CZ22996U1 - Částicové kompozitní náhrady kostní tkáně s nano hydroxyapatitem - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předmětem užitného vzoruje kostní náhrada a výplně na bázi částicového kompozitního materiálu pro použití v ortopedii.

Dosavadní stav techniky

Pro konstrukci umělých kostních náhrad se používá celá řada materiálů, které lze rozdělit do tří hlavních skupin, jako kovové, keramické a polymemí. Každý z těchto materiálových typů má své specifické výhody a omezení. Pokud jsou použity samostatně, žádný z nich nedosahuje shodných mechanických a dalších fyzikálních vlastností kosti stejně tak jako jejího chemického složení. Materiály používané v ortopedii pro náhradu kostí musí vykazovat vyšší mechanickou pevnost, než vykazuje lidská kost a musí mít vlastnosti (modul pružnosti) blížící se co nejvíce vlastnostem kosti. Jsou biokompatibilní a bioaktivní. Jinými slovy podporují vrůstání kostních buněk do náhrady. V současné době je pro léčbu onemocnění spojených s úbytkem kostní tkáně nebo traumatických poškození kosti používána řada přístupů. Asi nej častějším je použití autologního štěpu. Tento přístup s sebou však přináší celou řadu vážných nevýhod, organizmus pacienta je zatížen dalším operativním zákrokem, což vede také k prodloužení doby rehabilitace a hojení vůbec, zvyšuje se také riziko možné infekce a především je tento zákrok limitovaný dostupností kostní tkáně, resp. dalším možným poškozením způsobeným odběrem. Alogenní nebo xenogenní štěpy jsou obecně nevhodné vzhledem k možnosti vzniku imunní reakce a následného nepřijetí organizmem pacienta, stejně tak jako vzhledem k riziku přenosu nemocí. Právě z těchto důvodů je kladen důraz na vývoj umělých materiálů pro náhrady kostní tkáně. Dodnes nejčastěji používané kovové náhrady na bázi titanu, titanových slitin, nerezové oceli, slitin chrómu a kobaltu vykazují příliš vysokou tuhost a mohou způsobovat nevhodný přenos zatížení, otlaky a následnou spongializaci kosti. Často podléhají různým formám koroze v tělní kapalině. Keramické materiály např. kalcium fosfáty, bioaktivní skelná keramika, oxid zirkoničitý nebo hlinitý jsou mechanicky pevné, zejména v tlaku, mají vysokou tuhost, vykazují výborné vlastnosti pri biologickém hodnocení, ale jsou křehké. Tyto biokeramické materiály vykazují ve spojení s kostí výborné vlastnosti dané povrchovou reaktivitou způsobenou mechanizmem vytvářejícím styčnou mineralizovanou vrstvu mezi implantátem a kostní tkání. Toto rozhraní pak zajišťuje fyzikálně chemickou a mechanickou kohezi mezi implantátem a kostí. Použití těchto materiálů ve své původní formě je však limitované jejich mechanickými vlastnostmi a proto se používají spíše pro nízko zátěžové aplikace. Polymemí náhrady jako jsou např. polylaktidy, polykaprolaktany, polyethyleny a polyuretany vykazují vhodnou biokompatibilitu, ale současně nízkou tuhost a poměrně malou ohybovou pevnost ve srovnání s kortikální kostí. Odborné studie stejně tak, jako klinická praxe naznačují, že slibný přístup pro konstrukci funkčních kostních náhrad může spočívat v kombinací více materiálů, respektive v konstrukci kompozitních struktur pro kostní inženýrství. Hlavní předností kompozitních materiálů je možnost volby jednotlivých složek z pohledu jejich skladby a orientace, materiálových, fyzikálních a chemických charakteristik, kterými je možno dosáhnout širokého rozsahu mechanických a biologických vlastností.

Podstata technického řešení

Předmětem tohoto užitného vzoru jsou kostní náhrady a výplně na bázi částicového kompozitního materiálu, který je tvořen polymemí matricí a rovnoměrně rozptýlenou výztuží tvořenou nano částicemi hydroxyapatitu ve frakci 50-150 nm. Objemový podíl jednotlivých složek je 85 % obj. matrice a 15 % obj. částicové výztuže. Kompozit je navržený tak, aby vykazoval vhodné biokompatibilní vlastnosti; mechanické vlastnosti srovnatelné se spongiózní kostí a vhodné vlastnosti plynoucí z provedeného biologického hodnocení.

Předmětem užitného vzoru je dále způsob přípravy této kostní náhrady a výplně. Pri přípravě se postupuje tak, že prekurzor matrice (tj. roztok siloxanového polymeru a rozpouštědla) se před

- 1 CZ 22996 Ul použitím smísí s 15 % objemovými práškového hydroxyapatitu o velikosti částic 50-150 nm. Po homogenizaci, hnětení a odpaření rozpouštědla se polotovar vytvrzuje v lisovací formě potřebných rozměrů a tvaru. Kompozit je vytvrzován pri teplotě v rozsahu od 130 do 250 °C, tlaku od

0,1 do 0,5 MPa a po dobu až 34 hodin.

Příklady provedení technického řešení

Příprava částicového kompozitu se řídí následujícím postupem. Hydroxyapatitové plnivo, tvořené částicemi o velikosti 50-150 nm, je míšeno s prekurzorem matrice na bázi polydimethylsiloxanu po dobu 8 hodin v homogenizéru (rychlost míchání 17 500 min¹). Prekurzor matrice může být také ze skupiny zahrnující polypropylsiloxan, polyisopropylsiloxan a polyethylsiloxan. Odpaření rozpouštědla probíhá pri 60 °C ve vakuu po dobu 12 hodin. Následuje hnětení polotovaru v hnětači pri pokojové teplotě po dobu 24 hodin (rychlost rotace 50 min'). Vlastní vytvrzení v lisovací formě probíhá v několika krocích. Lisovací forma je nejprve zahřáta na 130 °C/2 hod., následuje zahřívání na 160 °C/20 hod. za postupně zvyšujícího se tlaku. Lisování probíhá pri 200 °C a tlaku 0,3 MPa po dobu 4 hodin. Následuje lisování při 230 °C/0,3 MPa/4 hod. a 250 °C/0,5 MPa/ 4 hod. (v normální atmosféře).

Průmyslová využitelnost

Kostní náhrady a výplně na bázi částicových kompozitních materiálů podle tohoto užitného vzoru lze využít v humánní a veterinární medicíně, zejména v ortopedii a chirurgii.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Kostní náhrady a výplně na bázi částicových kompozitních materiálů, sestávajících z polymemího materiálu, tvořící matrici, a hydroxyapatitové výztuže, vyznačující se tím, že použitá matrice je na bázi siloxanové pryskyřice, tvořící 85 % objemových, a 15 % objemových hydroxyapatitového prášku o průměrné velikosti částic 100 nm.
2. 2. Kostní náhrady a výplně podle nároku 1, vyznačující se tím, že siloxanovou pryskyřicí je látka, vybraná ze skupiny zahrnující poíydimethylsiloxan, polypropylsiloxan, polyisopropylsiloxan a polyetylsiloxan.