют рефлексы ГА при 25,8°(002), 31,7°(211), 32,2°(112) и 32,9°(300).

На фиг. 3 представлен вид закристаллизованного порошка ГА при содержании желатина 4,9990÷14,9970 г. в модельном растворе (увеличение 100х). Видно, что в результате кристаллизации в присутствии желатина формируются кристаллы ГА крупных размеров. Результаты РФА показали, что образцы, синтезируемые в среде модельного раствора внеклеточной жидкости при варьировании концентрации желатина, однофазны и представляют собой гидроксилапатит.

На фиг. 4 представлен вид поверхности кристаллов гидроксилапатита, выращенных на поверхности сплава титана в присутствии желатина спустя 3 суток с момента нахождения в растворе: а - травленая поверхность, б - шлифованная поверхность (увеличение 100х).

На фиг. 5 представлен вид поверхности кристаллов гидроксилапатита, выращенных на поверхности сплава титана ВТ1-0 в присутствии желатина спустя 9 суток с момента нахождения в растворе: а - шлифованная поверхность, б - травленая поверхность (увеличение 100х). При этом отмечается разница в скорости кристаллизации в зависимости от способа обработки поверхности имплантата, для шлифованных образцов наблюдается более интенсивный рост кристаллов в углублениях шлифа, тогда как на травленых образцах рост дендритов происходит в объемных дефектах, полученных за счет травления.

На фиг. 6 представлен вид поверхности кристаллов гидроксилапатита, выращенных на поверхности сплава титана ВТ1-0 в присутствии желатина спустя 18 суток с момента нахождения в растворе: а - шлифованная поверхность, б - травленая поверхность (увеличение 100х). С увеличением времени кристаллизации до 18 суток установлено, что толщина слоя покрытия увеличилась, для травленого образца она составила ~ 70 мкм, а для шлифованного ~ 50 мкм. На травленой поверхности вследствие большой толщины образовавшегося слоя наблюдается растрескивание, что ограничивает дальнейшее увеличение толщины слоя с сохранением его эксплуатационных свойств.

По данным сканирующей электронной микроскопии во всех случаях образовалось покрытие ГА-желатин с характерной гексагональной структурой кристаллов.

Таким образом, полученное данным способом покрытие может быть использовано в дальнейшем для изготовления и регенерации поверхности металлического имплантата.

1. Способ получения биомиметического кальций-фосфатного модифицированного желатином покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека, в котором предварительно готовят раствор состава: CaCl2 - 3,7424 г, MgCl2 - 0,6092 г, K2HPO4 - 2,8716 г, NaHCO3 - 4,5360 г, Na2SO4 - 0,0144 г, NaCl - 8,8784 г, желатин - 4,9990÷14,9970 г, полученный раствор осаждают при: температуре T1=20÷25°С, значении рН=7,40±0,05, в течение 48 часов, затем осадок промывают, фильтруют, высушивают при температуре Т2=80÷85°С в течение 5 часов, из кальций-фосфатного модифицированного желатином порошка готовят водную суспензию при концентрации С = 1 мас.%, наносят суспензию капиллярным методом на сплав титана (ВТ1-00), сушат при температуре Т3=20÷25°С, в течение 1 часа, затем указанный сплав опускают в полученный предварительно модельный раствор межклеточной жидкости человека на 3 суток, после этого извлекают из раствора и проводят сушку при температуре Т4=20÷25°С, в течение 24 часов.

2. Способ получения биомиметического кальций-фосфатного модифицированного желатином покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека по 1, отличающийся тем, что с целью получения максимальной толщины покрытия весь цикл операций способа повторяют каждые 3 суток в течение 18 суток со сменой исходного раствора.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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 мас.% от общей массы композиции частиц; ii) порошок непористого β-трикальция фосфата и iii) порошок пористого β-трикальция фосфата.

Изобретение относится к технологии ремонта футеровок тепловых агрегатов. Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности ремонтного покрытия из мелкозернистого жаростойкого бетона к огнеупорной футеровке, упрощение технологического процесса производства ремонтных работ, расширение функциональных возможностей мелкозернистой жаростойкой бетонной смеси, позволяющих производить ремонт футеровок из различных материалов.

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.

Изобретение может быть использовано при производстве термомеханически стабильных материалов и изделий на их основе, требующих высокого сопротивления термоудару и устойчивых к резким изменениям температур.

Изобретение относится к способу изготовления мишени из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления покрытий и может быть использовано для напыления кальций-фосфатных покрытий на поверхность медицинских имплантатов.

Изобретение относится к области медицины. Описан способ получения биомиметического кремний-содержащего кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека, в котором предварительно готовят раствор состава: CaCl2 - 3.7424 г, MgCl2 - 0.6092 г, К2НРO4 - 2.8716 г, NaHCO3 - 4.5360 г, Na2SO4 - 0,0144 г, NaCl - 8.8784 г, Na2SiO3 - 0,0488÷0,2444 г, полученный раствор осаждают при: температуре T1=20÷25°С, значении рН 7.40±0.05 в течение 48 часов, затем осадок промывают, фильтруют, высушивают при температуре Т2=80÷85°С в течение 5 часов, из полученного кремний-содержащего кальций-фосфатного порошка готовят водную суспензию при концентрации С=1÷5 масс.

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения магний-замещенного трикальцийфосфата, используемого для получения биосовместимых покрытий, применяемых в челюстно-лицевой хирургии и травматологии для изготовления внутритканевых эндопротезов, включающий подготовку шихты, представляющую собой смесь порошков, и обжиг, где в качестве шихты используют смесь пирофосфата магния и карбоната кальция при массовом соотношении 1:1 моль, при этом обжиг шихты проводят при температуре 1120-1180°C в течение 5-7 часов.
Изобретение относится к области синтеза жаростойких покрытий для защиты фехралиевых сплавов. Технический результат изобретения - повышение прочности и термостойкости кордиеритовой керамики для электронагревательных элементов.

Изобретение относится к химической и медицинской промышленности, а именно к способу получения аморфного трикальцийфосфата, и может быть использовано в производстве исходного биосовместимого материала.

Изобретение относится к способу производства экстракционной фосфорной кислоты и получения в то же время альфа-полуводного гипса I, а также альфа-полуводного гипса II в качестве побочных продуктов.

Группа изобретений относится к пленкообразующему порошку для формирования слоя на поверхности зуба, способу получения такого порошка и грануле на основе такого порошка.

Группа изобретений относится к пленкообразующему порошку для формирования слоя на поверхности зуба, способу получения такого порошка и грануле на основе такого порошка.

Изобретение относится к гидротермальному способу получения биорезорбируемого материала на основе гидроксиапатита (ГА) с использованием микроволнового излучения (СВЧ).
Изобретение относится к области получения биологически активных фармацевтических и медицинских материалов, которые могут быть использованы в ортопедической стоматологии и хирургии при восстановлении и лечении костной ткани.

Изобретение относится к области медицины, в частности к фармакологии, и раскрывает гемостатическое, ранозаживляющее и остеопластическое средство. Указанное средство характеризуется тем, что содержит не более трех волокнистых резорбируемых полимеров природного и/или синтетического происхождения, гетерофазные фосфаты кальция, представляющие собой соединения с молярным соотношением Са : PO4 от 1,0 до 2,0, а также лекарственные вещества в объеме не более 4% весовых единиц в суммарном исчислении, выбираемые из группы: антибиотики, антисептики, иммуномодуляторы, стимуляторы репаративных процессов, причем массовое соотношение волокнистых полимеров к гетерофазным фосфатам кальция составляет (1-10):(1-99).

Изобретение относится к получению гидроксиапатита. Предложен способ переработки костей с получением гидроксиапатита.

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 способам получения порошков фосфатов кальция, которые могут быть использованы для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, для производства косметических средств, сорбентов и других функциональных материалов.

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.

Изобретение относится к созданию новых материалов биомедицинского назначения. Способ получения биомиметического кальций-фосфатного модифицированного желатином покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека включает приготовление раствора состава: CaCl2 - 3,7424 г., MgCl2 - 0,6092 г., K2HPO4 - 2,8716 г., NaHCO3 - 4,5360 г., Na2SO4 - 0,0144 г., NaCl - 8,8784 г, желатин - 4,9990÷4,9970 г., полученный раствор осаждают при температуре T120÷25°С и значении рН7,40±0,05 в течение 48 часов, затем осадок промывают, фильтруют, высушивают при температуре Т280÷85°С в течение 5 часов, из кальций-фосфатного модифицированного желатином порошка готовят водную суспензию при концентрации С1 масс. , наносят суспензию капиллярным методом на сплав титана, сушат при температуре Т320÷25°С, в течение 1 часа, затем указанный сплав опускают в полученный предварительно модельный раствор межклеточной жидкости человека на 3 суток, после этого извлекают из раствора и проводят сушку при температуре Т420÷25°С, в течение 24 часов. Изобретение обеспечивает повышение адгезионной и механической прочности, увеличение кристалличности. 1 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл., 1 пр.

Наверх