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 PDF

Info

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
Application number
CZ2015-31647U
Other languages
English (en)
Inventor
Tomáš Suchý
Monika Šupová
Šárka Rýglová
Radek Sedláček
Zbyněk Sucharda
Margit Žaloudková
Karel Balík
Martin Braun
Lukáš Horný
Hynek Chlup
Jan Veselý
František Denk
Original Assignee
Ăšstav struktury a mechaniky hornin AV ÄŚR, v.v.i.
České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ústav struktury a mechaniky hornin AV ČR, v.v.i., České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní filed Critical Ústav struktury a mechaniky hornin AV ČR, v.v.i.
Priority to CZ2015-31647U priority Critical patent/CZ28981U1/cs
Publication of CZ28981U1 publication Critical patent/CZ28981U1/cs

Links

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)

  1. NÁROKY NA OCHRANU
    1. 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 průměru
    5 150 až 250 nm, 7,6 % hmotnostními polyetylén oxidu a 5 % hmotnostními hydroxyapatitu ve formě nanočástic o velikosti 100 až 150 nm.
  2. 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.
CZ2015-31647U 2015-10-14 2015-10-14 Bioaktivní nanokompozitní vrstva na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými kalcium fosfátovými částicemi pro aplikace v ortopedii CZ28981U1 (cs)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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