BR112018003409B1

BR112018003409B1 - Método de produção de material médico para substituir porções perdidas de tecido duro e material médico produzido através do mesmo

Info

Publication number: BR112018003409B1
Application number: BR112018003409-6A
Authority: BR
Inventors: Mi Young Ryu; Sung Nam Park; Jun Hyuk Seo; Hyun Seung Ryu
Original assignee: Cg Bio Co., Ltd
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2022-01-25
Also published as: WO2017034243A1; JP2018533995A; US20180256779A1; JP6892437B2; BR112018003409A8; ES2831320T3; KR101847522B1; EP3339257B1; EP3339257A1; BR112018003409A2; KR20170023353A; CN108137370A; CN108137370B; EP3339257A4; US10668182B2

Abstract

MÉTODO DE PRODUÇÃO DE MATERIAL MÉDICO PARA SUBSTITUIR PORÇÕES PERDIDAS DE TECIDO DURO E MATERIAL MÉDICO PRODUZIDO ATRAVÉS DO MESMO. A presente invenção se refere a um método para preparar um material médico para substituir um defeito de tecido duro e um material médico produzido a partir do mesmo. Mais especificamente, na presente invenção, pós de vidro bioativo são moldados em prensa e são depois submetidos a um primeiro tratamento térmico a uma temperatura relativamente baixa abaixo da temperatura de transição vítrea de vidro bioativo. Depois, a resultante é processada em um formato desejado e depois submetida a um segundo tratamento térmico a uma temperatura maior do que a temperatura de transição vítrea de vidro bioativo. Consequentemente, a presente invenção fornece um material médico que pode ser customizado em um formato desejado de um defeito de tecido duro em um corpo vivo e minimizar o choque térmico e que tem capacidade para exibir uma propriedade de fusão óssea, ao mesmo tempo que supera a desvantagem de força compressiva baixa de hidroxiapatita, que é um material de substituição de tecido duro existente atualmente em uso.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a um método para preparar um material médico para substituir um defeito de tecido duro e um material médico preparado um partir do mesmo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Tecidos duros que constituem o corpo humano são compostos de 67% em peso de material inorgânico e 33% em peso de material orgânico, e o material inorgânico é composto de apatita, cujo ingrediente principal é Ca/P. Visto que a razão de composição de material inorgânico é alta, a substituição é possível com o uso de hidroxiapatita sintética quando um defeito de tecido duro ocorre. No entanto, a hidroxiapatita sintética tem uma desvantagem do fato de que a mesma difícil aplicar em vários locais que precisam de estabilidade mecânica devido a sua baixa força compressiva.

[003] A hidroxiapatita é um material osteocondutivo representativo que que se fixa diretamente ao osso quando a mesma entra em contato com um defeito periférico em locais de enxerto. O material causa fusão óssea quando o mesmo está em contato exato com um local de defeito. No entanto, se o material não estive em contato com o local de defeito, o mesmo pode danificar os ossos circundantes por micromovimento de um material de enxerto. Consequentemente, o projeto do mesmo pode ser adaptado exatamente ao local de enxerto de modo a intensificar um efeito terapêutico.

[004] As características de materiais de cerâmica típicos são excelentes em força compressiva, dureza e resistência à abrasão. Além disso, visto que os materiais de cerâmica existem na forma de óxidos, os mesmos têm excelente resistência à corrosão causada por substâncias químicas. A excelente estabilidade física/química de materiais de cerâmica tem a vantagem de aumentar significativamente a expectativa de vida quando usadas em várias partes. No entanto, devido à rigidez dos materiais, o processamento do mesmo é difícil e, como resultado, a preparação de um produto moldado complexo não é possível.

[005] Visto que a rigidez dos materiais de cerâmica aparece devido ao tratamento térmico, por exemplo, sinterização, é comum concluir a moldagem antes do tratamento térmico, e depois o tratamento térmico, alguns dos materiais são processados com o uso de um processo de polimento. Os produtos moldados de cerâmica podem ser produzidos simplesmente aplicando-se pressões aos pós antes da sinterização, ou produzir o pó em um estado de pasta aquosa e depois fundir, moldar por injeção, ou moldar por extrusão o mesmo. Os produtos moldados produzidos conforme acima são tratados com calor na temperatura de sinterização de matérias-primas, e a preparação é concluída desse modo. Ao moldar um projeto de produto antes do tratamento térmico, um molde que implanta os mesmos é necessário, e o molde pode ser somente usados para produção do projeto correspondente.

[006] Quando vários projetos de produtos são implantados, é necessário aplicar o processamento após o tratamento térmico. Devido às características da cerâmica, tal método é desvantajoso pelo fato de que o mesmo exige tempo e custos consideráveis. Adicionalmente, visto que a alta dureza da superfície é propensa a causar defeitos durante o processamento impraticável, uma taxa de defeito pode ser aumentada devido ao processamento. Se danos ocorrem devido a um defeito de processamento depois de enxertar o mesmo em um corpo humano, não somente é o local de enxerto severamente danificado, mas também a nova operação deve ser realizada.

[007] Portanto, quando preparar um material para substituir um tecido duro, é essencial produzir um material que é adaptado para se encaixar no local de defeito exatamente.

REVELAÇÃOPROBLEMA DA TÉCNICA

[008] Um objetivo da presente invenção é fornecer um material médico adaptado para substituir um defeito de tecido duro que se encaixam em um local de defeito exatamente e um método para preparar o mesmo.

SOLUÇÃO DA TÉCNICA

[009] Um primeiro aspecto da presente invenção fornece um material médico para substituir um defeito de tecido duro em um corpo vivo, que compreende: uma primeira etapa de preparar um produto moldado por moldagem em prensa pós de vidro bioativo; uma segunda etapa de submeter o produto moldado a um primeiro tratamento térmico a 650 °C a 745 °C; uma terceira etapa de processar o produto moldado tratado por calor para formar um formato de um defeito de tecido duro, sendo que o dito formato é adaptado de acordo com uma taxa de contração predeterminada durante um segundo tratamento térmico; e uma quarta etapa de submeter o produto processado a um segundo tratamento térmico a 850 °C a 1.200 °C.

[010] Um segundo aspecto da presente invenção fornece um material médico para substituir um defeito de tecido duro em um corpo vivo, que é preparado pelo método do primeiro aspecto e é preparado desse modo dentro de uma faixa de erro de 5% ou menos com base em um comprimento em uma direção de eixo geométrico único de uma forma do defeito de tecido duro.

EFEITOS VANTAJOSOS

[011] Por toda a presente invenção, incorporar uma forma complicada de um material de vidro bioativo de alta força é possível e, consequentemente, um material médico feito sob medida para um defeito de tecido duro de um paciente pode ser fornecido. Quando o método de preparação de acordo com a presente invenção é aplicado, visto que o material retém as propriedades de alta força de um vidro cristalizado bioativo convencional, o material pode ser usado não somente para estruturas gerais de tecidos duros, mas também para defeitos na coluna vertebral ou área facial em que a estabilidade mecânica é necessária.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[012] A Figura 1 é um diagrama mimético de um método para preparar o material médico de acordo com a presente invenção para substituir um defeito de tecido duro em um corpo vivo.

[013] A Figura 2 mostra os resultados de investigação da taxa de contração em cada eixo geométrico de acordo com as temperaturas no primeiro tratamento térmico.

[014] A Figura 3 mostra os resultados de investigação da força compressiva do produto moldado de acordo com as temperaturas no segundo tratamento térmico.

[015] A Figura 4 mostra um produto de modelagem do modelo de coluna vertebral e do produto adaptado em formato de disco preparado de acordo com uma modalidade da presente invenção com o uso do mesmo.

[016] A Figura 5 mostra as imagens de pareamento do produto sinterizado de disco, que foram adaptados, com o modelo de coluna vertebral periférico.

[017] A Figura 6 mostra as imagens do produto moldado em formato de coluna vertebral depois o primeiro tratamento térmico seguido por processamento (topo à esquerda) e o produto final após o segundo tratamento térmico (topo à direita), que foram preparados de acordo com uma modalidade da presente invenção, e mostra as imagens de pareamento do produto sinterizado final com um produto moldado impresso em 3D.

MODALIDADE PREFERENCIAL

[018] Um primeiro aspecto da presente invenção fornece um método para preparar um material médico para substituir um defeito de tecido duro em um corpo vivo, que compreende: uma primeira etapa de preparar um produto moldado por moldagem em prensa pós de vidro bioativo; uma segunda etapa de submeter o produto moldado a um primeiro tratamento térmico a 650 °C a 745 °C; uma terceira etapa de processar o produto moldado tratado por calor para formar um formato de um defeito de tecido duro, sendo que o dito formato é adaptado de acordo com uma taxa de contração predeterminada durante um segundo tratamento térmico; e uma quarta etapa de submeter o produto processado a um segundo tratamento térmico a 850 °C a 1.200 °C.

[019] Um segundo aspecto da presente invenção fornece um material médico para substituir um defeito de tecido duro em um corpo vivo, que é preparado pelo método de acordo com o primeiro aspecto e é preparado desse modo dentro de uma faixa de erro de 5% ou menos com base em um comprimento em uma direção de eixo geométrico único de uma forma do defeito de tecido duro.

[020] No presente documento abaixo, a constituição da presente invenção será descrita em detalhes.

[021] A hidroxiapatita foi principalmente usada como um material médico existente para substituir um defeito de tecido duro. No entanto, a hidroxiapatita tem uma desvantagem do fato de que a mesma difícil aplicar em vários locais que precisam de estabilidade mecânica devido a sua baixa força compressiva.

[022] Por outro lado, o vidro bioativo é um material biocompatível que exibe uma característica de fusão óssea, no qual o vidro é diretamente fixado ao osso e, portanto, o mesmo foi usado como um biomaterial para reparo de osso e geração por injeção em um corpo vivo principalmente como uma pasta. Quando o vidro bioativo é calcinado em alta temperatura, o mesmo é transformado em um estado cristalino, e pode exibir desse modo uma alta força compressiva. No entanto, uma vez que o vidro bioativo é transformado no estado cristalino, o mesmo é difícil de ser livremente processado em uma forma desejada compatível com o formato de um defeito de tecido duro in vivo devido a sua alta força compressiva. Como resultado, o vidro bioativo tem um desvantagem pelo fato de que o tempo e custos de processamento são aumentados. Adicionalmente, devido ao fato de que o vidro bioativo é liquefeito passando-se a temperatura de transição vítrea (Tg), ruptura devido a choque térmico pode ocorrer.

[023] Na presente invenção, os pós de vidro bioativo foram moldados por prensa, e depois submetidos a um primeiro tratamento térmico a uma temperatura relativamente baixa, isto é, abaixo da temperatura de transição vítrea do vidro bioativo. Em seguida, o resultante foi processado em uma forma desejada e depois submetida a um segundo tratamento térmico um uma temperatura maior do que a temperatura de transição vítrea do vidro bioativo. Consequentemente, constatou-se que pode ser produzido um material médico que pode ser adaptado a uma forma desejada que é compatível com o formato de um defeito de tecido duro em um corpo vivo por meio do método de preparação mencionado acima enquanto minimiza o choque térmico, e que tem capacidade de exibir uma propriedade de fusão óssea, ao mesmo tempo que supera a desvantagem de força compressiva baixa de hidroxiapatita, que é um material de substituição de tecido duro existente atualmente em uso. Adicionalmente, na presente invenção, o produto moldado foi contraído de modo uniforme e isotrópico durante o tratamento térmico controlando-se a primeira e a segunda condições de tratamento térmico para o produto moldados por prensa dos pós de vidro bioativo. Portanto, constatou-se que o material médico finalmente produzido para substituir um defeito de tecido duro pode ser produzido e adaptado dentro de uma faixa de erro de 5% ou abaixo com base no comprimento em uma direção de eixo geométrico único do formato de um defeito de tecido duro in vivo. Conforme descrito acima, o material médico da presente invenção para substituir um defeito de tecido duro é composto de vidros cristalizados bioativos de alta força aderidos diretamente a um isso e, portanto, o material pode ser aplicado a um local que precisa de estabilidade mecânica. A presente invenção é baseada nessas constatações.

[024] Ou seja, a presente invenção é caracterizada pelo fato de que, de modo a personalizar um vidro cristalizado bioativo através de tratamentos térmicos de vidro bioativo, o primeiro tratamento térmico foi realizado a uma temperatura relativamente baixa de modo que um produto possa ser facilmente processado com um dispositivo de processamento geral, e então um produto final é produzido submetendo-se o produto moldado processado desse modo ao segundo tratamento térmico.

[025] Conforme mostrado na Figura 1, o método da presente invenção para preparar um material médico para substituir um defeito de tecido duro em um corpo vivo compreende uma primeira etapa de preparar um produto moldado por moldagem em prensa de pós de vidro bioativo;uma segunda etapa de submeter o produto moldado a um primeiro tratamento térmico a 650 °C a 745 °C;uma terceira etapa de processar o produto moldado tratado por calor para formar um formato de um defeito de tecido duro, sendo que o dito formato é adaptado de acordo com uma taxa de contração predeterminada durante um segundo tratamento térmico; euma quarta etapa de submeter o produto processado a um segundo tratamento térmico a 850 °C a 1.200 °C.

[026] Preferencialmente, o método da presente invenção pode compreender adicionalmente uma quinta etapa de realizar um resfriamento lento do produto processado submetido ao segundo tratamento térmico após a quarta etapa.

[027] A primeira etapa é uma etapa de preparar um produto moldado por moldagem em prensa vidro bioativo em um estado de pó.

[028] Conforme usado no presente documento, o termo “vidro bioativo” se refere a um componente de vidro que exibe bioatividade devido ao fato de que a hidroxiapatita é formada na superfície quando a mesma é enxertada em tecidos vivos; ou seja, o termo se refere, em geral, a um vidro composto de materiais inorgânicos.

[029] O vidro bioativo não é particularmente limitado na presente invenção, e qualquer vidro conhecido na técnica pode ser usado. De modo representativo, um vidro bioativo à base de SiO2-CaO, isto é, vidro bioativo que contém óxido de cálcio (CaO) e óxido de silício (SiO2) como ingredientes principais, pode ser usado. Na presente invenção, o vidro bioativo pode conter adicionalmente pelo menos um dentre MgO, B2O3, P2O5, e CaF2.

[030] Especificamente, o vidro bioativo pode ser submetido a várias mudanças em uma composição básica do vidro bioativo, que é aprovada pela Administração de Comidas e Remédios (FDA) e comercialmente disponível sob a marca registrada de BioglassTM. A composição de BioglassTM é conhecida como 45S5. Em uma modalidade da presente invenção, o vidro bioativo pode incluir 40% em mol a 70% em mol de SiO2 e 30% em mol a 60% em mol de CaO. Em outra modalidade da presente invenção, o vidro bioativo pode incluir 35 % em mol a 65 % em mol de SiO2, 10% em mol a 50% em mol de CaO, e 1 % em mol a 40% em mol de pelo menos aquele selecionado dentre MgO, B2O3, P2O5, e CaF2. Exemplos de várias composições do vidro bioativo são os seguintes:45S5: 46,1 % em mol de SiO2, 26,9% em mol de CaO, 24,4% em mol de Na2O, e 2,5% em mol de P2O5.58S: 60% em mol de SiO2, 36% em mol de CaO, e 4% em mol P2O5. 70S30C: 70% em mol de SiO2, e 30% em mol de CaO.S53P4: 53% em mol de SiO2, 23% em mol de Na2O,20% em mol de CaO, e 4% em mol de P2O5.

[031] Na presente invenção, o tamanho médio de partícula do pó de vidro bioativo pode ser 0,5 μm a 5 μm. Especificamente, o tamanho médio de partícula do pó de vidro bioativo adequado para moldagem na presente invenção é 1,8 μm e é limitado a um valor máximo de 5 μm.

[032] Na presente invenção, os pós de vidro bioativo no produto moldado podem ser distribuídos de modo uniforme misturando-se adicionalmente os pós de vidro bioativo com um dispersante em seguida, moldagem em prensa dos mesmos. Exemplos do dispersante podem ser pelo menos parcialmente um tipo dentre álcool polivinílico (PVA), polivinil butiral (PVB), poli(metil metacrilato) (PMMA), polietilenoglicol (PEG), metilcelulose, hidróxi metilcelulose, carboximetilcelulose de sódio, parafina, emulsão de cera, cera microcristalina, etanol, etc.

[033] A moldagem em prensa na primeira etapa pode ser prensagem isostática a frio (CIP).

[034] O corpo moldado obtido a partir da primeira etapa pode ter várias formas tais como uma forma de bloco, uma forma cilíndrica, etc.

[035] Na segunda etapa, o produto moldado obtido a partir da primeira etapa é submetido ao primeiro tratamento térmico a 650 °C a 745 °C, condensando assim o mesmo a um nível de força que permite o processamento do produto moldado.

[036] O primeiro tratamento térmico deve ter capacidade de alcançar um nível de força que tem capacidade para processar o produto moldado do vidro bioativo. Quando a temperatura está abaixo de 650 °C, a condensação do produto moldado não continua e, desse modo, o produto moldado pode ser facilmente danificado após o processamento. Quando o tratamento térmico é realizado a uma temperatura de 750 °C ou maior, a força e dureza do produto moldado aumentam devido ao fato de que o produto moldado se contrai rapidamente e, desse modo, o processamento não é possível. Na presente invenção, confirmou-se que, quando o primeiro tratamento térmico foi realizado a 750 °C e depois o segundo tratamento térmico foi realizado em seguida, danos severos no produto moldado ocorreram. Portanto, na presente invenção, a faixa de temperatura do primeiro tratamento térmico foi definida para 650 °C a 745 °C. Dentre as mesmas, a temperatura mais adequada pode ser 700 °C. Quando o primeiro tratamento térmico foi realizado a 700 °C, o volume do produto moldado contraído em aproximadamente 5%, e a taxa de contração linear, por exemplo, a taxa de contração com base no comprimento em uma direção de eixo geométrico único foi aproximadamente 2% (Figura 2).

[037] A terceira etapa é uma etapa de processamento do produto moldado, que foi submetido ao primeiro tratamento térmico na segunda etapa, a um formato de um defeito de tecido duro em consideração da taxa de contração durante o segundo tratamento térmico.

[038] Para o processamento na terceira etapa, uma imagem médica pode ser primeiro obtido e a modelagem de defeito pode ser realizada com base na imagem médica. Em seguida, a taxa de contração durante o segundo tratamento térmico é aplicada ao resultado de modelagem de defeito de modo a remodelar o defeito, e depois o produto moldado submetido ao primeiro tratamento térmico é processado com base no resultado de remodelagem de defeito acima.

[039] O processamento do corpo moldado submetido ao primeiro tratamento térmico pode ser realizado com o uso de um método, aparelho, e/ou dispositivo comumente usados para processar um material médico para substituir um defeito de tecido duro em um corpo vivo. Especificamente, o processamento pode ser realizado com o uso de uma máquina de moagem de CNC com capacidade de processamento por múltiplos eixos geométricos, ou uma máquina de processamento de 5 eixos geométricos, uma máquina de processamento de prótese dental, etc.

[040] Na quarta etapa, o produto processado obtido a partir da terceira etapa é submetido ao segundo tratamento térmico a 850 °C a 1.200 °C para sinterização, formando assim um vidro cristalizado bioativo de alta força.

[041] Na presente invenção, conforme descrito acima, a contração durante o segundo tratamento térmico pode ser controlada por contração isotrópica através de ajuste de uma condição de tratamento térmico para realizar o segundo tratamento térmico a 850 °C a 1.200 °C seguido por processamento após o primeiro tratamento térmico a 650 °C a 750 °C. Ou seja, a taxa de contração durante o segundo tratamento térmico na quarta etapa, pela qual o formato (incluindo dimensões) do material médico é finalmente determinada, pode ser controlada ocorrendo constante dentro de uma faixa de erro de 5% ou menos com base em cada comprimento em uma direção axial através das condições de tratamento térmico de acordo com a presente invenção.

[042] Na presente invenção, a taxa de contração durante o segundo tratamento térmico pode ser 15% a 25%, por exemplo, 16% a 20%, ou 17% a 19% com base no comprimento em uma direção de eixo geométrico único. Na presente invenção, a taxa de contração do volume durante o segundo tratamento térmico pode ser 30% a 55%, por exemplo, 40% a 50%.

[043] Na presente invenção, conforme descrito acima, o vidro bioativo contém SiO2 como ingrediente principal, e assim sua temperatura de transição vítrea (Tg) não se desvia amplamente de 800 °C. Na presente invenção, a Tg foi excluída do tratamento térmico temperatura visto que danos severos ocorreram no vidro bioativo produto processado em tais temperatura de transição vítrea, 800 °C, independentemente de condições de sinterização.

[044] Na presente invenção, força compressiva após a sinterização a uma temperatura de 700 °C ou maior foi avaliada de modo a confirmar uma temperatura adequada no segundo tratamento térmico. A força compressiva de 3.000 N ou maior foi observada de 750 °C, uma temperatura de sinterização que causa rápida contração do produto. Adicionalmente, à medida que uma temperatura de sinterização aumentou, a força compressiva foi amplamente aumentada. Em particular, confirmou-se que, quando o segundo tratamento térmico foi realizado a 1.000 °C, a força compressiva foi de 25.000 N ou maior, indicando que as propriedades mecânicas de um vidro cristalizado bioativo de alta força foram exibidas (Figura 3). Portanto, confirmou-se que o primeiro tratamento térmico, processamento, e segundo tratamento térmico de acordo com a presente invenção manteve uma propriedade inerente do vidro bioativo, e que as temperaturas ideais durante o primeiro e o segundo tratamentos térmicos para alcançar os mesmos foram 700 °C e 1.000 °C, respectivamente.

[045] A quinta etapa é uma etapa de obter finalmente um material médico para substituir um defeito de tecido duro em um corpo vivo resfriando-se lentamente o produto processado submetido ao segundo tratamento térmico.

[046] Durante o segundo tratamento térmico do vidro cristalizado bioativo submetido ao primeiro tratamento térmico, o vidro cristalizado bioativo se contrai rapidamente à medida que o mesmo passa através de Tg do material, e depois se condensa. Devido às propriedades dos materiais de vidro, a sinterização de fase líquida continua enquanto passa por Tg, e danos severos são gerados se choque térmico ocorrer dentro da faixa de temperatura correspondente. Portanto, após o segundo tratamento térmico (sinterização), a temperatura deve ser gradualmente diminuída para resfriar lentamente um produto moldado de modo que não haja choque térmico. Se a taxa de resfriamento lento após o segundo tratamento térmico é 5 °C/min, danos severos no produto moldado ocorre, e portanto, a taxa de resfriamento lento deve ser menos que 5 °C/min. Consequentemente, a taxa de resfriamento lento na quinta etapa pode ser controlada para ser menos que 5 °C/min. Especificamente, foi confirmado na presente invenção que danos não ocorreram em um produto sinterizado durante o resfriamento lento a 2 °C/min.

[047] Na presente invenção, é possível fornecer um material médico para substituir um defeito de tecido duro em um corpo vivo, que é preparado com uma faixa de erro de 5% ou menos com base em um comprimento em uma direção de eixo geométrico único de um formato de um defeito de tecido duro em um corpo vivo, com o uso dos métodos descritos acima.

[048] O material médico de acordo com a presente invenção para substituir um defeito de tecido duro em um corpo vivo pode exibir força compressiva de 8.000 N ou maior, por exemplo, 25.000 N ou maior, especificamente 8.000 N a 35.000 N.

[049] O material médico de acordo com a presente invenção para substituir um defeito de tecido duro em um corpo vivo pode exibir uma propriedade de fusão óssea como uma propriedade inerente de vidro bioativo, e assim o material pode substituir de modo eficaz um defeito de tecido duro em um corpo vivo quando enxertado in vivo.

[050] Especificamente, o material médico de acordo com a presente invenção pode ser um osso artificial, uma junta artificial, uma osso maxilofacial oral e um osso craniano para uso ortopédico, ou um implante dental artificial para uso dental. Por exemplo, o material médico de acordo com a presente invenção pode ser um osso artificial em formato de disco com capacidade de ser usada em cirurgia de fusão espinhal, ou um osso artificial usado para cirurgia de reconstrução facial.

MODO DA INVENÇÃO

[051] Abaixo no presente documento, a presente invenção será descrita em detalhes com modalidades exemplificativas anexas. Entretanto, as modalidades exemplificativas reveladas no presente documento são apenas para propósitos ilustrativos e não devem ser interpretadas como limitantes do escopo da presente invenção.

EXEMPLO 1: INVESTIGAÇÃO DE TAXA DE CONTRAÇÃO DEPENDENDO DA TEMPERATURA PARA O PRIMEIRO TRATAMENTO TÉRMICO

[052] Pós de vidro bioativo (diâmetro médio de partículas: 1,8 μm), que são compostos de 46,1 % em mol SiO2, 26,9% em mol de CaO, 24,4% em mol de Na2O, e 2,5% em mol de P2O5, foram prensados de modo isostático com o uso de prensagem isostática a frio (CIP) para preparar um produto moldado em formato de bloco.

[053] O produto moldado preparado desse modo foi submetido a primeiros tratamentos térmicos a 600 °C, 700 °C, e 750 °C. Em seguida, a taxa de contração em cada eixo geométrico dependendo de cada temperatura do primeiro tratamento térmico foi investigada.

[054] Os resultados dos primeiros tratamentos térmicos a 700 °C e 750 °C foram mostrados de modo representativo na Figura 2.

[055] Primeiro, a 600 °C, que é uma temperatura abaixo da 650 °C, a condensação de um produto moldado não progrediu, e desse modo, foi mostrado que o produto moldado foi facilmente danificado após o processamento do mesmo.

[056] Confirmou-se a partir da Figura 2 que quando o tratamento térmico foi realizado a 750 °C, o produto moldado do vidro cristalizado bioativo se contraiu rapidamente e, como resultado, o processamento não foi possível devido ao fato de que a força e dureza do produto moldado foram aumentadas. Pelo contrário, confirmou-se que, quando o tratamento térmico foi realizado a 700 °C, o volume do produto moldado se contraiu em aproximadamente 5% e a taxa de contração linear foi de 2%.

EXEMPLO 2: ESTABELECIMENTO DE CONDIÇÕES DE TEMPERATURA NO SEGUNDO TRATAMENTO TÉRMICO E INVESTIGAÇÃO DE TAXA DE CONTRAÇÃO DEPENDENDO DA TEMPERATURA PARA O SEGUNDO TRATAMENTO TÉRMICO

[057] O produto moldado em formato de bloco preparado no Exemplo 1 foi submetido ao primeiro tratamento térmico a 700 °C, e depois sinterizado a uma temperatura de 700 °C ou maior de modo a confirmar uma temperatura adequada para um segundo tratamento térmico. Em seguida, a força compressiva foi avaliada.

[058] Os resultados são mostrados na Figura 3.

[059] Foi confirmado na Figura 3 que a força compressiva de 3,000 N oumaior foi observada de 750 °C, uma temperatura que exibe rápida contração, e que, à medida que uma temperatura de sinterização aumentou, a força compressiva foi amplamente aumentada. Em particular, confirmou-se que, quando o segundo tratamento térmico foi realizado a 1.000 °C, a força compressiva foi de 25.000 N ou maior, indicando que as propriedades mecânicas de um vidro cristalizado bioativo de alta força convencional foram mantidas. Portanto, confirmou-se que o método de preparação composto do primeiro tratamento térmico, processamento, e segundo tratamento térmico na ordem sugerida na presente invenção auxiliou em uma propriedade inerente do vidro bioativo mantido, e que as temperaturas ideais durante o primeiro e o segundo tratamentos térmicos para alcançar os mesmos foram 700 °C e 1.000 °C, respectivamente.

[060] A taxa de contração em cada eixo geométrico foi investigada quando o primeiro tratamento térmico foi realizado em sua temperatura ideal (700 °C), seguido para realizar o segundo tratamento térmico em sua temperatura ideal (1.000 °C); essas temperaturas ideais foram confirmadas acima.

[061] Os resultados são mostrados na Tabela 1 abaixo.

[062] Foi confirmado a partir da Tabela 1 que, quando o primeiro tratamento térmico foi realizado a 700 °C, seguido pelo segundo tratamento térmico a 1.000 °C, o produto moldado se contraíra de modo uniforme em largura, comprimento, e direções de altura, mostrando assim uma taxa de contração de cerca de 18%. O volume do final produto moldado após o segundo tratamento térmico foi contraído em 45% em comparação ao submetido ao primeiro tratamento térmico.

EXEMPLO 3: PREPARAÇÃO DE UM MATERIAL MÉDICO EM FORMATO DE DISCO COM O USO DO MÉTODO DA PRESENTE INVENÇÃO

[063] No caso de preparação de um produto adaptado com o uso de um primeiro tratamento térmico, processamento, e um segundo tratamento térmico para um vidro cristalizado bioativo, isto é, um produto moldado de pós de vidro bioativo, o projeto do produto adaptado precisa ser realizado aplicando-se uma taxa de contração em cada eixo geométrico.

[064] No exemplo, conforme confirmado no Exemplo 2, uma taxa de contração de 18% em cada eixo geométrico foi aplicada, e um material médico em formato de disco com capacidade de ser usado para fusão espinhal foi produzido. Como resultado, confirmou-se que o material médico foi produzido da mesma maneira que o projeto previsto.

[065] Especificamente, o produto moldado em formato de bloco preparado no Exemplo 1 foi submetido ao primeiro tratamento térmico a 700 °C para obter um produto moldado. Em seguida, conforme mostrado na Figura 4, os resultados dos modelos em formato espinhal e de disco foram analisados, e depois o formato de disco foi extraído. Em seguida, a taxa de contração de 18% foi aplicada a cada eixo geométrico do projeto correspondente para novo projeto. O produto moldado submetido ao primeiro tratamento térmico foi processado. O produto sinterizado em formato de disco (Figura 4), que foi obtido sendo submetido ao segundo tratamento térmico a 1.000 °C seguido por resfriamento lento a 2 °C/min, mostrou um desvio de menos que 5% do projeto previsto (tabela 2). Adicionalmente, confirmou-se que o tamanho e curvatura eram exatamente compatíveis quando as partes superior e inferior do corpo vertebral foram pareadas com aquelas do modelo impresso em 3D, indicando que a preparação adaptada da mesma foi possível.

EXEMPLO 4: PREPARAÇÃO DE UM MATERIAL MÉDICO NO FORMATO DE UMA COLUNA VERTEBRAL COM O USO DO MÉTODO DA PRESENTE INVENÇÃO

[066] Foi confirmado que, quando o material médico foi produzido com o uso do método da presente invenção descrito no Exemplo 3, uma forma de coluna vertebral complicada adicionalmente ao formato de disco poderia ser obtida de modo eficaz.

[067] Especificamente, o produto moldado em formato de bloco preparado no Exemplo 1 foi submetido ao primeiro tratamento térmico a 700 °C para obter um produto moldado. Em seguida, conforme mostrado na Figura 5, quando o produto moldado processado adaptando-se o mesmo com o projeto em formato de coluna vertebral foi comparado ao produto após o segundo tratamento térmico, confirmou-se que o produto moldado fora contraído de modo uniforme de maneira isotrópica (Figura 6). Adicionalmente, confirmou-se que, quando produto moldado no formato de uma parte da coluna vertebral foi pareado com o protótipo impresso em 3D no formato de outra parte, o formato espinhal geral foi estabelecido perfeitamente, indicando que o processo de preparação do mesmo tem um efeito superior em obter o formato (Figura 6).

Claims

1. Método para preparar um material médico para substituir um defeito de tecido duro em um corpo vivo caracterizado por compreender:uma primeira etapa de preparar um produto moldado por moldagem em prensa de pós de vidro bioativo;uma segunda etapa de submeter o produto moldado a um primeiro tratamento térmico a 650 °C a 745 °C;uma terceira etapa de processar o produto moldado tratado por calor para formar um formato de um defeito de tecido duro, sendo que o dito formato é adaptado de acordo com uma taxa de contração predeterminada durante o segundo tratamento térmico;uma quarta etapa de submeter o produto processado a um segundo tratamento térmico a 850 °C a 1.200 °C;uma quinta etapa de realizar um resfriamento lento do produto processado submetido ao segundo tratamento térmico depois da quarta etapa;em que o resfriamento lento na quinta etapa ser realizado a uma taxa de menos que 5 °C/min;em que o vidro bioativo possui uma temperatura de transição vítrea maior que a primeira temperatura de tratamento térmico e menor que a segunda temperatura de tratamento térmico.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o vidro bioativo compreender CaO e SiO2.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o vidro bioativo compreender adicionalmente pelo menos um selecionado dentre MgO, B2O3, P2O5 e CaF2.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os pós do vidro bioativo serem misturados adicionalmente com um dispersante, seguido pela moldagem em prensa.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o dispersante ser álcool polivinílico (PVA), polivinil butiral (PVB), poli(metil metacrilato) (PMMA), polietilenoglicol (PEG), metilcelulose, hidróxi metilcelulose, carboximetilcelulose de sódio, parafina, emulsão de cera, cera microcristalina, etanol ou uma mistura dos mesmos.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a moldagem em prensa na primeira etapa ser prensagem isostática a frio (CIP).

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a contração durante o segundo tratamento térmico ser contração isostática.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a taxa de contração durante o segundo tratamento térmico ser 15% a 25%, com base no comprimento em uma direção de eixo geométrico único.

9. Material médico para substituir um defeito de tecido duro em um corpo vivo, conforme métodos definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por ser preparado por qualquer destes métodos e, portanto, ser preparado dentro de uma faixa de erro de 5% ou menos, com base em um comprimento em uma direção de eixo geométrico único de um formato de um defeito de tecido duro.

10. Material médico, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por exibir uma propriedade de fusão óssea.

11. Material médico, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por ser um osso artificial e uma junta artificial para uso ortopédico ou um implante dental artificial para o uso dental.