DD244744A5 - Particles of biologically active glass and their method of preparation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Partikel aus biologisch aktivem Glas und deren Verfahren zur Herstellung, die in der chemischen Industrie angewendet werden. Mit der Erfindung werden Partikel aus biologisch aktivem Glas sowie deren Herstellungsverfahren bereitgestellt, die fuer die Herstellung von koerpervertraeglichen und keine Entzuendungen hervorrufenden Implantaten geeignet sind. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln aus biologisch aktivem Glas sowie die durch das Verfahren erhaltenen Partikel zur Verfuegung zu stellen. Erfindungsgemaess werden die Partikel aus biologisch aktivem Glas hergestellt, indem die waessrige Saeureloesung der Vorstufen fuer das biologisch aktive Glas durch Spray getrocknet wird, die Partikel bei erhoehter Temperatur erhitzt werden, um die Glasvorstufe in Glas zu verwandeln.The invention relates to particles of biologically active glass and their method of production, which are used in the chemical industry. The invention provides particles of biologically active glass and their production processes which are suitable for the production of implantable and non-inflammatory implants. The object of the invention is to provide a method for producing particles of biologically active glass and the particles obtained by the method available. According to the invention, the particles are prepared from biologically active glass by spray-drying the aqueous acid solution of the biologically active glass precursors, heating the particles at elevated temperature to turn the glass precursor into glass.
Description
9. Partikel aus biologisch aktivem Glas nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Säurelösung Vorstufen beinhaltet, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus:9. Particles of biologically active glass according to item 8, characterized in that the aqueous acid solution contains precursors selected from the group consisting of:
(a) Na2O(SiO2)3,38, Na2SiO3, (NaO)2Si(CH3I2, Kieselsäure und kolloidales SiO2;(a) Na 2 O (SiO 2 ) 3.38, Na 2 SiO 3 , (NaO) 2 Si (CH 3 I 2 , silica and colloidal SiO 2 ;
(b) Ca Salze der Ci-C4 alkanischen Säure und Ca(NO3I2;(b) Ca salts of the C 1 -C 4 -alkanoic acid and Ca (NO 3 I 2 ;
(c) Na3PO4, Na2HPO4, NaH2PO4, Na2H2P2O7, Na3PO3, Na2HPO3, H3PO4, (NH4J3PO4, (NH4I2HPO4, (NH4)H2PO4, (NH4I2H2P2O7, (NH4J3PO3, (NH4I2HPO4 (c) Na 3 PO 4 , Na 2 HPO 4 , NaH 2 PO 4 , Na 2 H 2 P 2 O 7 , Na 3 PO 3 , Na 2 HPO 3 , H 3 PO 4 , (NH 4 J 3 PO 4 , (NH 4 I 2 HPO 4 , (NH 4 ) H 2 PO 4 , (NH 4 I 2 H 2 P 2 O 7 , (NH 4 J 3 PO 3 , (NH 4 I 2 HPO 4
und (NH4)H2PO3, (NH4I3PO3, (NH4I2HPO3 und (NH4)H2PO3;and (NH 4 ) H 2 PO 3 , (NH 4 I 3 PO 3 , (NH 4 I 2 HPO 3 and (NH 4 ) H 2 PO 3 ;
(d) Na2B4O7 und andere Natriumborate;(d) Na 2 B 4 O 7 and other sodium borates;
(e) Natriumsalze der C1-C4 alkanischen Säuren und NaNO3.(e) sodium salts of C 1 -C 4 alkanoic acids and NaNO 3 .
10. Partikel aus biologisch aktivem Glas nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Säurelösung Vorstufen beinhaltet, die aus einer Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus:10. Particles of biologically active glass according to item 9, characterized in that the aqueous acid solution includes precursors selected from the group consisting of:
a) Na2O(SiO213,38;a) Na 2 O (SiO 2 1 3 , 38 ;
b) Ca(O2CH)2,b) Ca (O 2 CH) 2 ,
c) Na3PO4 -12 H2O,c) Na 3 PO 4 -12H 2 O,
d) NaO2CH undd) NaO 2 CH and
e) Na2B4O7-IOH2O.e) Na 2 B 4 O 7 -IOH 2 O.
Die Erfindung betrifft Partikel aus biologisch aktivem Glas und deren Verfahren zur Herstellung, die in der chemischen Industrie anwendbar sind.The invention relates to particles of biologically active glass and their method of preparation, which are applicable in the chemical industry.
Wie von Hensch in einem Übersichtsartikel unter dem Titel „Biomaterials" in Science 208, 826-831 (1980) dargelegt wurde, werden in den Vereinigten Staaten Einzelpersonen jährlich 2 bis 3 Millionen künstliche oder prothetische Teile implantiert. Diese aus einer breiten Mannigfaltigkeit von Materialien hergestellten Vorrichtungen sind beispielsweise einsetzbar im Auge, im Ohr und im Nervensystem, im Herzen, in den Gliedmaßen, in der Blase und in den Blutgefäßen sowie zur Reparatur oder zum Ersatz von Knochen, Bändern und Zähnen. Bei diesen Anwendungen bekämpfen sie sowohl die degenerativen Effekte des Alterns als auch von Unfällen herrührende Schäden.As described by Hensch in a review article entitled "Biomaterials" in Science 208, 826-831 (1980), in the United States, 2-3 million artificial or prosthetic parts are implanted annually into individuals made of a wide variety of materials For example, devices are useful in the eye, ear and nervous system, heart, limbs, bladder and blood vessels, as well as for the repair or replacement of bones, ligaments and teeth, in these applications they fight both the degenerative effects of Aging as well as accidents resulting from accidents.
Eine Zusammenfassung des Standes der Biomaterialien und der mit ihnen verbundenen Probleme wurde von Hall, in J. Biomed.A summary of the state of biomaterials and their associated problems has been reported by Hall, in J. Biomed.
Mater. Res. Symposium, No. 2 (Part 1), Seiten 1 bis 4 (1971 (vorgelegt. Der Artikel unterstreicht die Bedeutung der Grenzfläche zwischen einem Implantat und dem Körpergewebe des Wirts.Mater. Res. Symposium, No. 2 (Part 1), pages 1 to 4 (1971) The article emphasizes the importance of the interface between an implant and the body tissue of the host.
Die US-PS 4171 544 offenbart zahlreiche biologisch aktive Glas-Zusammensetzungen.U.S. Patent No. 4,171,544 discloses numerous biologically active glass compositions.
Die US-PS 4103002 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche einer Aluminiumoxid-Keramik mit einem biologisch aktiven Glas. Das Patent legt dar, daß die Oberflächen von Aluminiumoxid-Keramiken biologisch inaktiv sind und .Knochengewebe sich nicht mit ihnen verbindet oder auf ihnen wächst.U.S. Patent 4,103,002 discloses a method of coating the surface of an alumina ceramic with a biologically active glass. The patent states that the surfaces of alumina ceramics are biologically inactive and bone tissue does not join or grow on them.
Die US-PS 4159358 offenbart ein Verfahren zum Binden eines biologisch aktiven Glases an eine Metall-Oberfläche. Bei der Diskussion des Einsatzes biologisch aktiver Gläser als Biomaterialien stellt das Patent fest, daß es unmöglich ist, aus ihnen hinreichend starke orthopädische oder dentale Vorrichtungen aufzubauen.U.S. Patent 4,159,358 discloses a method of bonding a biologically active glass to a metal surface. In discussing the use of biologically active glasses as biomaterials, the patent states that it is impossible to construct from them sufficiently strong orthopedic or dental devices.
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Partikeln aus biologisch aktivem Glas sowie deren Herstellungsverfahren, die zur Herstellung von körperverträglichen und keine Entzündungen hervorrufenden Implantaten geeignet sind.The aim of the invention is the provision of particles of biologically active glass and their production processes, which are suitable for the production of biocompatible and no inflammation-inducing implants.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln aus biologisch aktivem Glas sowie die durch das Verfahren erhaltenen Partikel zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is to provide a process for producing particles of biologically active glass and the particles obtained by the process.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln aus biologisch aktivem Glas, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Säurelösung der Vorstufen für das biologisch aktive Glas durch Spray getrocknet wird, die Partikel bei erhöhterThe invention relates to a process for the preparation of particles of biologically active glass, characterized in that the aqueous acid solution of the precursors for the biologically active glass is dried by spray, the particles at elevated
Temperatur erhitzt werden, um die Glasvorstufe in Glas zu verwandein, wobei die wäßrige Säurelösung Vorstufen besitzt,Temperature to heat the glass precursor into glass, the aqueous acid solution having precursors,
biologisch aktives Glas mit folgender Zusammensetzung zu liefern: to provide biologically active glass with the following composition:
wobei die Summe von Na2O und CaO mindestens um 30 Gew.-% beträgt.wherein the sum of Na 2 O and CaO is at least 30% by weight.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die wäßrige Säurelösung mindestens eine Vorstufe beinhaltet, die jeweils einer Komponente des biologisch aktiven Glases entspricht, wobei umfaßt werden:A preferred embodiment of the process according to the invention consists in that the aqueous acid solution comprises at least one precursor, which in each case corresponds to one component of the biologically active glass, comprising:
SiO2 . ungefähr40Gew.-%,SiO 2 . ungefähr40Gew .-%,
Na2O ungefähr24,5Gew.-%,Na 2 O about 24.5 wt%,
CaO ungefähr24,5Gew.-%,CaO about 24.5% by weight,
P2O5 ungefähr 6 Gew. -%,P 2 O 5 about 6% by weight,
B2O3 ungefähr5Gew.-%.B 2 O 3 about 5% by weight.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt der pH-Wert der wäßrigen Säurelösung dar, der unter 3,8 liegt.Another preferred embodiment of the method according to the invention represents the pH of the aqueous acid solution which is less than 3.8.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die wäßrige Säurelösung Vorstufen beinhaltet, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus:Another preferred embodiment of the process according to the invention is characterized in that the aqueous acid solution comprises precursors selected from the group consisting of:
(a) Na2O(SiO2)3,38, Na2SiO3, (NaO)2Si(CH3J2, Kieselsäure und kolloidales SiO2;(a) Na 2 O (SiO 2 ) 3.38, Na 2 SiO 3 , (NaO) 2 Si (CH 3 J 2 , silica and colloidal SiO 2 ;
(b) Ca Salze der C1-Ci alkanischen Säuren und Ca(NO3I2;(b) Ca salts of C 1 -C 10 alkanoic acids and Ca (NO 3 I 2 ;
(c) Na3PO4, Na2HPO4, NaH2PO4, Na2H2P2O7, Na3PO3, Na2HPO3, H3PO4, (NH4J3PO4, (NH4I2HPO4, (NH4)H2PO4, (NH4I2H2P2O7, (NH4I3PO3, (NH4J2HPO3 und (NH4)H2PO3;(c) Na 3 PO 4 , Na 2 HPO 4 , NaH 2 PO 4 , Na 2 H 2 P 2 O 7 , Na 3 PO 3 , Na 2 HPO 3 , H 3 PO 4 , (NH 4 J 3 PO 4 , (NH 4 I 2 HPO 4 , (NH 4 ) H 2 PO 4 , (NH 4 I 2 H 2 P 2 O 7 , (NH 4 I 3 PO 3 , (NH 4 J 2 HPO 3 and (NH 4 ) H 2 PO 3 ;
(d) Na2B4O7 und andere Natriumborate;(d) Na 2 B 4 O 7 and other sodium borates;
(e) Natriumsalze der C1-C4 alkanischen Säuren und NaNO3.(e) sodium salts of C 1 -C 4 alkanoic acids and NaNO 3 .
Wiederum eine andere Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Säurelösung Vorstufen beinhaltet, die aus einer Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus:Yet another embodiment of the process is characterized in that the aqueous acid solution includes precursors selected from the group consisting of:
(a) Na2O(SiO2)3,38,(a) Na 2 O (SiO 2 ) 3 , 38 ,
(b) Ca(O2CH2)2,(b) Ca (O 2 CH 2 ) 2 ,
(c) Na3PO4- 12H2O,(c) Na 3 PO 4 - 12H 2 O,
(d) NaO2CH, und(d) NaO 2 CH, and
(e) Na2B4O7-IOH2O.(e) Na 2 B 4 O 7 -IOH 2 O.
Gegenstand der Erfindung sind weiterhin die Partikel aus biologisch aktivem Glas, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden.The invention further provides the particles of biologically active glass, which are characterized in that they are produced by the method according to the invention.
Erfindungsgemäß wird eine wäßrige Säurelösungs-Zusammensetzung von Vorstufen für biologisch aktives Glas zur Verfugung gestellt. Die wäßrige Säurelösung umfaßt eine Kombination sämtlicher Vorstufen, die erforderlich sind für die Gewinnung eines Endproduktes, wenn die Vorstufen-Zusammensetzung getrocknet und gebrannt wird.According to the invention, an aqueous acid solution composition of biologically active glass precursors is provided. The aqueous acid solution comprises a combination of all the precursors required for the recovery of a final product when the precursor composition is dried and fired.
Die vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf irgendwelche besonderen Vorstufen für irgendein spezielles biologisch aktives Glas. Jede beliebige Kombination von Vorstufen, die Partikel aus biologisch aktivem Glas bildet, kann eingesetzt werden.The present invention is not limited to any particular precursors for any particular biologically active glass. Any combination of precursors that form biologically active glass particles can be used.
Der Begriff „biologisch aktives Glas" bedeutet, daß das Glas in vivo-Bindungen mit Knochen, Muskeln oder anderen Körpergeweben auszubilden vermag. Aus Gründen der Kürze wird der Begriff „Glas" hier so verwendet, daß er biologisch aktives Glas bezeichnet. Der Begriff „wäßrige Lösung" bedeutet eine wäßrige Säurelösung,-suspension oder-dispersion von Glas-Vorstufen.The term "biologically active glass" means that the glass is capable of forming in vivo bonds with bone, muscle or other body tissues For brevity, the term "glass" is used herein to mean biologically active glass. The term "aqueous solution" means an aqueous acid solution, suspension or dispersion of glass precursors.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem Zusammensetzungen von mit den Glas-Vorstufen beschichteten Träger-Teilchen und Träger-Teilchen, die mit dem Glas beschichtet sind, das durch Calcinieren der Glas-Vorstufen gebildet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft auch kugelförmige Teilchen aus biologisch aktivem Glas, die durch Sprühtrocknen der Glas-Vorstufen und Brennen der sprühgetrockneten Teilchen hergestellt sind. Ebenfalls enthalten im Umfang der vorliegenden Erfindung sind Verfahren zur Herstellung der Lösungs-Zusammensetzungen der Glas-Vorstufen, zur Beschichtung der Träger-Teilchen, zum Trocknen und Brennen der mit den Vorstufen beschichteten Teilchen unter Bildung der mit Glas beschichteten/verschmolzenen Träger-Teilchen und zum Sprühtrocknen der Lösungs-Zusammensetzung der Glas-Vorstufen. Die kugelförmigen Teilchen sind gekennzeichnet durch ihre allgemein sphärische Geometrie und relativ glatte Oberflächen. Glas-Teilchen der vorliegenden Erfindung lassen sich durch mikroskopische Untersuchung leicht von den rauh-kantigen, im wesentlichen nicht kugelförmigen Teilchen des Standes der Technik unterscheiden.The present invention also relates to compositions of glass precursor coated carrier particles and carrier particles coated with the glass formed by calcining the glass precursors. The present invention also relates to spherical particles of biologically active glass prepared by spray-drying the glass precursors and firing the spray-dried particles. Also included within the scope of the present invention are processes for preparing the solution compositions of the glass precursors, coating the carrier particles, drying and firing the precursor coated particles to form the glass-coated / fused carrier particles, and Spray-drying the solution composition of the glass precursors. The spherical particles are characterized by their generally spherical geometry and relatively smooth surfaces. Glass particles of the present invention are readily distinguishable from the prior art rough-edged, substantially non-spherical particles by microscopic examination.
Die nachstehenden Patente offenbaren eine Anzahl biologisch aktiver Gläser, die mittels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können: US-PS 4159358, US-PS 4103002 und US-PS 4171 544. Im allgemeinen schließt die vorliegende Erfindung sämtliche Gläser ein, deren Komponenten in Form einer stabilen wäßrigen Lösung hergestellt werden können. Hier ist unter „stabil" zu verstehen, daß während eines Zeitraums von einer Stunde keine nennenswerte Niederschlagsbildung stattfindet.The following patents disclose a number of biologically active glasses that can be prepared by the process of the present invention: U.S. Patent 4,159,358, U.S. Patent 4,103,002 and U.S. Patent 4,171,544. In general, the present invention includes all glasses whose components are incorporated herein by reference Form of a stable aqueous solution can be produced. Here, by "stable" is meant that during a period of one hour no significant precipitation occurs.
Ein typischer Bereich der Zusammensetzungen für eine Untergruppe der in Betracht kommenden Gläser, der in Übereinstimmung mit den Gepflogenheiten in der Glas-Chemie in Form der Oxide und Fluoride angegeben wird, ist derA typical range of compositions for a subset of the glasses contemplated to be in accordance with the practices of glass chemistry in the form of the oxides and fluorides is the
folgende:the following:
wobei die Summe von Na2O + CaO wenigstens etwa 30Gew.-% beträgt. Von den aufgeführten Komponenten ist CaF2 nicht wasserlöslich. Dementsprechend wird eine wäßrige Lösung von Glas-Vorstufen, die CaF2 als Bestandteil enthält, so behandelt, daß das CaF2 suspendiert wird. Ein Behandlungsverfahren umfaßt die Zugabe einer Lösung Von Fluorid-Ionen (vermittels NaF oder NH4F) zu einer Lösung von Ca++-Ionen unter kräftigem Rühren. Bevorzugte Gläser dieses Typs enthalten etwa 0,5 bis 6Gew.-%P2O5.wherein the sum of Na 2 O + CaO is at least about 30% by weight. Of the listed components, CaF 2 is not water-soluble. Accordingly, an aqueous solution of glass precursors containing CaF 2 as an ingredient is treated so that the CaF 2 is suspended. One treatment method involves the addition of a solution of fluoride ions (via NaF or NH 4 F) to a solution of Ca ++ ions with vigorous stirring. Preferred glasses of this type contain about 0.5 to 6 wt% P 2 O 5 .
Eine andere Untergruppe der in Betracht kommenden Gläser umfaßt diejenigen, die Bor enthalten. Ein typisches borhaltiges Glas enthält 40Gew.-% SiO2, 5Gew.-% B2O3, 6Gew.-% P2O5, 24,5Gew.-% CaO und 24,5Gew.-% Na2O.Another subset of the glasses contemplated includes those containing boron. A typical boron-containing glass contains 40 wt% SiO 2 , 5 wt% B 2 O 3 , 6 wt% P 2 O 5 , 24.5 wt% CaO, and 24.5 wt% Na 2 O.
Zu den in Betracht kommenden Materialien, die als Träger für das Glas einsetzbar sind, zählen hochschmelzende Mineraloxide, Keramiken und dergieichen.'ln der Tat kann jedes beliebige Material eingesetzt werden, das nicht in nachteiliger Weise mit dem Glas, den Glas-Vorstufen oder Körperteilen, mit denen das betreffende Material in Berührung kommen kann, reagiert. Es steht . jedoch naturgemäß außer Frage, daß das betreffende Material relativ zäh und bei den zum Brennen des Glases angewandten höheren Temperaturen stabil ist.Among the materials which may be used as supports for the glass are refractory mineral oxides, ceramics and the like. In fact, any material may be used that does not adversely interfere with the glass, glass precursors or body parts with which the material in question may come into contact. It stands . however, it is beyond question that the material in question is relatively tough and stable at the higher temperatures used to fire the glass.
Zu den in Betracht kommenden Materialien zählen Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Kohlenstoff, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Titandioxid, Tone, Calciumsilicat, Feldspat, Zinkoxid und dergleichen, darunter auch beliebige Metalle, die der Körper arfnimmt. Bevorzugte Träger sind Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid sowie deren Mischungen und Zusammensetzungen. Die Größe und die Konzentration der Träger-Teilchen variieren mit der speziellen herzustellenden Vorrichtung, deren Verwendungszweck und der gewünschten Zusammensetzung der Teilchen. In Betracht kommende Teilchen haben einen Durchmesser im Bereich bis hinauf zu 1 mm oder mehr.Suitable materials include alumina, silica, carbon, silica-alumina, titania, clays, calcium silicate, feldspar, zinc oxide and the like, including any metals that the body contains. Preferred supports are alumina, silica, titania, and their mixtures and compositions. The size and concentration of the carrier particles will vary with the particular device to be made, their intended use, and the desired composition of the particles. Applicable particles have a diameter in the range up to 1 mm or more.
Eine Natrium und Siliciumdioxid enthaltende Verbindung wie Na2O · (SiO2J3^ oder Na2SiOs oder (NaO)2Si(CHs)2 kann als Vorstufe für SiO2 und Na2O verwendet werden. Zu anderen Vorstufen für SiO2 zählen Kieselsäure und kolloidales SiO2. Zu den Vorstufen für CaO gehören die Calcium-Salze der C-i— bis C4-Alkansäuren, vorzugsweise Calciumformiat Ca(O2CH)2, und, falls HNO3 zur pH-Steuerung verwendet wird, Ca(NO3J2. Vorstufen für P2Os und Na2O sind die Natriumphosphate Na3PO4, Na2HPO4, NaH2PO4, Na2H2P2O7 sowie die Natriumphosphite Na3PO3, Na2HPO3, NaH2PO3. Bevorzugt wird das Natriumphosphat Na3PO4 · 12 H2O. Zu anderen Vorstufen für P2O5 zählen H3PO4 und die Ammoniumsalz-Äquivalente zu den oben genannten Natriumsalzen. Zu den Vorstufen für B2O3 zählen die Natriumborate, die außerdem Na2O liefern. Bevorzugt wird Na2B4O7 · 10 H2O. Vorstufen für Na2O umfassen die im Vorstehenden genannten Natriumsalze sowie die Natriumsalze der Cr bis C4-Alkansäuren, vorzugsweise Natriumformiat und, falls HNO3 zur pH-Steuerung verwendet wird, NaNO3. Die Einführung solcher Ionen wie SO4"2 und Al+3, die mit anderen anwesenden Ionen unmittelbar Niederschläge bilden wurden, sollte vermieden werden.A sodium and silica-containing compound such as Na 2 O · (SiO 2 J 3 ^ or Na 2 SiO 2 or (NaO) 2 Si (CH 2 ) 2 may be used as a precursor for SiO 2 and Na 2 O. Other SiO 2 precursors include silicic acid and colloidal SiO 2. The precursors for CaO include the calcium salts of ci to C 4 alkanoic acids, preferably calcium formate Ca (O 2 CH) 2 , and, if HNO 3 is used for pH control, Ca (NO 3 J 2. Precursors for P 2 Os and Na 2 O are the sodium phosphates Na 3 PO 4 , Na 2 HPO 4 , NaH 2 PO 4 , Na 2 H 2 P 2 O 7 and the sodium phosphites Na 3 PO 3 , Na 2 HPO 3 , NaH 2 PO 3. The sodium phosphate is preferably Na 3 PO 4 .12H 2 O. Other precursors for P 2 O 5 include H 3 PO 4 and the ammonium salt equivalents to the abovementioned sodium salts 2 O 3 include the sodium borates, which also provide Na 2 O. Preference is given to Na 2 B 4 O 7 · 10 H 2 O. Precursors for Na 2 O include the above-mentioned sodium salts and the sodium salts of Cr to C 4 -alkanoic acids, preferably sodium formate and, if HNO 3 is used for pH control, NaNO 3 . The introduction of such ions as SO 4 " 2 and Al +3 , which would precipitate directly with other ions present, should be avoided.
Andere Ionen, die das biologische Wachstum verstärken, können ebenfalls in die Lösung eingeführt werden. Zu diesen Ionen zählt Mg+2; hierzu vgl. Jaffe, „Metabolie Degenerative and Inflammatory Diseases of Bones and Joints", Lea and Febiger, Phila (1972), S. 124ff. Falls K2OaIs Komponente des Glases erwünscht ist, kann es in die Vorstufen-Lösung als KHCO3, KNO3 oder KOC(O)R eingebracht werden.Other ions that enhance biological growth can also be introduced into the solution. These ions include Mg +2 ; cf. Jaffe, "Metabolism Degenerative and Inflammatory Diseases of Bones and Joints," Lea and Febiger, Phila (1972), pp. 124ff., If K 2 Oa I component of the glass is desired, it can be incorporated into the precursor solution as KHCO 3 , KNO 3 or KOC (O) R are introduced.
Die wäßrigen Lösungs-Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung haben einen pH, der typischerweise unter etwa 5 liegt. Bevorzugte Säuren für die pH-Kontrolle sind solche, die sich beim Erhitzen in sauberer Weise zersetzen und keinen Kohlenstoff-Rückstand hinterlassen, der eine verlängerte Verbrennung erfordern würde. Eine solche saubere Zersetzung ist ein allgemeines Erfordernis für eine Säure, deren Salze verwendet werden oder die in freier Form verwendet wird. Eine genügende Menge der Säure wird der Lösung zugesetzt, um den gewünschten pH zu erreichen. Zu Säuren, die die Bedingungen relativ hoher Flüchtigkeit und sauberer Zersetzung erfüllen, zählen Salpetersäure und die C1- bis C4-Alkansäuren, einschließlich beliebiger Säuren, deren Calcium- und Natrium-Salze bei der Bereitung der Lösu ng oder Dispersion eingesetzt werden. Da diese Salze vorzugsweise die Formiate sind, ist die am meisten bevorzugte Säure die Ameisensäure. Für Ameisensäure und Salpetersäure liegt der pH höchstens bei etwa 3,8 und vorzugsweise bei etwa 3,3 bis 3,8. Für Essigsäure, Propionsäure und die Buttersäuren liegt der pH höchstens bei etwa 4,6 und vorzugsweise bei etwa 4,1 bis 4,6. Der optimale pH für jede spezielle Glas-Vorstufen-Zusammensetzung läßt sich leicht durch einen einfachen Versuch ermitteln.The aqueous solution compositions according to the present invention have a pH which is typically below about 5. Preferred acids for pH control are those which cleanly decompose on heating and leave no carbon residue which would require prolonged combustion. Such clean decomposition is a general requirement for an acid whose salts are used or which is used in free form. A sufficient amount of the acid is added to the solution to achieve the desired pH. Acids that meet the conditions of relatively high volatility and clean decomposition include nitric acid and the C 1 to C 4 alkanoic acids, including any acids whose calcium and sodium salts are used in the preparation of the solution or dispersion , Since these salts are preferably the formates, the most preferred acid is formic acid. For formic acid and nitric acid, the pH is at most about 3.8, and preferably about 3.3 to 3.8. For acetic acid, propionic acid and the butyric acids, the pH is at most about 4.6 and preferably about 4.1 to 4.6. The optimum pH for any particular precursor glass composition is easily determined by a simple experiment.
Beider praktischen Durchführung des Arbeitsganges der Beschichtung wird der zu beschichtende teilchenförmige Träger mit einer frisch bereiteten Lösung der Glas-Vorstufen unter Rühren und vorzugsweise unter mildem Vermählen innig vermischt. Im Laboratorium werden das Mischen, Rühren und Vermählen zweckmäßigerweise in einem Mörser mittels eines Pistills durchgeführt. Der feuchte feste Stoff kann dann zur Entfernung der Gesamtmenge oder eines Teils des Wassers an der Luft getrocknet werden, wobei Arbeitsweisen der Sprühtrocknung bevorzugt werden. Der getrocknete Feststoff wird dann auf eine Temperatur erhitzt, die hoch genug ist, um etwa verbliebenes Wasser zu entfernen, etwa verbliebene Ameisensäure zu verflüchtigen und/oder zu zersetzen und die Komponente des Beschichtungsmediums in das gewünschte Glas umzuwandeln. Diese Temperatur beträgt gewöhnlich etwa 6000C bis etwa 1 550°C, obwohl gelegentlich etwas niedrigere Temperaturen wirksameingesetztwerden können. Zur Minimierung der Gefahr der Niederschlagsbildung besteht ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung derBeschichtungslösung darin, zwei Lösungen anzusetzen, wobei die erste Calciumformiat und Natriumformiat, falls verwendet, enthält und die zweite Natriumsilicat und, sofern einer oder mehrere der folgenden Stoffe eingesetzt werden sollen, Natriumphosphate und/oder Natriumborate enthält. Dann wird in beiden Lösungen Ameisensäure gelöst, und die beiden Lösungen wenden unter gutem Rühren miteinander vermischt. Die einzusetzende Menge Ameisensäure kann leicht durch einfache Versuche mit aliquoten Anteilen der zwei Lösungen ermittelt werden.In the practical implementation of the coating operation, the particulate carrier to be coated is intimately mixed with a freshly prepared solution of the glass precursors with stirring and preferably with gentle grinding. In the laboratory, mixing, stirring and grinding are conveniently carried out in a mortar by means of a pestle. The wet solid may then be dried in air to remove all or part of the water, with spray-drying operations being preferred. The dried solid is then heated to a temperature high enough to remove any remaining water, to volatilize and / or decompose any residual formic acid, and to convert the component of the coating medium into the desired glass. This temperature is usually about 600 0 C to about 1 550 ° C, although occasionally can effectively be employed somewhat lower temperatures. To minimize the risk of precipitate formation, a convenient method of preparing the coating solution is to employ two solutions, the first containing calcium formate and sodium formate, if used, and the second sodium silicate and, if one or more of the following are used, sodium phosphates and / or or sodium borate. Then formic acid is dissolved in both solutions, and the two solutions are mixed together with good stirring. The amount of formic acid to be used can easily be determined by simple experiments with aliquots of the two solutions.
Die relative Menge jeder in dem Beschichtungsmedium gelösten anorganischen Vorstufe ist der relativen Menge der entsprechenden anorganischen Komponente, die für die Bildung des gewünschten Glases benötigt wird, äquivalent. Gewöhnlich beträgt die Konzentration der Vorstufen in der Lösung etwa 100 g/l bis 200 g/l. Bei niedrigeren Konzentrationen muß in der Stufe des Erhitzens eine unnötig große Menge Wasser verdampft werden. Bei höheren Konzentrationen besteht eine erhöhte Neigung zur Niederschlagsbildung. Die mit den genannten Vorstufen in Berührung gebrachten Träger-Teilchen variieren in Größe und Konzentration je nach der Gewichts- und/oder Volumen-Relation, die in dem mit Glas beschichteten Träger-Produkt gewünscht wird. Mehrfache Schritte des Beschichtens/Trocknens/Sintems können auch durchgefüht werden. Die biologisch aktiven Gläser, die mit Hilfe des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung unter Einsatz der Vorstufen-Lösung hergestellt werden, sind gut eingeführt und wohl akzeptiert als Komponenten in biomedizinischen Erzeugnissen, darunter Vorrichtungen, Prothesen, Ersatzteile und Implantate für den Körper. Die Brauchbarkeit des trägerunterstützten biologisch aktiven Glases der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ebensoweitreichend wie diejenige von nicht trägerunterstütztem biologisch aktivem Glas. Darüber hinaus hat das trägerunterstützte Glas Vortejle in bezug auf Festigkeit/The relative amount of each inorganic precursor dissolved in the coating medium is equivalent to the relative amount of the corresponding inorganic component needed to form the desired glass. Usually, the concentration of the precursors in the solution is about 100 g / l to 200 g / l. At lower concentrations, an unnecessarily large amount of water must be evaporated in the heating step. At higher concentrations, precipitation tends to increase. The carrier particles contacted with said precursors vary in size and concentration depending on the weight and / or volume ratio desired in the glass-coated carrier product. Multiple steps of coating / drying / sintering may also be performed. The biologically active glasses made using the process of the present invention using the precursor solution are well established and well accepted as components in biomedical products, including devices, prostheses, replacement parts and implants for the body. The usefulness of the supported biologically active glass of the present invention is at least as good as that of unsupported biologically active glass. In addition, the carrier-assisted glass has Vortejle in terms of strength /
Glattheit/Steifigkeit und Dichte — ergänzt durch das Kennzeichen einer homogenen Zusammensetzung — die zu erreichen bisher unmöglich war. Smoothness / stiffness and density - complemented by the hallmark of a homogeneous composition - which was previously impossible to achieve.
Beschichtete Träger können auf nahezu jedes verträgliche Substrat aufgesintert und/oder aufgeschmolzen werden, wodurch kleine oder große Vorrichtungen mit fast jeder beliebigen geometrischen Gestalt gebildet werden. Die beschichteten Träger können auch formgepreßt oder gegossen werden, wodurch biomedizinische Vorrichtungen gebildet werden, die allein aus dem hierin beschriebenen Träger und Glas in einer gleichmäßigen, homogenen und körperverträglichen Matrix bestehen. Die Bedingungen, die aus dem trägerunterstützten Glas gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte biomedizinische Materialien erfüllen, sind folgende:Coated carriers can be sintered and / or fused onto virtually any compatible substrate, thereby forming small or large devices of almost any geometric shape. The coated supports can also be molded or cast, thereby forming biomedical devices consisting solely of the support and glass described herein in a uniform, homogeneous and biocompatible matrix. The conditions which fulfill biomedical materials prepared from the carrier assisted glass according to the present invention are as follows:
(1) Ihre Eigenschaften nähern sich denen des Körperteils, den sie ersetzen oder in den sie.einbezogen werden;(1) Their characteristics approach those of the body part they replace or are involved in;
(2) sie werden von dem lebenden Wirt ohne Gegenreaktionen wie Entzündung oder Toxizität angenommen;(2) they are accepted by the living host without adverse reactions such as inflammation or toxicity;
(3) sie bilden in vivo-Bindungen mit den Wirtsgeweben und(3) they form in vivo bonds with the host tissues and
(4) ihre Implantation verursacht nicht die Bildung von mehr als einer relativ dünnen „Kapsel" an ihrer Grenzfläche mit dem Körperteil des Wirts.(4) their implantation does not cause the formation of more than a relatively thin "capsule" at its interface with the body part of the host.
Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to some examples.
Zwei Lösungen wurden bereitet wie folgt: Lösung I enthielt 56,9g Calciumformiat, 6,1 g Natriumformiat und genügend Wasser für500ml Lösung; ihrpH betrug 6,6. Die Lösung Il enthielt32,0g Na3PO4 · 12 HJO, 158,5g Na2O · (SiO2)3,38in Form einerwäßrigen 37,1prozentigen Lösung und genügend Wasser für 500 ml Lösung; ihr pH betrug 10,9.Two solutions were prepared as follows: Solution I contained 56.9 g of calcium formate, 6.1 g of sodium formate and enough water for 500 ml of solution; herpH was 6.6. Solution II contained 32.0 g of Na 3 PO 4 .12H 2 O, 158.5 g of Na 2 O. (SiO 2 ) 3 , 38 in the form of an aqueous 37.1 percent solution and sufficient water for 500 mL of solution; her pH was 10.9.
Zu 37,5 ml der Lösung I wurden 5,3 ml Ameisensäure hinzugefügt, und die erhaltene Lösung wurde rasch unter gutem Rühren zu 37,5ml der Lösung Il gegeben. Die vereinigte Lösung wurde langsam zu 155g Aluminiumoxid in einem Mörser gegeben, während die Mischung mit einem Pistill gerührt wurde. Das Aluminiumoxid wurde durch Calcinieren von AI2O3 · 3 H2O (Alcoa C30BF) erhalten. Das Rühren wurde fortgesetzt, bis die Mischung einheitlich war. Das Produkt wurde über Nacht in einem Muffelofen bei 1 2000C gebrannt. Der Feststoff wurde nochmals einer Oberflächenbehandlung mittels des in diesem Abschnitt beschriebenen Verfahrens unterzogen, wonach ein biologisch aktives, mit Glas beschichtetes Aluminiumoxid erhalten wurde, das eine spezifische Oberfläche von 35,6m2/g besaß. Das Produkt enthielt 48,1 % Al, entsprechend einer Gesamt-Zusammensetzung Glas/Aluminiumoxid von etwa 9/91.To 37.5 ml of solution I was added 5.3 ml of formic acid, and the resulting solution was added rapidly to 37.5 ml of solution II with good stirring. The combined solution was added slowly to 155g of alumina in a mortar while the mixture was stirred with a pestle. The alumina was obtained by calcining Al 2 O 3 .3H 2 O (Alcoa C30BF). Stirring was continued until the mixture was uniform. The product was burned overnight in a muffle furnace at 1200 0 C. The solid was again subjected to a surface treatment by the method described in this section, whereby a biologically active glass-coated alumina having a specific surface area of 35.6 m 2 / g was obtained. The product contained 48.1% Al, corresponding to a total glassy alumina composition of about 9/91.
Aluminiumoxid wurde im wesentlichen nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 mit biologisch aktivem Glas beschichtet, jedoch mit den folgenden Abänderungen: Das Aluminiumoxid war calciniertes „Alcoa" C 333 BAI2O3 · 3H2O; die Mengen waren 600g Aluminiumoxid, 180ml Lösung 1,180ml Lösung Il und 25,2ml Ameisensäure; nach dem Vermischen mit der Flüssigkeit wurde das behandelte Aluminiumoxid über Nacht an der Luft getrocknet und dann 1 h bei 1 200°C gebrannt.Alumina was coated with biologically active glass essentially according to the procedure of Example 1, but with the following modifications: The alumina was calcined "Alcoa" C 333 BAl 2 O 3 .3H 2 O, the amounts were 600g alumina, 180ml solution 1.180ml Solution II and 25.2 ml of formic acid, after mixing with the liquid, the treated alumina was air dried overnight and then fired at 1200 ° C for 1 hour.
Lose Aggregate wurden in einem Mixbecher zerkleinert, wodurch ein teilchenförmiges mit Glas beschichtetes Aluminiumoxid erhalten wurde, das eine spezifische Oberfläche von 7,4m2/g besaß. Eine repräsentative Probe wurde über Siebe zunehmender Feinheit fraktioniert und ergab die nachstehende Verteilung der Teilchengröße:Loose aggregates were crushed in a blender jar to yield a particulate glass-coated alumina having a specific surface area of 7.4 m 2 / g. A representative sample was fractionated through sieves of increasing fineness and gave the following distribution of particle size:
auf Sieb0,177mm(80mesh) 2%,on screen 0,177mm (80mesh) 2%,
durch Sieb 0,177 mm (80 mesh),through sieve 0,177 mm (80 mesh),
auf Sieb0,074 mm (200 mesh) 13%on screen 0.074 mm (200 mesh) 13%
durch Sieb0,074mm (200mesh),through sieve 0,074mm (200mesh),
auf Sieb0,044 mm (325 mesh) 45%, undon screen 0.044 mm (325 mesh) 45%, and
durch Sieb 0,044 mm (325 mesh) 35%.through mesh 0.044 mm (325 mesh) 35%.
Eine wäßrige Lösung eines biologisch aktiven Glases mit der folgenden Zusammensetzung wurde ohne Bildung eines Niederschlags hergestellt: 40% SiO2,5% B2O3,6% P2O6,24,5% CaO und 24,5% Na2O. Die beiden Vorstufen-Lösungen enthielten die folgenden Reagenzien:An aqueous solution of a biologically active glass having the following composition was prepared without formation of a precipitate: 40% SiO 2 , 5% B 2 O 3 , 6% P 2 O 6 , 24.5% CaO, and 24.5% Na 2 O The two precursor solutions contained the following reagents:
Lösung):Solution):
2,4g NaO2CH 56,9g Ca(O2CH)2 Endvolumen: 600ml (Wasser).2.4 g NaO 2 CH 56.9 g Ca (O 2 CH) 2 final volume: 600 ml (water).
Lösung II:Solution II:
140,7g 37,1%ige Lösung von Na2O 3,38SiO2 140.7 g of 37.1% solution of Na 2 O 3.38SiO 2
13,6g Na2B4O7-10H2O13.6 g Na 2 B 4 O 7 -10H 2 O
32,IgNa3PO4- 12H2O Endvolumen: 600ml (Wasser).32, IgNa 3 PO 4 - 12H 2 O Final volume: 600 ml (water).
Das Vermischen der Lösungen I und Il wurde wie folgt durchgeführt. Ameisensäure (0,5 ml) wurde mit 5 ml Wasser der Lösung Il zugesetzt. Dann wurden 5ml schnell unter Rühren hinzugefügt. Dies ergab eine klare Lösung, die innerhalb von drei Tagen bei Raumtemperatur nicht gelierte.The mixing of solutions I and II was carried out as follows. Formic acid (0.5 ml) was added to the solution II with 5 ml of water. Then 5ml were added quickly with stirring. This gave a clear solution that did not gel within three days at room temperature.
Das gepulverte Aluminiumoxid wurde wie folgt beschichtet: Zunächst wurde AI2O3 · 3H2O (Gibbsit), Alcoa C-331 mit der nachstehenden Größen-Klassierung bei 4000C calciniert:The powdered alumina was coated as follows: First, Al 2 O 3 · 3H 2 O (gibbsite), Alcoa C-331 was calcined with the following size grading at 400 0 C:
94 bis 99% kleiner als 30μιη, 85 bis 93% kleiner als 20fim, 56 bis 67% kleiner als 10μηη und 20 bis 40% kleiner als 5μιη.94 to 99% less than 30μιη, 85 to 93% less than 20fim, 56 to 67% less than 10μηη and 20 to 40% less than 5μιη.
Das Aluminiumoxid (100g) wurde dann mit einer Lösung des biologisch aktiven Glases vermählen, die aus 25 ml der Lösung I, 3 ml Ameisensäure und 25 ml der Lösung Il hergestellt worden war. Der feuchte Feststoff wurde an der Luft getrocknet und dann 30min in einer Platinschale bei 12000C gebrannt, wonach 102g eines rieselfähigen Feststoffs erhalten wurden. Dieses Pulver (75g) wurde unter Verwendung von 15ml der Lösung 1,1,8ml Ameisensäure und 15ml der Lösung Il erneut behandelt. Das Endprodukt war ein weißes Pulver (80g). Dieses Pulver erhöht in Wasser den pH auf etwa 10.The alumina (100 g) was then ground with a solution of biologically active glass prepared from 25 ml of solution I, 3 ml of formic acid and 25 ml of solution II. The damp solid was dried in air and then baked 30 minutes in a platinum dish at 1200 0 C, after which 102g of a free-flowing solid was obtained. This powder (75 g) was re-treated using 15 ml of the solution of 1.1.8 ml of formic acid and 15 ml of solution II. The final product was a white powder (80g). This powder raises the pH to about 10 in water.
Zwei Lösungen wurden bereitet wie folgt:Two solutions were prepared as follows:
(I) 237,6g Calciumformiat, 114,4g Natriumformiat und(I) 237.6g calcium formate, 114.4g sodium formate and
genügend destilliertes Wasserfür4l Lösung;enough distilled water for 4 liters of solution;
(II) 158,4g Na4P2O7-10H2O,(II) 158.4 g of Na 4 P 2 O 7 -10H 2 O,
1 448,8 g37,1%ige Na2O -3,38 SiO2 und _1 448.8 g of 37.1% Na 2 O -3.38 SiO 2 and _
genügend Wasserfür4l Lösung.enough water for 4L solution.
Zu 720 ml der Lösung I, die 160 ml Ameisensäure enthielten, wurden in einem Mixbecher 720ml der Lösung Il hinzugefügt. Diese fertige Lösung wurde zu einem feinen weißen Pulver sprühgetrocknet. -To 720 ml of solution I containing 160 ml of formic acid was added 720 ml of solution II in a blender jar. This final solution was spray dried to a fine white powder. -
Das Pulver enthielt Wasser und Formiate, die wie folgt entfernt wurden: Ein mit Paddelrührer, Thermoelement und langsamer Stickstoff-Bespülung ausgerüsteter 1-l-Dreihalskolben wurde mit 25g des Pulvers unter Rühren und Heizen beschickt. Die Teilchen entwickelten bei 350°C bis 4000C kräftig Gas. Weiteres Pulver wurde zugegeben, wobei das heiße Pulver als Verdünnungsmittel diente. Mit fortschreitender Trocknung erfolgte die Pulver-Zugabe schneller. Das Endprodukt (214g aus 409,6g sprühgetrocknetem Pulver) wurde in einem Muffelofen auf 8000C erhitzt und dann zu einem Pulver vermählen. Nach weiterem Erhitzen auf 92O0C war das dunkelgraue Produkt ein poröser, leicht zerstoßbarer Glasschaum einer Zusammensetzung, die den 53,0Gew.-% SiO2,12,8Gew.-% CaO, 23,0Gew.-% Na2O und 6,3Gew.-% P2O5 der US-PS 4171 544 entsprach.The powder contained water and formates, which were removed as follows: A 1-liter, three-necked flask equipped with a paddle stirrer, thermocouple and slow nitrogen purge was charged with 25 g of the powder with stirring and heating. The particles developed at 350 ° C to 400 0 C vigorous gas. Additional powder was added, with the hot powder serving as a diluent. As the drying progressed, the powder addition was faster. The final product (214g 409,6g of spray-dried powder) was heated in a muffle furnace at 800 0 C, and then ground to a powder. After further heating at 92o 0 C the dark gray product was a porous, easily zerstoßbarer glass foam of a composition comprising the 53,0Gew .-% SiO 2, 12,8Gew .-% CaO, 23,0Gew .-% Na 2 O and 6 , 3Gew .-% P 2 O 5 of the US-PS 4171 544 corresponded.
Dieses Beispiel wurde in ähnlicher Weise wie Beispiel 4 durchgeführt.This example was performed in a similar manner to Example 4.
Lösung I:Solution I:
2,4g Natriumformiat, 56,9g Calciumformiat, genügend Wasser für 600 ml.2.4 g sodium formate, 56.9 g calcium formate, enough water for 600 ml.
Lösung II:Solution II:
140,7 g 37,1 %ige Na2O 3,38SiO2 in Wasser, 13,6g Na2B4O7 10H2O,140.7 g of 37.1% Na 2 O 3.38SiO 2 in water, 13.6 g of Na 2 B 4 O 7 10H 2 O,
.32,IgNa3PO4- 12H2O, ".32, IgNa 3 PO 4 - 12H 2 O, "
genügend Wasser für 600 ml. 'enough water for 600 ml. '
Zur Herstellung der Lösung für die Sprühtrocknung wurden 720 ml der Lösung I und 100,8 ml Ameisensäure in einem Mixbecher gefüllt und kräftig gerührt, während 720 ml der Lösung Il zugesetzt wurden. Die Lösung wurde dann wie in Beispiel 4 beschrieben sprühgetrocknet und erhitzt und gerührt. Nachdem die Temperatur auf 10500C gesteigert worden war, war das erhaltene Produkt ein krümeligerweißer Feststoff, der sich im Mörsermitdem Pistill leicht zu einem weißen Pulver zerstoßen ließ. Bezogen auf die Mengen der eingesetzten Stoffe hatte dieses Produkt die folgende, auf das Gewicht bezogene Zusammensetzung: 23,7% Na2O, 24,8% CaO, 6,0% P2O5, 40,5% SiO2 und 5,0% B2O3.To prepare the solution for spray drying, 720 ml of solution I and 100.8 ml of formic acid were filled in a blender jar and vigorously stirred while 720 ml of solution II were added. The solution was then spray-dried as described in Example 4 and heated and stirred. After the temperature was increased to 1050 0 C, the resulting product was a krümeligerweißer solid which was easily crushed to a white powder in Mörsermitdem pestle. Based on the amounts of the materials used, this product had the following composition by weight: 23.7% Na 2 O, 24.8% CaO, 6.0% P 2 O 5 , 40.5% SiO 2 and 5 , 0% B 2 O 3 .
Calciniertes AI2O3 · 3H2O (Alcoa C 30 BF) wurde mit Glas beschichtet. Die Verteilung der Teilchengrößen war folgende:Calcined Al 2 O 3 .3H 2 O (Alcoa C 30 BF) was coated with glass. The distribution of particle sizes was as follows:
80 bis 84% Durchgang durch Sieb #325, d.h. kleiner als 45^m;80 to 84% pass through sieve # 325, i. less than 45 ^ m;
97 bis 99% Durchgang durch Sieb #200, d. h. kleiner als 75μηι.97 to 99% pass through sieve # 200, d. H. less than 75μηι.
Zwei Lösungen wurden bereitet wie folgt: Lösung I enthielt 56,9g Calciumformiat, 6,1 g Natriumformiat und genügend Wasser für500ml Lösung; ihrpH betrug 6,6. Die Lösung Il enthielt32,0g Na3PO4 12H20,158,5g Na2O · (SiO2I3138In Form einerwäßrigen 37,1%igen Lösung und genügend Wasser für 500 ml Lösung; ihr pH betrug 10,9.Two solutions were prepared as follows: Solution I contained 56.9 g of calcium formate, 6.1 g of sodium formate and enough water for 500 ml of solution; herpH was 6.6. Solution II contained 32.0 g Na 3 PO 4 12H 2 0.158.5 g Na 2 O. (SiO 2 I 3138 In the form of an aqueous 37.1% solution and enough water for 500 ml solution, its pH was 10.9.
Zu 50ml der Lösung I wurden 7 ml Ameisensäure hinzugefügt, und die erhaltene Lösung wurde rasch unter gutem Rühren zu 50 ml der Lösung Il gegeben. Die vereinigte Lösung wurde langsam zu 200g Aluminiumoxid in einem Mörser gegeben, während die Mischung mit einem Pistill gerührt wurde. Das Rühren wurde fortgesetzt, bis die Mischung einheitlich war. Das Produkt wurde über Nacht in einem Muffelofen bei 12000C gebrannt. Der Feststoff wurde nochmals einer Oberflächenbehandlung mittels des in diesem Abschnitt beschriebenen Verfahrens unterzogen, wonach ein mit Glas beschichtetes Aluminiumoxid erhalten wurde.To 50 ml of solution I was added 7 ml of formic acid and the resulting solution was added rapidly to 50 ml of solution II with good stirring. The combined solution was added slowly to 200 g of alumina in a mortar while the mixture was stirred with a pestle. Stirring was continued until the mixture was uniform. The product was fired overnight in a muffle furnace at 1200 ° C. The solid was again subjected to surface treatment by the method described in this section, after which a glass-coated alumina was obtained.
Ein sprühgetrocknetes, biologisch aktives Glas-Pulver wurde hergestellt ausA spray-dried biologically active glass powder was prepared
Lösung I:Solution I:
68,3g Calciumformiat, 7,3g Natriumformiat, genügend Wasser für 600ml Lösung68.3g calcium formate, 7.3g sodium formate, enough water for 600ml solution
Lösung II:Solution II:
190,2g 37,1%ige Na2O · 3,38SiO2, 38,5g Na3PO4-12H2O, genügend Wasser für 600 ml Lösung.190.2 g 37.1% Na 2 O 3.38SiO 2 , 38.5 g Na 3 PO 4 -12H 2 O, enough water for 600 ml solution.
Weitere Lösungen wurden hergestellt, bis 41 von jeder Lösung bereitet worden waren.Further solutions were made until 41 of each solution had been prepared.
Zu 720ml der Lösung I und 10OmI Ameisensäure in einem Mixbecher wurden unter kräftigem Rühren 720ml der Lösung Il hinzugefügt. Diese fertige Lösung wurde danach sprühgetrocknet.720 ml of solution II were added to 720 ml of solution I and 10 ml of formic acid in a blender jar with vigorous stirring. This final solution was then spray dried.
Ein Dreihals-Rundkolben wurde mit einem Paddelrührer und einem N2-Einlaßrohr bestückt und mit einem Meeker-Brenner erhitzt. Etwa 25g des sprühgetrockneten Pulvers wurde in den mit Stickstoff bespülten Kolben gegeben, der Rührer wurde in Gang gesetzt, und der Brenner wurde angestellt. Das Pulver klebte zusammen, als Flüssigkeit aus dem Kolben zu destillieren begann. Beim fortgesetzten Erhitzen wurden die Teilchen rieselfähig und entwickelten bei 3800C kräftig ein brennbares Gas, wahrscheinlich CO und H2. Weiteres sprühgetrocknetes Material wurde mit einer solchen Rate zugegeben, daß keine Agglomeration stattfand. Im Laufe von 35 min wurden 320g sprühgetrocknetes Material zugesetzt. Der gerührte Feststoff wurde auf 5200C erhitzt und gekühlt. Der Versuch erforderte 45 min und lieferte 210 g eines braunen rieselfähigen Pulvers. Beim Erhitzen auf 9500C an der Luft wurde aus dem Produkt ein weißer krümeliger Kuchen, der sich im Mörser mit dem Pistill leicht zu einem Pulver zerstoßen ließ.A three-neck round bottom flask was equipped with a paddle stirrer and N 2 inlet tube and heated with a Meeker burner. About 25 g of the spray-dried powder was placed in the nitrogen-purged flask, the stirrer was started, and the burner was turned on. The powder stuck together as liquid began to distill from the flask. Upon continued heating, the particles became free-flowing and vigorously developed a combustible gas at 380 ° C, probably CO and H 2 . Further spray-dried material was added at such a rate that no agglomeration occurred. In the course of 35 minutes, 320 g of spray-dried material were added. The stirred solid was heated to 520 0 C and cooled. The experiment required 45 min and provided 210 g of a brown free-flowing powder. When heated to 950 ° C in the air, the product became a white crumbly cake which easily pounded into a powder in a mortar and pestle.
Dieses Beispiel repräsentiert ein Verfahren zur Herstellung von biologisch aktivem Glas und/oder mit Glas beschichtete Träger-Teilchen, bei dem nur eine einzige Lösung eingesetzt wird.This example represents a process for producing biologically active glass and / or glass-coated carrier particles using only a single solution.
In 15ml H2O wurden 1,6g Na2PO4 · 12H2O gelöst. Zu dieser Lösung wurden 7,9g einer 37,1%igen wäßrigen Lösung von Na2O 3,38SiO2 hinzugefügt. Mit Wasser wurde auf ein Volumen von 25 ml aufgefüllt, und 5 ml Ameisensäure wurden dazugegeben, worauf eine klare Lösung erhalten wurde. Danach wurden 2,8g Ca(O2CH)2 und 0,3g NaO2CH unter kräftigem Rühren hinzugefügt. Die genannte Lösung gelierte während einer Stunde nicht. Beim Trocknen und Brennen liefert diese Vorstufen- Lösung ein biologisch aktives Glas mit der ZusammensetzungIn 15 ml H 2 O 1.6 g Na 2 PO 4 · 12H 2 O were dissolved. To this solution was added 7.9 g of a 37.1% aqueous solution of Na 2 O 3.38SiO 2 . With water was made up to a volume of 25 ml, and 5 ml of formic acid were added, whereupon a clear solution was obtained. Thereafter, 2.8 g of Ca (O 2 CH) 2 and 0.3 g of NaO 2 CH were added with vigorous stirring. The solution mentioned did not gel for one hour. Upon drying and firing, this precursor solution provides a biologically active glass with the composition
Die Vorstufen-Lösung kann sprühgetrocknet und anschließend gebrannt werden, wodurch kugelförmige, biologisch aktive Glas-Teilchen gebildet werden. Alternativ können Träger-Teilchen aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Kohlenstoff, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Mineralien, Titandioxid, Ton, Calciumsilicat, Feldspat und Zinkoxid, einzeln oder in beliebiger Kombination, unter gutem Rühren zu der Lösung hinzugegeben werden. Die anschließende Trocknung liefert mit der Glas-Vorstufe beschichtete Träger-Teilchen, die im trockenen Zustand formgepreßt und calciniert werden können, wodurch geformte biomedizinische Vorrichtungen gebildet werden. In einer anderen Alternative können die mit der Glas-Vorstufe beschichteten Träger-Teilchen mit einem eine oder mehrere individuelle Komponenten von biologisch aktivem Glas enthaltenden Haftmittel behandelt werden, und die aufgebrachte haftende Masse kann geformt und gebrannt werden.The precursor solution may be spray dried and then fired to form globular, biologically active glass particles. Alternatively, carrier particles of alumina, silica, carbon, silica-alumina minerals, titania, clay, calcium silicate, feldspar, and zinc oxide, alone or in any combination, may be added to the solution with good agitation. Subsequent drying provides glass precursor coated carrier particles which can be molded and calcined in the dry state to form shaped biomedical devices. In another alternative, the glass precursor coated carrier particles can be treated with an adhesive containing one or more individual components of biologically active glass, and the applied adhesive mass can be shaped and fired.
Dieses Beispiel demonstriert allgemein, wie man gewisse Zusatzstoffe in eine Lösung von Vorstufen für biologisch aktives Glas einarbeiten kann. Beispielsweise können Sr-, Ba-, Li-, Al-, Fe- und/oder Ti-Komponenten in eine bereits hergestellte wäßrige Salpetersäure-Lösung der Vorstufen eingebracht werden. Alternativ können die Glas-Vorstufen und Zusatzstoff-Vorstufen in einem Schritt zu einer modifizierten Lösung von Vorstufen für ein biologisch aktives Glas formuliert werden. Die Zusatz-Komponenten liegen in der Salpetersäure-Lösung in Form ihrer Nitrate vor, z. B. als Sr(NO3J2, Ba(NO3I2, LiNO3, AI(NO3I3, Fe(NO3J3 bzw. alsTitanyl-lonTiO++. In jedem Falleist darauf zu achten, daß wegen Explosionsgefahr Ameisensäure/Formiate nicht mit Salpetersäure/Nitraten vermischt werden.This example generally demonstrates how to incorporate certain additives into a solution of biologically active glass precursors. For example, Sr, Ba, Li, Al, Fe and / or Ti components can be introduced into an already prepared aqueous nitric acid solution of the precursors. Alternatively, the glass precursors and additive precursors may be formulated in one step into a modified solution of biologically active glass precursors. The additional components are in the nitric acid solution in the form of their nitrates, z. B. as Sr (NO 3 J 2 , Ba (NO 3 I 2 , LiNO 3 , Al (NO 3 I 3 , Fe (NO 3 J 3 or alsTitanyl-ionTiO ++ . In each case make sure that because Explosion hazard Formic acid / Formates should not be mixed with nitric acid / nitrates.
Zylindrische a-Aluminiumoxid-Pellets mit einem Durchmesservon 1,27 cm (V2inch) und einerHöhevon 1,27cm (1/2inch) wurden gewaschen, getrocknet und mit der vereinigten wäßrigen Lösung aus Beispiel 1 behandelt, an der Luft getrocknet und bei 1 2000C gebrannt.Cylindrical a-alumina pellets with a diameter of 1.27 cm (V2inch) and einerHöhevon 1.27 (1 / 2inch) were washed, dried and treated with the combined aqueous solution of Example 1, dried in the air at 1200 0 C burned.
Die Arbeitsgänge des Beschichtens, Trocknens und Brennens wurden einmal wiederholt, und die Oberflächen wurden mittels Abtast-Elektronenmikroskopie untersucht. Die feinen Löcher und Risse auf der ursprünglichen Aluminiumoxid-Oberfläche waren ausgefüllt. Die Oberfläche war glatt und ohne Risse und Kratzer.The coating, drying and firing operations were repeated once and the surfaces were examined by scanning electron microscopy. The fine holes and cracks on the original alumina surface were filled. The surface was smooth and without cracks and scratches.
Claims (8)
Na2HPO3, H3PO4, (NH4J3PO4, (NH4I2HPO4, (NH4)H2PO4,
(NHJ2H2P2O7, (NH4)3PO3, (NH4J2HPO3 und (NH4)H2PO3;(c) Na 3 PO 4 , Na 2 HPO 4 , NaH 2 PO 4 , Na 2 H 2 P 2 O 7 , Na 3 PO 3 ,
Na 2 HPO 3 , H 3 PO 4 , (NH 4 J 3 PO 4 , (NH 4 I 2 HPO 4 , (NH 4 ) H 2 PO 4 ,
(NH 2 H 2 P 2 O 7 , (NH 4 ) 3 PO 3 , (NH 4 J 2 HPO 3 and (NH 4 ) H 2 PO 3 ;
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10122262A1 (en) * | 2001-05-08 | 2002-11-21 | Schott Glas | Polymers with bioactive glass with an antimicrobial effect |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10122262A1 (en) * | 2001-05-08 | 2002-11-21 | Schott Glas | Polymers with bioactive glass with an antimicrobial effect |
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