CZ28981U1 - Bioaktivní nanokompozitní vrstva na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými kalcium fosfátovými částicemi pro aplikace v ortopedii - Google Patents
Bioaktivní nanokompozitní vrstva na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými kalcium fosfátovými částicemi pro aplikace v ortopedii Download PDFInfo
- Publication number
- CZ28981U1 CZ28981U1 CZ2015-31647U CZ201531647U CZ28981U1 CZ 28981 U1 CZ28981 U1 CZ 28981U1 CZ 201531647 U CZ201531647 U CZ 201531647U CZ 28981 U1 CZ28981 U1 CZ 28981U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- collagen
- weight
- calcium phosphate
- phosphate particles
- orthopedics
- Prior art date
Links
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 title claims description 24
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 title claims description 24
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 title claims description 24
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims description 10
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 title claims description 7
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 title claims description 7
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 title claims description 7
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 title claims description 7
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 title claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims description 4
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title description 3
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims description 14
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 9
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 claims description 8
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 7
- 102000012422 Collagen Type I Human genes 0.000 claims description 5
- 108010022452 Collagen Type I Proteins 0.000 claims description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 8
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 7
- NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N N-Hydroxysuccinimide Chemical compound ON1C(=O)CCC1=O NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 3-(dimethylamino)propyliminomethylidene-ethylazanium;chloride Chemical compound Cl.CCN=C=NCCCN(C)C FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229940096422 collagen type i Drugs 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 206010031252 Osteomyelitis Diseases 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003232 aliphatic polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000003462 bioceramic Substances 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 210000002449 bone cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001256 stainless steel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 238000013268 sustained release Methods 0.000 description 1
- 239000012730 sustained-release form Substances 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Description
Bioaktivní nanokompozitní vrstva na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými kalcium fosfátovými částicemi pro aplikace v ortopedii
Oblast techniky
Předmětem užitného vzoru je bioaktivní kompozitní vrstva na bázi kolagenových nanovláken a kalcium fosfátových nanočástic pro povrchové úpravy kovových implantátů pro použití v ortopedii a stomatologií a způsob její přípravy.
Dosavadní stav techniky
S ohledem na značná zdravotní rizika a vysoké náklady spojené s reoperacemi stávajících implantátů, zejména velkých kloubů, představuje prodloužení jejich životnosti funkcionalizací jejich povrchu velmi perspektivní a žádoucí směr vývoje v oblasti zdravotnické techniky. Vzhledem k tomu, že počet ortopedických operací tohoto typu v poslední dekádě celosvětově významně narostl, lze dosáhnout zavedením moderních typů náhrad s bioaktivním povrchem, modifikovaným za využití nanotechnologických řešení, díky vyšší odolnosti a osteointegraci implantátů, jak zvýšení komfortu pro pacienta, tak i značných úspor ekonomických. Dodnes nejčastěji používané kovové náhrady na bázi titanu, titanových slitin, nerezové oceli, slitin chrómu a kobaltu jsou biokompatibilní, avšak bioinertní. Často také podléhají různým formám koroze v tělním prostředí. Osteointegrace bioinertních kovových náhrad je problematická, jejich povrch je potřeba pro vhodnou fixací s kostí dodatečně upravovat, pro zvýšení fixace lze provést fyzikálněchemickou, či morfologickou modifikaci povrchu endoprotézy. V současné době jsou pro chemické úpravy povrchu kovových náhrad používány především bioaktivní kalcium fosfáty, nejčastěji hydroxyapatit nebo fosforečnan vápenatý. Tyto biokeramické materiály vykazují ve spojení s kostí výborné vlastností 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 nebo adhezi k povrchu implantátů. Další strategií je pokrytí polymerní vrstvou na bázi syntetických polymerů (alifatické polyestery a jejich kopolymery). Zvýšení bioaktivity povrchu lze dosáhnout pokrytím přírodními polymery (kolagen, želatina). Tyto bioaktivní vrstvy mohou sloužit současně jako lokální nosiče antibiotik pro jejich postupné uvolňování při prevencí osteomyelitidy. Odborné studie stejně tak, jako klinická praxe naznačují, že slibný přístup pro zvýšení fixace implantátů může spočívat v nanesení povrchové vrstvy, která imituje složení i strukturu reálné kostí. Toho je možné dosáhnout kombinací kolagenu a hydroxyapatitu, jakožto hlavních složek kostní tkáně. Mimo chemického složení je důležité napodobit i strukturu kosti, a to aplikací hydroxyapatitu formou nanočástic a kolagenu ve formě nanovláken, čímž se docílí nanostrukturovaného povrchu ideálního pro vhodnou adhezi a proliferaci kostních buněk. Další předností těchto kompozitních materiálů je možnost volby jednotlivých složek z pohledu jejích skladby a orientace, materiálových, fyzikálních a chemických charakteristik, kterými je možno dosáhnout širokého rozsahu mechanických a biologických vlastností.
Podstata technického řešení
Předmětem užitného vzoru jsou bioaktivní kompozitní vrstvy na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými hydroxyapatitovými nanočásticemi. Nanovrstva je připravena elektrostatickým zvlákňováním kolagenu typu I, hydroxypatitu ve frakci 100 až 150 nm a polyetylén oxidu, jako 8 % hmotnostních roztoku v jedenkrát koncentrovaném fosfátovém pufru (0,0027 M chlorid draselný a 0,137 M chlorid sodný, pH 7,4 při 25 °C) a ethanolu (1:1 objemově). Hmotnostní podíly jednotlivých složek v elektrostaticky zvlákněné vrstvě jsou 78,2 až 87,4 % hmotnostních kolagenu, 5 až 15 % hmotnostních hydroxyapatitu a 6,8 až 7,6% hmotnostních polyetylén oxidu. Vrstva a proces přípravy jsou navrženy tak, aby kolagenní vlákna vykazovala střední hodnotu průměru 150 až 250 nm a integrovala do sebe homogenně rozptýlené nanoěástice hydroxyapatitu. Vrstvu lze elektrostaticky nanášet přímo na povrch kovového implantátu.
-1 CZ 28981 Ul
Předmětem užitného vzoru je dále způsob přípravy této nanokompozitní vrstvy, při přípravě se postupuje tak, že odvážené množství lyofilizovaného kolagenu se smísí s roztokem fosfátového pufru a ethanolu (1:1 objemově) v koncentraci 8 % hmotnostních kolagenu. Do směsi je dále přidán polyetylén oxid. Takto připravená směs je vystavena teplotě 37 °C po dobu 48 hodin. Dalším krokem přípravy je homogenizace, po níž je do roztoku přidán hydroxyapatit. Takto připravený roztok je elektrostaticky zvlákňo ván při napětí nepřesahujícím 60 kV, dávkování do 200 μΐ/min, relativní vlhkosti vzduchu nepřesahující 30 % a teplotě nepřesahující 37 °C. Stabilita vrstvy po zvláknění je zvýšena máčením v roztoku 95 % hmotnostních ethanolu a vody s N-(3dimethylaminopropyl)-N-ethylkarbodiimid hydrochloridem (EDC) a N-hydroxysukcinimidu (NHS) při teplotě 37 °C po dobu 24 hodin. Na 1 g kolagenu připadá 1 g EDC a 0,25 g NHS smíšené s 150 ml roztoku 95 % hmotnostních ethanolu a vody.
Příklady uskutečnění technického řešení
Nanokompozitní vrstva je tvořena nanovlákny kolagenu typu I a homogenně rozptýlenými nanočásticemi hydroxyapatitu, které jsou integrovány v kolagenových vláknech. Nanokompozitní vrstva je připravena elektrostatickým zvlákňováním. Odvážené množství kolagenu je nejprve smí seno s roztokem fosfátového pufru a ethanolu (1:1 objemově) v koncentraci 8 % hmotnostních. Do této směsi je přidán polyetylén oxid v množství 8 % hmotnostních na hmotnost kolagenu. Takto připravená směs je vystavena teplotě 37 °C po dobu 48 hodin, poté je směs homogenizována (rychlost míchání 15000 otáček min v homogenizátorů do úplného zhomogenizování). Po homogenizaci je do roztoku přidáno odvážené množství hydroxyapatitu v množství 5 % hmotnostních na hmotnost kolagenu tak, aby došlo k rovnoměrné dispergaci (rychlost míchání 20000 otáček/min po dobu 15 min v homogenizátorů). Takto připravený roztok je elektrostaticky zvlákňován při napětí nepřesahujícím 60 kV, dávkování do 200 μΐ/min, relativní vlhkostí vzduchu nepřesahující 30 % a teplotě nepřesahující 37 °C. Stabilita vrstvy po zvláknění je zvýšena máčením vrstvy v roztoku 95 % hmotnostních ethanolu a vody s EDC a NHS pří teplotě 37 °C po dobu 24 hodin. Na 1 g kolagenu připadá 1 g EDC a 0,25 g NHS smísené se 150 ml roztoku 95 % hmotnostních ethanolu a vody.
Nanokompozitní vrstva je tvořena nanovlákny kolagenu typu I a homogenně rozptýlenými nanočásticemi hydroxyapatitu, které jsou integrovány v kolagenových vláknech. Nanokompozitní vrstva je připravena elektrostatickým zvlákňováním. Odvážené množství kolagenu je nejprve smíseno s roztokem fosfátového pufru a ethanolu (1:1 objemově) v koncentraci 8 % hmotnostních. Do této směsí je přidán polyetylén oxid v množství 8 % hmotnostních na hmotnost kolagenu. Takto připravená směs je vystavena teplotě 37 °C po dobu 48 hodin. Poté je směs homogenizována (rychlost míchání 15000 otáček/min v homogenizátorů do úplného zhomogenizování). Po homogenizaci je do roztoku přidáno odvážené množství hydroxyapatitu v množství 15 % hmotnostních na hmotnost kolagenu tak, aby došlo k rovnoměrné dispergaci (rychlost míchání 20000 otáček/min po dobu 15 min v homogenizátorů). Takto připravený roztok je elektrostaticky zvlákňován při napětí nepřesahujícím 60 kV, dávkování do 200 μΐ/min, relativní vlhkosti vzduchu nepřesahující 30 % a teplotě nepřesahující 37 °C. Stabilita vrstvy po zvláknění je zvýšena máčením vrstvy v roztoku 95 % hmotnostních ethanolu a vody s EDC a NHS při teplotě 37 °C po dobu 24 hodin. Na 1 g kolagenu připadá 1 g EDC a 0,25 g NHS smísené se 150 ml roztoku 95 % hmotnostních ethanolu a vody.
Průmyslová využitelnost
Nanokompozitní vrstvy na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými hydroxyapatitovými nanočásticemi připravené podle tohoto užitného vzoru lze využít v humánní a veterinární medicíně, zejména v ortopedii a stomatologii.
Claims (2)
- NÁROKY NA OCHRANU1. Bioaktivní nanokompozitní vrstvy na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými kalcium fosfátovými částicemi pro aplikace v ortopedii, vyznačující se tím, že jsou tvořené 87,4 % hmotnostními kolagenu typu 1 ve formě nanovláken se střední hodnotou průměru5 150 až 250 nm, 7,6 % hmotnostními polyetylén oxidu a 5 % hmotnostními hydroxyapatitu ve formě nanočástic o velikosti 100 až 150 nm.
- 2. Bioaktivní nanokompozitní vrstvy na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými kalcium fosfátovými částicemi pro aplikace v ortopedii, vyznačující se tím, že jsou tvořené 78,2 % hmotnostními kolagenu typu I ve formě nanovláken se střední hodnotou průměru ío 150 až 250 nm, 6,8 % hmotnostními polyetylén oxidu a 15 % hmotnostními hydroxyapatitu ve formě nanočástic o velikosti 100 až 150 nm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2015-31647U CZ28981U1 (cs) | 2015-10-14 | 2015-10-14 | Bioaktivní nanokompozitní vrstva na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými kalcium fosfátovými částicemi pro aplikace v ortopedii |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2015-31647U CZ28981U1 (cs) | 2015-10-14 | 2015-10-14 | Bioaktivní nanokompozitní vrstva na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými kalcium fosfátovými částicemi pro aplikace v ortopedii |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ28981U1 true CZ28981U1 (cs) | 2015-12-14 |
Family
ID=54883684
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2015-31647U CZ28981U1 (cs) | 2015-10-14 | 2015-10-14 | Bioaktivní nanokompozitní vrstva na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými kalcium fosfátovými částicemi pro aplikace v ortopedii |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ28981U1 (cs) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CZ309165B6 (cs) * | 2016-10-20 | 2022-04-06 | Ústav Struktury A Mechaniky Hornin Av Čr, V. V. I. | Příprava nanokompozitní vrstvy na bázi kolagenových nanovláken |
-
2015
- 2015-10-14 CZ CZ2015-31647U patent/CZ28981U1/cs not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CZ309165B6 (cs) * | 2016-10-20 | 2022-04-06 | Ústav Struktury A Mechaniky Hornin Av Čr, V. V. I. | Příprava nanokompozitní vrstvy na bázi kolagenových nanovláken |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zheng et al. | Incorporation of Cu-containing bioactive glass nanoparticles in gelatin-coated scaffolds enhances bioactivity and osteogenic activity | |
Salmasi et al. | Nanohydroxyapatite effect on the degradation, osteoconduction and mechanical properties of polymeric bone tissue engineered scaffolds | |
Wang et al. | Preparation of laponite bioceramics for potential bone tissue engineering applications | |
Zhang et al. | Biomimetic mechanically strong one-dimensional hydroxyapatite/poly (d, l-lactide) composite inducing formation of anisotropic collagen matrix | |
Ghasemi et al. | Different modification methods of poly methyl methacrylate (PMMA) bone cement for orthopedic surgery applications | |
Song et al. | Poly (vinyl alcohol)/collagen/hydroxyapatite hydrogel: Properties and in vitro cellular response | |
Karaji et al. | A multifunctional silk coating on additively manufactured porous titanium to prevent implant-associated infection and stimulate bone regeneration | |
Mudhafar et al. | Synthesis and characterization of fish scales of hydroxyapatite/collagen–silver nanoparticles composites for the applications of bone filler | |
Sumathra et al. | In vivo assessment of a hydroxyapatite/κ-carrageenan–maleic anhydride–casein/doxorubicin composite-coated titanium bone implant | |
Rehman et al. | Development of sustainable antibacterial coatings based on electrophoretic deposition of multilayers: gentamicin-loaded chitosan/gelatin/bioactive glass deposition on PEEK/bioactive glass layer | |
Kim et al. | Gelatin-layered and multi-sized porous β-tricalcium phosphate for tissue engineering scaffold | |
Fendi et al. | Hydroxyapatite based for bone tissue engineering: innovation and new insights in 3D printing technology | |
Yu et al. | Preparation of poly (ether-ether-ketone)/nanohydroxyapatite composites with improved mechanical performance and biointerfacial affinity | |
Mudhafar et al. | The natural and commercial sources of hydroxyapatite/collagen composites For biomedical applications: A review study | |
De Vasconcellos et al. | Biological and microbiological behavior of calcium aluminate cement-based blend for filling of bone defects | |
Bahraminasab et al. | Osteoblastic cell response to Al2O3-Ti composites as bone implant materials | |
Ali et al. | Classifications, surface characterization and standardization of nanobiomaterials | |
Rai et al. | Bionanohydroxyapatite/poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) composites with improved particle dispersion and superior mechanical properties | |
Zhang et al. | Biomimetic inorganic nanoparticle-loaded silk fibroin-based coating with enhanced antibacterial and osteogenic abilities | |
Senthil | Formation of bone tissue apatite on starch-based nanofiber-capped nanohydroxyapatite and reduced graphene oxide: a preliminary study | |
Diwu et al. | In-vivo investigations of hydroxyapatite/Co-polymeric composites coated titanium plate for bone regeneration | |
Menezes et al. | Bioactive materials‐coated polybutylene‐adipate‐co‐terephthalate 3D‐printed scaffolds for application in the bone tissues engineering | |
Firoozabadi et al. | In vitro studies and evaluation of antibacterial properties of biodegradable bone joints based on PLA/PCL/HA | |
Sangeetha et al. | Fabrication of poly (methyl methacrylate)/Ce/Cu substituted apatite/Egg white (Ovalbumin) biocomposite owning adjustable properties: Towards bone tissue rejuvenation | |
CZ28981U1 (cs) | Bioaktivní nanokompozitní vrstva na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými kalcium fosfátovými částicemi pro aplikace v ortopedii |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20151214 |
|
MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20191014 |