EP3652108A1 - Hydroxylapatit/gelatine-komposit-material und dessen verwendung, insbesondere als künstliches elfenbein, sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Hydroxylapatit/gelatine-komposit-material und dessen verwendung, insbesondere als künstliches elfenbein, sowie verfahren zu dessen herstellung

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EP3652108A1
EP3652108A1 EP18739499.4A EP18739499A EP3652108A1 EP 3652108 A1 EP3652108 A1 EP 3652108A1 EP 18739499 A EP18739499 A EP 18739499A EP 3652108 A1 EP3652108 A1 EP 3652108A1
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EP
European Patent Office
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gelatin
composite material
hydroxyapatite
product obtained
range
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18739499.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Fischer
Jochen Mannhart
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Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV filed Critical Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the main component of the ivory is dentin: a mineralized tissue consisting of an organic matrix and an inorganic mineral.
  • the dentin consists of 60-70% carbonate hydroxylapatite (mineral), 20% collagen (matrix) and 10-20% water.
  • hydroxylapatite mineral
  • collagen matrix
  • a special structure forms between the collagen fibrils and the hydroxyapatite crystals.
  • the dentin is still permeated with microchannels (tubules).
  • the structural design of dentin has been extensively studied and elucidated (V.Jantou-Morris, M.A. Horton, D.W. McComb, Biomaterials 31 (2010), 5275-5286). Further, the nucleation and growth of dentin or analogous composite materials has been studied (Y. Wang, T.
  • the main source of ivory are the tusks of elephants.
  • those of mammals such as mammoth, walrus, sperm whale, narwhal or hippo play only a minor role.
  • the ivory finds use, inter alia, as a starting material for the production of works of art and as a covering for the white keys of keyboard instruments.
  • material properties such as the color (ivory) and the slight machining of the ivory crucial. Due to species protection, the international ivory trade has been banned since 1989 (CITES agreement). Nevertheless, elephants are killed every day by poaching because of their tusks and the ivory comes so illegal in the trade. Due to this situation, a search has already been made for suitable replacement materials, in particular for the instrument keys.
  • the organic polymers do not meet the technical requirements (surface quality, moisture absorption, thermal conductivity) of the instrument keys made of ivory.
  • pore size and thermal conductivity can be adjusted to a certain extent, but they are heavier and do not show the desired moisture absorption.
  • the synthetic approach of the invention makes use of components of the natural ivory. Hydroxylapatite (Cas [P0 4 ] 30H) and gelatin are reacted directly in a solvent and concentrated with stirring. Gelatine is the product of the thermal hydrolysis of collagen and thus very similar to collagen, but chemically easier to implement. In this synthesis, a swellable gelatin matrix is formed which is stabilized by hydroxyapatite and whose properties can be adjusted.
  • the production method according to the invention according to claim 1 comprises at least the following steps:
  • step c) stirring the mixture at a predetermined temperature for a given period of time, typically in the range of 10 minutes to 24 hours (preferably 1 to 10 hours), until partial or complete evaporation of the liquid medium; d) optionally drying the product obtained in step c).
  • the (polar) liquid medium is not water, but a water-miscible dispersing agent, preferably a Ci-Cio-alcohol, especially ethanol, or a mixture of such a dispersant with water. In a particularly preferred embodiment, this is an azeotropic mixture.
  • the aqueous solution of gelatin added in step b) preferably contains a gelatin concentration of 1 to 40%, more preferably 5 to 25%, most preferably about 15%.
  • the gelatin used according to the invention is in principle not particularly limited in its selection.
  • the gelatin has a high bloom number, typically in a range of from 50 to 350, preferably from 200 to 350, and a viscosity typically in a range of from 1 to 500, preferably from 10 to 150 mps, and a pH which is typically in the range of 3 to 9, preferably 4 to 7.
  • step b a heated gelatin solution (typically in a temperature range of 40 to 70 ° C) is added to a heated hydroxyapatite suspension (typically in a temperature range of 40 to 70 ° C).
  • the reaction mixture is stirred in step c) typically for a period of 10 minutes to 24 hours, preferably 2 to 10 hours, at a temperature of 40 to 200 ° C, preferably from 50 to 60 ° C.
  • step c) is carried out at a temperature below the boiling point of the aqueous / organic liquid medium obtained after step b) (optionally also below the boiling point of an azeotropic mixture).
  • the drying in step d) is influenced not only by the amount of material but also by temperature, water vapor content and ambient pressure. It was preferably in air (1 bar), 25 ° C and about 45% rel. Humidity carried out. A vacuum drying is also possible.
  • the drying in step d) can be carried out completely (no further weight loss under standard conditions (1 bar, 25 ° C., 45% relative atmospheric humidity) or only partially.)
  • a partial drying can be advantageous, for example, if the product is treated further, eg infiltrated, shall be.
  • Calcium phosphate / gelatin composite material syntheses from solution are described in the literature (eg T. Kollmann, P. Simon, W. Carrillo-Cabrera, C. Braunbarth, T. Poth, EV Rosseeva, R. Kniep, Chem. Mater. 22 (2010 ), 5137-5153, M. Chul Chang, WH Douglas, J. Tanaka, J. Mater, Sei .: Mater, Med., 17 (2006), 387-396).
  • the known composite materials are usually intended as bone replacement materials.
  • the extracellular matrix of the bones and natural ivory-like main components namely hydroxyapatite and collagen, have their structural structure and thus also significant physical properties differ significantly from each other.
  • the spatial arrangement of the extracellular matrix is adapted to the particular functionality of the bones and it is also able to embed the functional bone cells.
  • An artificial material with this structure or these properties is usually anisotropic and hardly or not at all suitable for commercial use as an ivory replacement material.
  • the calcium phosphate component is prepared in situ.
  • a Ca solution is reacted with a phosphate solution to mineralize the gelatin.
  • directly powdered hydroxyapatite is used.
  • the use of powdered hydroxyapatite in addition to the simpler implementation has the advantages that no side reactions to other calcium occur, the components are relatively variable and interchangeable, and additional components are easily involved.
  • layered hydroxyapatite is used (explicitly prepared) to produce a laminar structure (bone substitute material).
  • the approach according to the invention aims in the opposite direction.
  • a random arrangement of the components in the product is deliberately created.
  • the aim of the synthesis is to produce a uniform composite material with suitable strength, which has isotropic properties and whose swellability is adjustable. This can generally be achieved by the method according to the invention.
  • the consideration of the following aspects is particularly important for the synthesis.
  • the properties can be influenced by the component ratio; on the other hand, the use of gelatin with a high bloom number (corresponding to high mechanical strength in the gel) and of highly concentrated gelatin solutions increases the strength of the product.
  • azeotropic mixtures for example, a mixture of water (4.4%) and ethanol (95.6%) boils azeotropically at 78.1 ° C. Therefore, if, for example, hydroxyapatite suspended in ethanol instead of water is reacted with the gelatin solution, the concentration of the suspension can be carried out at a lower temperature and faster. Furthermore, the gelatin is not further diluted (insoluble in ethanol) but the water content is successively reduced. Low water content, high Bloom number and rapid reaction at low temperature get longer gelatin molecule chains and thus lead to a more stable product. The hydroxyapatite crystals are incorporated without preferential direction in the gelatin matrix, resulting in isotropic product properties.
  • the product synthesized by the method of claim 1 shows increased water uptake compared to natural ivory. This is undesirable for some applications.
  • thermal treatment the swelling capability can be reduced, but at the same time also the decomposition of the gelatin matrix, which at a temperature> 150 ° C already leads to a browning in the product.
  • Preferred embodiments of the synthesis process according to the invention therefore comprise a further process step with which the water absorption of the product is reduced or already taken up water is removed again.
  • an aliphatic polyether preferably a polyethylene glycol (PEG).
  • PEG HO (CH 2 CH 2 O) n -H
  • PEG HO (CH 2 CH 2 O) n -H
  • the crude product according to the invention can easily be infiltrated with PEG / water mixtures or PEG.
  • the material initially stores water, which is then exchanged for PEG and thus leads to a durable durable impregnated product.
  • the water absorption can also be adjusted by means of different molecular weights of the PEG polymers used.
  • the aliphatic polyether used in particular PEG, has a molecular weight in the range from 100 to 10,000,000 g / mol, preferably from 400 to 4000 g / mol.
  • the infiltration treatment according to the invention comprises at least one of the following steps:
  • step c) or d) of claim 1 Contacting the product obtained in step c) or d) of claim 1 with a medium containing a mixture of polyether / water for a predetermined period of time, preferably in a range of 1 hour to 1 week, and optionally subsequent drying ; or Contacting the product obtained in step c) or d) of claim 1 with an anhydrous medium comprising or consisting of an aliphatic polyether for a given period of time, preferably in the range of 1 hour to several weeks.
  • a special process variant is characterized in that the contacting with the polyether is carried out at reduced pressure or under vacuum.
  • the concrete process conditions are not particularly critical and can be easily optimized by the expert in routine experiments. For example, the contacting at a pressure of 10-500 mbar or 20-200 mbar for a period of 1 to 48 h, preferably 1-24 h, take place.
  • step c) or d) of claim 1 contacting the product obtained in step c) or d) of claim 1 with a medium containing a mixture of polyether / water for a predetermined period of time, preferably in a range of 1 hour to 1 week, and
  • step elb then exchanging the medium through an anhydrous medium comprising or consisting of an aliphatic polyether, and contacting the product obtained after step ela) with the anhydrous polyether for a predetermined period, preferably in the range of 1 hour to several weeks.
  • the color of the product also changes from white to ivory, with the intensity of the color depending on the material used and the duration.
  • This treatment thus makes the artificial ivory according to the invention particularly advantageous as a piano key pad.
  • a further possibility for the aftertreatment of the crude product obtained according to the invention is the contacting with at least one means for crosslinking the gelatin chains (hardening). Also in this way the water absorption can be reduced.
  • This at least one crosslinking agent is preferably selected from the group comprising complex-forming metal salts, aldehydes, ketones, epoxides, isocyanates, carbodiimide and enzymes, and is more preferably a complex-forming metal salt.
  • the complex-forming metal salt is not particularly limited in principle. Preferably, however, it is selected from the group comprising salts of aluminum, chromium, iron, titanium, zirconium, molybdenum, and in particular alums, eg, potassium alum, chrome alum.
  • the acid groups of the amino acids in the gelatin chains can be crosslinked by metal complex formation and thus the swelling capacity and water absorption can be reduced or regulated.
  • the crosslinking can also be combined with an infiltration treatment as described above.
  • a specific embodiment of the method according to the invention is characterized in that the product obtained in a step c), d) or el) as described above is further contacted in step e2) with at least one means for crosslinking the gelatin chains.
  • the product obtained in step c), d) or el) is contacted with the crosslinking agent, preferably a solution of a complexing metal salt, for a predetermined period of time, preferably from 1 hour to 1 week, and subsequently, optionally after removal of the crosslinking agent, eg the metal salt solution, and washing, the product dried.
  • the crosslinking agent preferably a solution of a complexing metal salt
  • a further specific embodiment of the process according to the invention is characterized in that only a partial region of the product obtained in step c), d) or el) is contacted with the crosslinking agent and crosslinking of the gelatin matrix takes place only in this partial region. This can be achieved, for example, by making a surface contact by repeated application of the crosslinking agent, for example a brush or cloth, on the surface of the composite material.
  • Another specific embodiment of the method according to the invention is characterized in that the crude product according to the invention is infiltrated in one step and contacted with the crosslinking agent. Steps el) and e2) take place simultaneously in this variant.
  • the product is treated with a PEG / aqueous (preferably about 1%) potassium alum solution.
  • Another aspect of the present invention relates to the products obtainable by the process of the invention, i. isotropic hydroxyapatite / gelatin composite materials.
  • a white, solid product which is resistant to fracture, moisture-absorbing, machinable, temperature-resistant and, under certain conditions, also flexible, initially forms.
  • this product is very close to the natural product and, in addition, there is the possibility of varying the synthesis route, e.g. by incorporation or chemical reactions to optimize desired material properties.
  • an aliphatic polyether can be incorporated into the material and / or crosslinking of the gelatin chains can be carried out.
  • the incorporation of the polyether and / or the treatment with suitable crosslinking agents lead inter alia to the formation of an ivory-colored product.
  • the incorporation of the polyether and / or the treatment with suitable crosslinking agents also improves the feel of the product. As already mentioned, this is very important for certain applications, in particular for piano keys, and the products according to the invention offer in this respect a clear advantage over conventional ivory replacement products for producing synthetic key pads.
  • the isotropic hydroxylapatite / gelatin composite material according to the invention is therefore characterized in that it contains an aliphatic polyether, in particular PEG, embedded in the hydroxylapatite / gelatin matrix, and / or crosslinked gelatin chains, in particular metal complexes crosslinked via metal complexes. groups of amino acids in the gelatin chains.
  • the material according to the invention may also be present only in a partial area, e.g. surface, crosslinked or otherwise modified.
  • the optionally incorporated aliphatic polyether, especially the PEG typically has a molecular weight in the range of 100 to 10,000,000 g / mol, preferably from 400 to 4000 g / mol.
  • the composite material according to the invention may further comprise one or more additives, in particular pigments, dyes and phosphors, materials for marking materials, salts, metal particles, polymers, for example polyethylene glycol, and derivatives thereof (such as UV-curable), glasses, fibers (Cellulose, polypropylene, carbon, hollow glass fiber, ZnO nanofibers, hemp fibers) or antimicrobial components, eg Ti0 2 , Ag nanoparticles.
  • additives in particular pigments, dyes and phosphors, materials for marking materials, salts, metal particles, polymers, for example polyethylene glycol, and derivatives thereof (such as UV-curable), glasses, fibers (Cellulose, polypropylene, carbon, hollow glass fiber, ZnO nanofibers, hemp fibers) or antimicrobial components, eg Ti0 2 , Ag nanoparticles.
  • the isotropic hydroxyapatite / gelatin composite material of the present invention is characterized by randomly incorporating into the amorphous gelatin matrix hydroxylapatite particles having dimensions in the nanometer range, typically in the range of about 5 to 1000 nm, preferably 10 to 900 nm, more preferably 10 to 500 nm, for example 10 to 100 nm or 50 to 500 nm.
  • the isotropic hydroxyapatite / gelatin composite material according to the invention is characterized in that it randomly contains hydroxylapatite needles embedded in an amorphous gelatin matrix with dimensions in the nanometer range, typically about 10 ⁇ 50 nm.
  • the composite material according to the invention has the following composition: 50 to 100 wt .-% hydroxyapatite / gelatin matrix having a hydroxylapatite / gelatin ratio of 1: 1 to 10: 1, preferably 2: 1 to 4: 1, in particular about 3: 1, 0 to 30 wt .-%, preferably 1 to 10 wt .-%, of residual liquid medium, and
  • polyethers optionally from 0.5 to 50% by weight, preferably from 1 to 25% by weight, of polyethers.
  • the composite material according to the invention offers a multiplicity of possible uses, in particular as artificial ivory, but also in other fields.
  • a black pigment by incorporating a black pigment, it is also possible for the first time to produce black key linings, which likewise possess the advantageous properties of ivory.
  • buttons made from dark woods such as ebony or plastic buttons were used. Therefore, another aspect of the invention relates to preferred uses of this material, for example for the production of keyboards for keyboards in general, handles / grips, e.g.
  • the embedding of fibers offers the possibility of optimizing properties such as porosity, surface roughness, stability.
  • certain fibers can be removed from the material with a suitable solvent again.
  • FIG. Fig. 1 shows photographs of an isotropic composite material according to the invention
  • Fig. 1A shows the hydroxyapatite / gelatin composite raw material after drying in air
  • Fig. 1B shows the material after cutting, grinding and PEG infiltration.
  • FIG. Figure 2 shows an SEM image of the material surface with apatite crystals in the gelatin matrix.
  • FIG. Figure 3 shows TEM images of the composite material at various scales;
  • Figures 3A and 3B show embedded hydroxyapatite needles (typical dimension about 10 x 50 nm);
  • Figure 3C shows embedded non-acicular hydroxyapatite particles (of sizes up to 1000 nm).
  • FIG. Figure 4 shows IR spectra of the raw material (1) treated with PEG-400 / water (2) and PEG / potassium alum, respectively (3).
  • FIG. Figure 5 shows X-ray powder diffractograms of the raw material (1) treated with PEG-400 / water (2) and PEG / potassium alum, respectively (3).
  • FIG. 6 shows the Raman data of a comparison of natural ivory (1) and the composite material (2) according to the invention.
  • the following examples are intended to illustrate the invention without, however, limiting it to the particular specific parameters and conditions.
  • Fig. 1A shows the hydroxylapatite / gelatin composite raw material obtained as above after drying in air.
  • the product was further dried first in air (5 days between perforated plates) and then for 24 hours at 100 ° C in an oven.
  • the material obtained is mechanically workable.
  • the white product was first infiltrated with a mixture (1: 1) of PEG-4OO / H2O for 2 days and then with pure PEG-400 for 6 days.
  • the ivory colored material thus obtained was then appropriately cut and ground.
  • Fig. 1B shows the material after cutting, grinding and PEG infiltration.
  • a crosslinking agent eg, cut / ground hydroxyapatite / gelatin composite, a 1: 1 mixture consisting of PEG-400 and 1% aqueous potassium alum solution, was added to a 1% aqueous solution Glyoxalains, or a 1: 1 mixture consisting of PEG-400 and 1% aqueous glyoxal solution for 2 days and then dried in air.
  • a aqueous potassium alum solution eg, cut / ground
  • a 1 mixture consisting of PEG-400 and 1% aqueous potassium alum solution was added to a 1% aqueous solution Glyoxalains, or a 1: 1 mixture consisting of PEG-400 and 1% aqueous glyoxal solution for 2 days and then dried in air.
  • the process steps for crosslinking are independent of the production of raw materials or already carried out infiltration and can be freely combined.
  • the respective composite material was prepared analogously to Example 1 or 2.
  • the suspension of hydroxylapatite either 0.3 g of solid FeCl 2 , 0.1 g of dioxazine violet (Pigment violet 37, C 40 H 34 N 6 O 8), 0.4 g of phthalocyanine green (Heliogen green PG 7, CuC 3 2 Cl -6 nH n N8 ), 1 g of HAN blue (BaCuSi 4 Oi 0 ), or 0.5 g of nano-Ag (20-40 nm).
  • Hydroxylapatite / gelatin composite material obtained according to Example 1, 2 or 3 was further characterized by various microscopic and spectroscopic examination methods.
  • FIG. Figure 2 shows an SEM image of the material surface of the raw material: visible are the apatite crystals in the gelatin matrix.
  • the high-resolution transmission electron micrographs were taken on an ultrasonically thinned sample of the composite material by a JEOL device ARM200F at 200 kV (JEOL Co., Ltd.) equipped with a cold field emission gun and CETOR image correction (CEOS Co, Ltd.) under high vacuum.
  • the length scale is shown in the pictures.
  • FIG. 3 shows TEM images with parts of the raw material in different magnifications: Apatite crystals are visible isotropically embedded in amorphous gelatin matrix.
  • FIGS. 3A and 3B Figure 3B shows embedded hydroxyapatite needles (typical dimension about 10 x 50 nm) and Figure 3C shows non-acicular hydroxyapatite particles of sizes up to 1000 nm.
  • IR Infrared Spectroscopy
  • the IR spectra were performed on a flat sample of the composite material using a Perkin Elmer BX II FT-IR spectrometer from Perkin Elmer (USA) equipped with an ATR unit (Smith Detection Dura-Sample NR diamond ).
  • the transmission spectra in the range of the wave number from 400 to 4000 cm 1 have a resolution of 1 cm 1 and their intensities were scaled.
  • FIG. Figure 4 shows IR spectra of the raw material (1) treated with PEG-400 / water (2) and PEG / potassium alum, respectively (3). Visible in all cases are the bands of the raw material as well as the bands of the correspondingly infiltrated components. D. X-ray powder diffractometry
  • the X-ray powder diffractograms were recorded on a flat sample of the composite material with a Bragg-Brentano geometry diffractometer (Cu- ⁇ radiation) in reflection with a PIXcel 3D detector from PANalytical (Netherlands). The diffractograms were measured in the diffraction angle range of 10 to 90 ° in 2-theta and their intensities were scaled.
  • FIG. Figure 5 shows X-ray powder diffractograms of the raw material (1) treated with PEG-400 / water (2) and PEG / potassium alum, respectively (3). Visible in all cases are the reflexes of the hydroxyapatite and additionally for sample 3 those of potassium alum.
  • the Raman spectra were recorded using a laser microscope Raman spectrometer (IHR 550 spectrometer, BXFM microscopes) from HORIBA (Germany) with confocal geometry.
  • the laser beam (wavelength 532 nm, power: 10 mW) was focused on air using a lens (100x) on a flat sample.
  • FIG. 6 shows the corresponding Raman data: lower curve: natural ivory (1), upper curve raw material hydroxyapatite / gelatin composite (2).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines vielseitig einsetzbaren isotropen Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmaterials, welches mindestens die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen einer Suspension von pulverförmigem Hydroxylapatit in einem flüssigen Medium, das aus der Gruppe, die einen C1-C10-Alkohol, insbesondere Ethanol, ein anderes mit Wasser mischbares Dispersionsmittel, Wasser sowie Mischungen davon umfasst, ausgewählt ist; b) Zugeben einer wässrigen Lösung von Gelatine, vorzugsweise in einer Konzentration von bis 25 Gew.-% Gelatine, zur Suspension; c) Rühren der Mischung bei einer vorgegebenen Temperatur für einen vorgegebenen Zeitraum, vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis Stunden, bis zur teilweisen oder vollständigen Verdampfung des flüssigen Mediums; d) gegebenenfalls Trocknung des in Schritt c) erhaltenen Produkts. In einer spezielleren Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt c) oder d) erhaltene Produkt ferner in einem zusätzlichen Schritt e1) mit mindestens einem aliphatischen Polyether infiltriert wird. In einer anderen speziellen Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt c), d) oder e1) erhaltene Produkt ferner in einem Schritt e2) mit mindestens einem Mittel zum Vernetzen der Gelatineketten kontaktiert wird. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft das mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Kompositmaterial und dessen Verwendung, insbesondere als künstliches Elfenbein.

Description

HYDROXYLAPATIT/GELATINE-KOMPOSIT-MATERIAL UND DESSEN VERWENDUNG, INSBESONDERE ALS KÜNSTLICHES ELFENBEIN,
SOWIE VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
Hintergrund der Erfindung
Hauptbestandteil des Elfenbeins ist Dentin (Zahnbein): ein mineralisiertes Gewebe beste- hend aus einer organischen Matrix und einem anorganischen Mineral. Das Dentin besteht aus 60-70 % karbonathaltigem Hydroxylapatit (Mineral), 20 % Kollagen (Matrix) und 10-20 % Wasser. Während des Zahnwachstums bildet sich eine spezielle Struktur zwischen den Kollagenfibrillen und den Hydroxylapatitkristallen aus. Ferner ist das Dentin noch mit Mikrokanälen (Tubuli) durchzogen. Der strukturelle Aufbau von Dentin wurde inzwischen eingehend untersucht und aufgeklärt (V. Jantou-Morris, M.A. Horton, D.W. McComb, Biomaterials 31 (2010), 5275-5286). Ferner wurde die Keimbildung und das Wachstum von Dentin bzw. analoger Kompositmaterialien studiert (Y. Wang, T. Azais, M . Robin, A. Vallee, C. Catania, P. Legriel, G. Pehau-Arnaudet, F. Babonneau, M .M . Giraud-Guille, N. Nas- sif, Nature Mater. 11 (2012), 724-733; K. Bleek, A. Taubert, Acta Biomater. 9 (2013), 6283- 6321).
Die Hauptquelle von Elfenbein sind die Stoßzähne der Elefanten. Daneben spielen jene von Säugetieren wie Mammut, Walross, Pottwal, Narwal oder Flusspferd nur eine untergeordnete Rolle. Das Elfenbein findet u.a. Verwendung als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Kunstgegenständen und als Belag für die weißen Tasten von Tasteninstrumenten. Hierbei sind vor allem Materialeigenschaften wie die Farbe (elfenbeinfarbig) und die leichte spanende Bearbeitung des Elfenbeins ganz entscheidend. Aufgrund des Artenschutzes ist der internationale Elfenbeinhandel seit 1989 (CITES-Abkommen) verboten. Trotzdem werden täglich durch Wilderei Elefanten wegen ihrer Stoßzähne getötet und das Elfenbein kommt so illegal in den Handel. Aufgrund dieser Situation wurde bereits nach geeigneten Ersatzmaterialien, insbesondere für die Instrumententasten, gesucht. Als Ersatzmaterial wurden diverse organische Polymere (Kunststoffe), teilweise mit mineralischen Füllstoffen (siehe z.B. US 4346639, 1981; EP 0371939 A2, 1988; EP 457619 A, 1990), sowie Keramiken (z.B. DE 19632409 AI, 1996) und auch Materialien auf Casein-Basis (z.B. US 4447268, 1980) beschrieben.
Die organischen Polymere erreichen jedoch nicht die spieltechnischen Anforderungen (Oberflächenbeschaffenheit, Feuchtigkeitsabsorption, Wärmeleitfähigkeit) der Instrumententasten aus Elfenbein. Bei den keramischen Tastenbelägen lassen sich in gewissen Gren- zen Porengröße und Wärmeleitfähigkeit einstellen, sind jedoch schwerer und zeigen nicht die gewünschte Feuchtigkeitsabsorption.
Somit ist Elfenbein bis heute für Instrumententasten nur ungenügend ersetzbar und es besteht weiterhin der Bedarf nach einem geeigneten Ersatzmaterial.
In jüngster Zeit gab es darüber hinaus auch Interesse an antibakteriell wirkenden Tastenbelägen. Diese zusätzliche Anforderung ist ebenfalls nur durch einen künstlichen Belag erfüllbar und ein solches Material, das allerdings aus einem Acrylharz mit den oben beschriebenen Nachteilen besteht, wird z.B. in den DE19680977B4 (2004) und CN 103483754A (2012) offenbart.
Der Artenschutz gebietet darüber hinaus auch für alle anderen Elfenbeinprodukte entsprechend Ersatz zu finden. Vor diesem Hintergrund besteht somit eine Hauptaufgabe der Erfindung darin, neue künstliche Kompositmaterialien bereitzustellen, welche insbesondere als Ersatz für natürliches Elfenbein verwendet werden können, aber darüber hinaus auch neue Einsatzmöglichkeiten auf anderen Anwendungsfeldern bieten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 sowie das damit erhältliche isotrope Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmaterial nach An- spruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und werden in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Beschreibung der Erfindung
Beim erfindungsgemäßen Syntheseansatz wird auf Komponenten des natürlichen Elfenbeins zurückgegriffen. Es werden Hydroxylapatit (Cas[P04]30H) und Gelatine direkt in einem Lösungsmittel umgesetzt und unter Rühren eingeengt. Gelatine ist das Produkt der thermischen Hydrolyse von Kollagen und somit dem Kollagen sehr ähnlich, aber chemisch einfacher umsetzbar. Bei dieser Synthese wird eine quellfähige Gelatinematrix gebildet, die durch Hydroxylapatit stabilisiert ist und deren Eigenschaften sich einstellen lassen.
Konkreter umfasst das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 mindes- tens die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen einer Suspension von pulverförmigem Hydroxylapatit in einem (vorzugsweise polaren) flüssigen Medium, das aus der Gruppe, die einen Ci-Cio-Alkohol, insbesondere Ethanol, ein anderes mit Wasser mischbares Dispersionsmittel, Wasser sowie Mischungen davon umfasst, ausgewählt ist;
b) Zugeben einer wässrigen Lösung von Gelatine, vorzugsweise in einer Konzentration von 1 bis 40, bevorzugter 5 bis 25, Gew.-% Gelatine, zur Suspension;
c) Rühren der Mischung bei einer vorgegebenen Temperatur für einen vorgegebenen Zeitraum, typischerweise in einem Bereich von 10 Minuten bis zu 24 Stunden (vorzugsweise 1 bis 10 Stunden), bis zur teilweisen oder vollständigen Verdampfung des flüssigen Mediums; d) gegebenenfalls Trocknung des in Schritt c) erhaltenen Produkts.
Vorzugsweise ist das (polare) flüssige Medium nicht Wasser, sondern ein mit Wasser mischbares Dispersionsmittel, vorzugsweise ein Ci-Cio-Alkohol, insbesondere Ethanol, oder eine Mischung eines solchen Dispersionsmittels mit Wasser. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich dabei um ein azeotropes Gemisch. Die in Schritt b) zugegebene wässrige Lösung der Gelatine enthält vorzugsweise eine Gelatinekonzentration von 1 bis 40 %, bevorzugter 5 bis 25 %, besonders bevorzugt ca. 15 %.
Die erfindungsgemäß verwendete Gelatine ist in ihrer Auswahl prinzipiell nicht besonders beschränkt. Vorzugsweise weist die Gelatine jedoch eine hohe Bloomzahl auf, typischerweise in einem Bereich von 50 bis 350, vorzugsweise von 200 bis auf 350, sowie eine Viskosität, die typischerweise in einem Bereich von 1 bis 500, vorzugsweise von 10 bis 150 mps, liegt, und einen pH-Wert, der typischerweise in einem Bereich von 3 bis 9, vorzugsweise von 4 bis 7, liegt.
Vorzugsweise wird in Schritt b) eine erwärmte Gelatinelösung (typischerweise in einem Temperaturbereich von 40 bis 70 °C) zu einer erwärmten Hydroxylapatitsuspension (typischerweise in einem Temperaturbereich von 40 bis 70 °C) gegeben. Die Reaktionsmischung wird in Schritt c) typischerweise für einen Zeitraum von 10 Minuten bis zu 24 Stunden, vorzugsweise 2 bis 10 Stunden, bei einer Temperatur von 40 bis 200 °C, vorzugsweise von 50 bis 60 °C gerührt.
In einer speziellen Ausführungsform dieses Verfahrens wird Schritt c) bei einer Temperatur unterhalb der Siedetemperatur des nach Schritt b) erhaltenen wässrig/organischen flüssigen Mediums (gegebenenfalls auch unterhalb der Siedetemperatur eines azeotropen Gemisches) durchgeführt.
Die Trocknung in Schritt d) wird neben der Materialmenge durch Temperatur, Wasser- dampfgehalt und Umgebungsdruck beeinflusst. Bevorzugt wurde sie an Luft (1 Bar), 25 °C und ca. 45% rel. Luftfeuchte ausgeführt. Eine Vakuumtrocknung ist ebenfalls möglich.
Die Trocknung in Schritt d) kann vollständig (kein weiterer Gewichtsverlust unter Standardbedingungen (1 Bar, 25 °C, 45% rel. Luftfeuchte) oder nur partiell erfolgen. Eine partielle Trocknung kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn das Produkt gleich weiterbehandelt, z.B. infiltriert, werden soll. In der Literatur sind Calciumphosphat/Gelatine-Kompositmaterialsynthesen aus Lösung beschrieben (e.g. T. Kollmann, P. Simon, W. Carrillo-Cabrera, C. Braunbarth, T. Poth, E.V. Rosseeva, R. Kniep, Chem. Mater. 22 (2010), 5137-5153; M. Chul Chang, W.H. Douglas, J. Tanaka, J. Mater. Sei.: Mater. Med. 17 (2006), 387-396).
Jedoch ist in allen den Erfindern bekannten Veröffentlichungen keine Anwendung eines Calciumphosphat/Gelatine-Komposits als Elfenbeinersatz bekannt.
Dies liegt wahrscheinlich daran, dass die bekannten Kompositmaterialien in der Regel als Knochenersatzmaterialien vorgesehen sind. Obwohl die extrazelluläre Matrix der Knochen und natürliches Elfenbein ähnliche Hauptkomponenten, nämlich Hydroxylapatit und Kollagen, aufweisen, unterscheiden sich deren struktureller Aufbau und damit auch wesentliche physikalische Eigenschaften deutlich voneinander. Beispielsweise ist die räumliche Anordnung der extrazellulären Matrix an die jeweilige Funktionalität der Knochen angepasst und sie ist auch in der Lage, die funktionellen Knochenzellen einzubetten. Ein künstliches Material mit diesem Aufbau bzw. diesen Eigenschaften ist in der Regel anisotrop und für die kommerzielle Nutzung als Elfenbeinersatzmaterial kaum oder gar nicht geeignet.
Darüber hinaus wird in allen den Erfindern bekannten Veröffentlichungen die Calcium- phosphatkomponente in-situ hergestellt. Dabei wird eine Ca-Lösung mit einer Phosphat- Lösung umgesetzt und so die Gelatine mineralisiert. Erfindungsgemäß wird dagegen direkt pulverförmiges Hydroxylapatit eingesetzt. Die Verwendung von pulverförmigem Hydroxylapatit bietet neben der einfacheren Durchführung die Vorteile, dass keine Nebenreaktionen zu anderen Calciumphasen eintreten, die Komponenten im Verhältnis sehr variabel und austauschbar sind, sowie zusätzliche Komponenten leicht eingebunden werden. In dem chinesischen Patent CN 101239202 B wird eine ähnliche Reaktionsführung wie hier aufgezeigt, jedoch wird schichtförmiger Hydroxylapatit eingesetzt (explizit hergestellt), um eine laminare Struktur zu erzeugen (Knochenersatzmaterial). Der erfindungsgemäße Ansatz zielt dagegen in die entgegengesetzte Richtung. Es wird bewusst eine regellose Anord- nung der Komponenten im Produkt erzeugt. Ziel der Synthese ist es ein uniformes Kompositmaterial mit geeigneter Festigkeit herzustellen, das über isotrope Eigenschaften verfügt und dessen Quellfähigkeit u.a. einstellbar ist. Dies lässt sich generell durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichen. Die Berücksichtigung folgender Aspekte ist dabei für die Synthese besonders wichtig.
Zum einen lassen sich die Eigenschaften durch das Komponentenverhältnis beeinflussen, zum anderen erhöht die Verwendung von Gelatine mit einer hohen Bloomzahl (entspricht hoher mechanischer Festigkeit im Gel) sowie von hochkonzentrierten Gelatinelösungen die Festigkeit des Produkts. Darüber hinaus ist es günstig, die Dauer bzw. die Temperatur der chemischen Umsetzung kurz bzw. niedrig zu halten, da die Kettenlänge der Gelatinemole- küle durch Hydrolyse mit steigenden Dauer/Temperatur zunehmend abgebaut wird. Ferner sollte der pH-Wert vorzugsweise um den Neutralpunkt liegen (pH = 6-7).
Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass man sich azeotrope Gemische zur Hilfe nimmt. Eine Mischung aus Wasser (4,4%) und Ethanol (95,6%) siedet beispielsweise azeotrop bei 78,1 °C. Setzt man daher z.B. anstatt in Wasser in Ethanol suspendiertes Hydroxylapatit mit der Gelatinelösung um, so kann das Einengen der Suspension bei niedrigerer Temperatur und schneller durchgeführt werden. Ferner wird die Gelatine auch nicht weiter verdünnt (unlöslich in Ethanol) sondern der Wassergehalt dabei sukzessive reduziert. Geringer Wasser- gehalt, hohe Bloomzahl und eine schnelle Umsetzung bei niedriger Temperatur erhalten längere Gelatinemolekülketten und führen somit zu einem stabileren Produkt. Dabei sind die Hydroxylapatitkristalle ohne Vorzugsrichtung in der Gelatinematrix eingelagert, was zu isotropen Produkteigenschaften führt. Das mit dem Verfahren nach Anspruch 1 synthetisierte Produkt zeigt eine im Vergleich zu natürlichem Elfenbein erhöhte Wasseraufnahme. Dies ist für einige Anwendungen unerwünscht. Durch thermische Behandlung kann die Quellfähigkeit reduziert werden, jedoch erfolgt gleichzeitig auch die Zersetzung der Gelatinematrix, was bei einer Temperatur >150 °C bereits zu einer Braunfärbung im Produkt führt. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Syntheseverfahrens beinhalten daher einen weiteren Verfahrensschritt mit dem die Wasseraufnahme des Produkts reduziert bzw. bereits aufgenommenes Wasser wieder entfernt wird. Eine Möglichkeit dazu ist die Infiltration mit einem aliphatischen Polyether, vorzugsweise einem Polyethylenglykol (PEG). PEG (HO(CH2CH20)n-H) ist in einer großen Variation von Molekulargewichten verfügbar, wasserlöslich, nicht toxisch, und hat eine antibakterielle Wirkung. Das erfindungsgemäße Rohprodukt lässt sich mit PEG/Wasser-Mischungen bzw. PEG leicht infiltrieren. Das Material lagert zunächst Wasser ein, welches danach gegen PEG ausgetauscht wird und somit zu einem dauerhaft haltbaren imprägnierten Produkt führt. Durch diese Infiltration kann man die Wasseraufnahme auch mittels verschiedener Molekulargewichte der verwendeten PEG-Polymere einstellen.
Hierzu kann vollständig (kein weiterer Gewichtsverlust unter Standardbedingungen) aber auch nur unvollständig getrocknetes Material verwendet werden, wobei durch die Infiltration gleichzeitig auch eine Verfestigung des Materials erfolgt. Bei der Infiltration mit einem PEG/Wasser-Mischung bleibt das Material außerdem formstabil, da gleichzeitig die Wasseraufnahme deutlich reduziert ist. Die Infiltration mit reinem Wasser führt dagegen zu einem weichen, plastischen (weichgummi-artigen) Produkt.
In der Regel hat der verwendete aliphatische Polyether, insbesondere PEG, eine Molmasse im Bereich von 100 bis 10.000.000 g/mol, vorzugsweise von 400 bis 4000 g/mol.
Typischerweise umfasst die erfindungsgemäße Infiltrationsbehandlung mindestens einen der folgenden Schritte:
Kontaktieren des in Schritt c) oder d) von Anspruch 1 erhaltenen Produkts mit einem Me- dium, das eine Mischung von Polyether/Wasser enthält, für einen vorgegebenen Zeitraum, vorzugsweise in einem Bereich von 1 Stunde bis zu 1 Woche, und eventuell anschließendes Trocknen; oder Kontaktieren des in Schritt c) oder d) von Anspruch 1 erhaltenen Produkts mit einem wasserfreien Medium, das einen aliphatischen Polyether umfasst oder daraus besteht, für einen vorgegebenen Zeitraum, vorzugsweise in einem Bereich von 1 Stunde bis mehreren Wochen.
Eine spezielle Verfahrensvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktieren mit dem Polyether bei vermindertem Druck oder unter Vakuum erfolgt. Die konkreten Verfahrensbedingungen sind nicht besonders kritisch und können vom Fachmann unschwer in Routineversuchen optimiert werden. Beispielsweise kann die Kontaktierung bei einem Druck von 10-500 mbar oder 20-200 mbar für einen Zeitraum von 1 bis 48 h, vorzugsweise 1-24 h, erfolgen.
Eine bevorzugte Ausführungsform dieses Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte:
ela) Kontaktieren des in Schritt c) oder d) von Anspruch 1 erhaltenen Produkts mit einem Medium, das eine Mischung von Polyether/Wasser enthält, für einen vorgegebenen Zeitraum, vorzugsweise in einem Bereich von 1 Stunde bis zu 1 Woche, und
elb) anschließendes Austauschen des Mediums durch ein wasserfreies Medium, das einen aliphatischen Polyether umfasst oder daraus besteht, und Kontaktieren des nach Schritt ela) erhaltenen Produkts mit dem wasserfreien Polyether für einen vorgegebenen Zeitraum, vorzugsweise in einem Bereich von 1 Stunde bis mehreren Wochen.
Im Verlauf der Infiltrationsbehandlung verändert sich die Farbe des Produktes außerdem von weiß nach elfenbeinfarbig, wobei die jeweilige Farbintensität von dem verwendeten Material und die Dauer abhängt. Diese Behandlung macht somit das erfindungsgemäße künstliche Elfenbein als Klaviertastenbelag besonders vorteilhaft.
Eine weitere Möglichkeit zur Nachbehandlung des erfindungsgemäß erhaltenen Rohprodukts ist die Kontaktierung mit mindestens einem Mittel zur Vernetzung der Gelatineketten (Härtung). Auch auf diese Weise kann die Wasseraufnahme verringert werden. Dieses mindestens eine Vernetzungsmittel ist vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, welche komplexbildende Metallsalze, Aldehyde, Ketone, Epoxide, Isocyanate, Carbodiimid sowie Enzyme umfasst, und ist besonders bevorzugt ein komplexbildendes Metallsalz. Das komplexbildende Metallsalz ist grundsätzlich nicht besonders beschränkt. Vorzugsweise ist es jedoch aus der Gruppe ausgewählt, die Salze von Aluminium, Chrom, Eisen, Titan, Zirkon, Molybdän, und insbesondere Alaune, z.B. Kalialaun, Chromalaun, umfasst.
Durch Behandlung mit einem komplexbildenden Metallsalz lassen sich die Säuregruppen der Aminosäuren in den Gelatineketten durch Metallkomplexbildung vernetzen und somit kann auch die Quellfähigkeit und Wasseraufnahme verringert bzw. geregelt werden.
Die Vernetzung kann auch mit einer Infiltrationsbehandlung wie oben beschrieben kombiniert werden.
Demgemäß ist eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass das in einem Schritt c), d) oder el) wie oben beschrieben erhaltene Produkt ferner in einem Schritt e2) mit mindestens einem Mittel zum Vernetzen der Gelatineketten kontaktiert wird.
In einer typischen Ausführungsform wird das in Schritt c), d) oder el) erhaltene Produkt für einen vorgegebenen Zeitraum, vorzugsweise von 1 Stunde bis zu 1 Woche, mit dem Vernetzungsmittel, vorzugsweise einer Lösung eines komplexbildenden Metallsalzes, kontaktiert und anschließend, gegebenenfalls nach Entfernen des Vernetzungsmittels, z.B. der Metallsalzlösung, und Waschen, das Produkt getrocknet.
Eine weitere spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäße Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teilbereich des in Schritt c), d) oder el) erhaltenen Produkts mit dem Vernetzungsmittel kontaktiert wird und die Vernetzung der Gelatinematrix nur in die- sem Teilbereich erfolgt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine oberflächliche Kontaktierung durch mehrmaliges Auftragen des Vernetzungsmittels, z.B. einem Pinsel oder Tuch, auf der Oberfläche des Kompositmaterials erfolgt. Eine weitere spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das erfindungsgemäße Rohprodukt in einem Schritt infiltriert und mit dem Vernetzungsmittel kontaktiert wird. Die Schritte el) und e2) finden in dieser Variante gleichzeitig statt. In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird das Produkt mit einer PEG/wässrigen (vorzugsweise ca. 1% igen) Kaliumalaunlösung behandelt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Produkte, d.h. isotrope Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmateria- lien. Nach den oben beschriebenen Schritten a)-d) des erfindungsgemäßen Verfahrens entsteht zunächst ein weißes, festes Produkt, welches bruchstabil, feuchtigkeitsabsorbierend, spanend bearbeitbar, temperaturbeständig und unter bestimmten Bedingungen auch biegsam ist. Durch den Einsatz gleicher Komponenten wie im Elfenbein ist dieses Produkt sehr nahe an dem natürlichen Produkt und es besteht zusätzlich die Möglichkeit durch Variation der Syntheseführung, z.B. durch Einlagerungen bzw. chemische Reaktionen, gewünschte Materialeigenschaften zu optimieren.
Beispielsweise kann, wie oben beschrieben, ein aliphatischer Polyether in das Material eingelagert und/oder eine Vernetzung der Gelatineketten vorgenommen werden. Die Einla- gerung des Polyethers und/oder die Behandlung mit geeigneten Vernetzungsmitteln führen unter anderem zur Entstehung eines elfenbeinfarbigen Produkts. Ferner verbessert die Einlagerung des Polyethers und/oder die Behandlung mit geeigneten Vernetzungsmitteln auch die Haptik des Produkts. Wie bereits eingangs erwähnt, ist diese für bestimmte Anwendungen, insbesondere für Klaviertasten, sehr wichtig und die erfindungsgemäßen Pro- dukte bieten diesbezüglich einen deutlichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Elfenbeinersatzprodukten zur Herstellung synthetischer Tastenbeläge. In einigen speziellen Ausführungsformen ist das erfindungsgemäße isotrope Hydroxylapa- tit/Gelatine-Kompositmaterial daher dadurch gekennzeichnet, dass es einen in der Hydro- xylapatit/Gelatine-Matrix eingelagerten aliphatischen Polyether, insbesondere PEG, und/oder vernetzte Gelatineketten, insbesondere über Metallkomplexe vernetzte Säure- gruppen der Aminosäuren in den Gelatineketten, aufweist.
Das erfindungsgemäße Material kann auch nur in einem Teilbereich, z.B. an der Oberfläche, vernetzt oder anderweitig modifiziert sein. Der gegebenenfalls eingelagerte aliphatische Polyether, insbesondere das PEG, weist typischerweise eine Molmasse im Bereich von 100 bis 10.000.000 g/mol, vorzugsweise von 400 bis 4000 g/mol, auf.
Das erfindungsgemäße Kompositmaterial kann ferner noch ein oder mehrere Additive um- fassen, insbesondere Pigmente, Färb- und Leuchtstoffe, Stoffe zur Materialmarkierung, Salze, Metall partikel, Polymere, z.B. Polyethylenglykol, und deren Derivate (wie z.B. UV- aushärtbare), Gläser, Fasern (Cellulose, Polypropylen, Carbon, Hohlglasfaser, ZnO-Nanofa- sern, Hanffasern) oder antimikrobielle Komponenten, z.B. Ti02, Ag-Nanopartikel. In einer typischen Ausführungsform ist das erfindungsgemäße isotrope Hydroxylapatit/- Gelatine-Kompositmaterial dadurch gekennzeichnet, dass es regellos in eine amorphe Gelatinematrix eingelagerte Hydroxylapatitpartikel mit Dimensionen im Nanometerbereich, typischerweise im Bereich von ca. 5 bis 1000 nm, vorzugsweise 10 bis 900 nm, bevorzugter 10 bis 500 nm, beispielsweise 10 bis 100 nm oder 50 bis 500 nm, enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße isotrope Hydroxylapatit/- Gelatine-Kompositmaterial dadurch gekennzeichnet, dass es regellos in eine amorphe Gelatinematrix eingelagerte Hydroxylapatitnadeln mit Dimensionen im Nanometerbereich, typischerweise ca. 10 x 50 nm, enthält.
In einer speziellen Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Kompositmaterial folgende Zusammensetzung auf: 50 bis 100 Gew.-% Hydroxylapatit/Gelatine-Matrix mit einem Hydroxylapatit/Gelatine-Ver- hältnis von 1:1 bis 10:1, vorzugsweise 2:1 bis 4:1, insbesondere ca. 3:1, 0 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-%, an restlichem flüssigen Medium, und
optional 0,5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 25 Gew.-%, Polyether.
Wie bereits erwähnt, bietet das erfindungsgemäße Kompositmaterial aufgrund seiner vorteilhaften Eigenschaften eine Vielfalt von Einsatzmöglichkeiten, insbesondere als künstliches Elfenbein, aber auch auf anderen Gebieten. Erfindungsgemäß können durch Einlagerung eines schwarzen Pigmentes erstmals auch schwarze Tastenbeläge hergestellt werden, welche ebenfalls die vorteilhaften Eigenschaften von Elfenbein besitzen. Bisher wurden dafür Tasten aus dunklen Hölzern wie Ebenholz oder Kunststofftasten eingesetzt. Daher betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung bevorzugte Verwendungen dieses Materials, beispielsweise zur Herstellung von Tastenbelägen für Tastaturen allgemein, Griffe/Griffeinlagen, z.B. für Sportgeräte, Werkzeuge und Messer, Uhren, Modellbauteilen, Spielzeugen, Büroutensilien, Schreibgeräte, Geschirr, Küchengeräten, Kleidungsaccessoires, Sanitärgegenständen, Arzneimitteln, elektronische Bauteilen, Baustoffen, Konstruk- tionswerkstoffen, Lampen, Interieur für Autos, Schmuckgegenstände, Beschichtungen z.B. auf Holz, Glas, Kunststoffen bzw. Metallen, z.B. für Inneneinrichtungen, Brillenfassungen oder ganz allgemein als feuchtigkeitsregulierendes Material und als Kunststoffersatzstoff.
Ferner bietet die Einbettung von Fasern die Möglichkeit, Eigenschaften wie Porosität, Ober- flächenrauigkeit, Stabilität zu optimieren. Darüber hinaus lassen sich bestimmte Fasern aus dem Material mit einem geeigneten Lösungsmittel auch wieder entfernen.
Es lassen sich somit Kunststoffartikel aller Art fertigen, für deren Herstellung kein Erdöl oder Weichmacher benötigt wird.
Produkte mit einem mehrschichtigen Aufbau sind ebenfalls realisierbar. Kurzbeschreibung der Figuren
FIG. 1 zeigt Fotographien eines erfindungsgemäßen isotropen Kompositmaterials; Fig. 1A zeigt das Hydroxylapatit/Gelatine-Komposit-Rohmaterial nach Trocknung an Luft; Fig. 1B zeigt das Material nach Zuschneiden, Schleifen und PEG-Infiltration.
FIG. 2 zeigt ein SEM-Bild der Materialoberfläche mit Apatit-Kristallen in der Gelatine- Matrix. FIG. 3 zeigt TEM-Bilder des Kompositmaterials in verschiedenen Maßstäben;
Fig 3A und 3B zeigen eingelagerte Hydroxylapatitnadeln (typische Dimension ca. 10 x 50 nm);
Fig. 3C zeigt eingelagerte nicht-nadelförmige Hydroxylapatitpartikel (mit Größen bis zu 1000 nm).
FIG. 4 zeigt IR-Spektren des Rohmaterials (1), behandelt mit PEG-400/Wasser (2) bzw. mit PEG/Kaliumalaun (3).
FIG. 5 zeigt Röntgenpulverdiffraktogramme des Rohmaterials (1), behandelt mit PEG- 400/Wasser (2) bzw. mit PEG/Kaliumalaun (3).
FIG. 6 zeigt die Raman-Daten eines Vergleichs von natürlichem Elfenbein (1) und dem erfindungsgemäßen Kompositmaterial (2). Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne diese jedoch auf die jeweiligen speziellen Parameter und Bedingungen zu beschränken.
BEISPIEL 1
Herstellung eines Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmaterials
Zu 30 g Hydroxylapatit, suspendiert in 75 ml Ethanol oder Wasser, wurde eine wässrige Gelatinelösung (10 g in 75 ml deionisiertes H20) gegeben und in einem Becherglas unter Rühren bei ca. 50 °C eingeengt. Die Masse wurde anschließend vollständig an Luft getrocknet.
Fig. 1A zeigt das wie oben erhaltene Hydroxylapatit/Gelatine-Komposit-Rohmaterial nach Trocknung an Luft.
BEISPIEL 2
Herstellung eines Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmaterials mit eingelagertem PEG 27 g Gelatine wurden in 200 g deionisiertem Wasser eingeben und über Nacht (16 Stunden) stehen gelassen (quellen). Anschließend wurde diese Masse auf 55 °C in einem Wasserbad erwärmt, wobei sie komplett flüssig wird. In einem zweiten Becherglas wurden 90 g Hyd- roxylapatit in 210 g Ethanol bei 55 °C suspendiert. Zu dieser Suspension wurde dann langsam die wässrige Gelatinelösung unter Rühren zugegeben und bei 55 °C über 5 Stunden eingeengt. Die weiße Masse wurde in einen Kunststoffbehälter abgegossen, trocknet ca. 3 Stunden an Luft und wurde dann aus dem Behälter genommen. Danach wurde das Produkt weiter getrocknet zunächst an Luft (5 Tage zwischen Lochplatten) und dann noch 24 Stunden bei 100 °C in einen Ofen. Das erhaltene Material ist mechanisch bearbeitbar. Anschließend wurde das weiße Produkt zuerst mit einer Mischung (1:1) aus PEG-4OO/H2O 2 Tage lang und anschließend mit reinem PEG-400 6 Tage lang infiltriert. Das so erhaltene elfenbeinfarbige Material wurde dann entsprechend zugeschnitten und geschliffen.
Fig. 1B zeigt das Material nach Zuschneiden, Schleifen und PEG-Infiltration.
Die Verfahrensschritte zur Einlagerung von PEG sind unabhängig von der Rohmaterialherstellung und frei kombinierbar.
Auch die direkte Infiltration von PEG-400 in noch feuchtes Rohmaterial lieferte ebenfalls ein stabiles Produkt. Diese Verfahrensvariante bietet den Vorteil einer schnelleren Umsetzung. BEISPIEL 3
Behandlung eines Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmaterials
mit einem Vernetzungsmittel In verschiedenen Verfahrensvarianten der Behandlung mit einem Vernetzungsmittel wurde (z.B. geschnittenes/geschliffenes) Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmaterial in eine 1% wässrigen Kaliumalaunlösung, eine 1:1 Mischung bestehend aus PEG-400 und 1% wässrigen Kaliumalaunlösung, eine 1% wässrige Glyoxallösung, oder eine 1:1 Mischung bestehend aus PEG-400 und 1% wässrigen Glyoxallösung über 2 Tage eingelegt und anschlie- ßend an Luft getrocknet.
Die Verfahrensschritte zur Vernetzung sind unabhängig von der Rohmaterialherstellung oder bereits erfolgter Infiltration und frei kombinierbar.
BEISPIEL 4
Herstellung von pigmenthaltigen Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmaterialien
Das jeweilige Kompositmaterial wurde analog zu Beispiel 1 oder 2 hergestellt. Abweichend von dem dortigen Protokoll wurde zu der Hydroxylapatit-Suspension noch entweder 0,3 g festes FeCI2, 0,1 g Dioxazinviolett (Pigment violett 37, C40H34N6O8), 0,4 g Phthalocyaningrün (Heliogengrün PG7, CuC32Cli6-nHnN8), 1 g HAN-Blau (BaCuSi4Oi0), oder 0,5 g nano-Ag (20-40 nm) gegeben.
BEISPIEL 5 Herstellung eines schwarzen Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmaterials
60 g Hydroxylapatit und 36 g Beinschwarz (Kremer-Pigmente, Deutschland) wurden in 180 g Ethanol bei 60 °C suspendiert. Dazu wurde dann eine auf 60 °C erwärmte wässrige Gelatinelösung (30 g in 230 g deionisiertem H20) gegeben und in einem Becherglas unter Rüh- ren bei ca. 60 °C über 6 Stunden eingeengt. Die schwarze Masse wurde abgegossen und anschließend vollständig an Luft getrocknet. Danach wurde das Produkt noch 14 Stunden bei 100 °C getempert und anschließend wie gewünscht bearbeitet.
Durch das Zusammengießen unterschiedlich gefärbte Massen nach dem Einengen in eine Form wurden auch farbliche Muster/Maserungen/Intarsien erhalten.
BEISPIEL 6
Charakterisierung eines erfindungsgemäßen Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmaterials Gemäß Beispiel 1, 2 oder 3 erhaltenes Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmaterial wurde mit verschiedenen mikroskopischen und spektroskopischen Untersuchungsverfahren näher charakterisiert.
A. Rasterelektronenmikroskopie (SEM) Die Rasterelektronenmikroskopieaufnahme wurden an einer flachen Probe des Kompo-sit- materials mit einem Mikroskop DSM 982 Gemini der Firma Zeiss (Deutschland) im Hochvakuum aufgenommen (Sekundärelektronendetektor, 24.500-fache Vergrößerung, siehe Skala). FIG. 2 zeigt ein SEM-Bild der Materialoberfläche des Rohmaterials: sichtbar sind die Apatit- Kristalle in der Gelatine-Matrix.
B. Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
Die hochaufgelösten Transmissionselektronenmikroskopieaufnahmen wurden an einer mittels Ultraschall ausgedünnten Probe des Kompositmaterials durch einem JEOL-Gerät ARM200F bei 200 kV (JEOL Co. Ltd) ausgestattet mit einer Kaltfeldemissionskanone und CETOR-Bildkorrektur (CEOS Co, Ltd.) im Hochvakuum aufgenommen. Die Längenskala ist in den Abbildungen angegeben.
FIG. 3 zeigt TEM-Bilder mit Teilen des Rohmaterials in verschiedenen Vergrößerungen: sichtbar sind Apatit-Kristalle isotrop eingelagert in amorpher Gelatine-Matrix. Fig 3A und 3B zeigen eingelagerte Hydroxylapatitnadeln (typische Dimension ca. 10 x 50 nm) und Fig. 3C zeigt nicht-nadelförmige Hydroxylapatitpartikel mit Größen bis zu 1000 nm.
C. Infrarot-Spektroskopie (IR) Die IR-Spektren wurden an einer flachen Probe des Kompositmaterials mittels eines Perkin Elmer Spektrometers BX II FT-IR der Firma Perkin Elmer (USA) ausgestattet mit einer ATR- Einheit (Smith Detection Dura-Sample NR diamond) aufgenommen. Die Transmissionsspektren im Bereich der Wellenzahl von 400 bis 4000 cm 1 haben eine Auflösung von 1 cm 1 und ihre Intensitäten wurden skaliert.
FIG. 4 zeigt IR-Spektren des Rohmaterials (1), behandelt mit PEG-400/Wasser (2) bzw. mit PEG/Kaliumalaun (3). Sichtbar sind in allen Fällen die Banden des Rohmaterials sowie zusätzlich die Banden der entsprechend infiltrierten Komponenten. D. Röntgenpulverdiffraktometrie
Die Röntgenpulverdiffraktogramme wurde an einer flachen Probe des Kompositmaterials mit einem Diffraktometer in Bragg-Brentano Geometrie (Cu-Κα Strahlung) in Reflexion mit einem PIXcel 3D Detektor der Firma PANalytical (Niederlande) aufgenommen. Die Diffraktogramme wurden im Beugungswinkelbereich von 10 bis 90 ° in 2-Theta gemessen und ihre Intensitäten wurden skaliert.
FIG. 5 zeigt Röntgenpulverdiffraktogramme des Rohmaterials (1), behandelt mit PEG- 400/Wasser (2) bzw. mit PEG/Kaliumalaun (3). Sichtbar sind in allen Fällen die Reflexe des Hydroxylapatits sowie zusätzlich für Probe 3 diejenigen von Kaliumalaun.
E. Ramanspektroskopie
Die Raman-Spektren wurden mit einem Laser-Mikroskope Raman-Spektrometer (iHR 550 Spektrometer; BXFM Mikroskope) der Firma HORIBA (Deutschland) mit konfokaler Geometrie aufgenommen. Der Laserstrahl (Wellenlänge 532 nm, Leistung: 10 mW) wurde mit- tels eines Objektives (lOOx) auf einer flachen Probe an Luft fokussiert. FIG. 6 zeigt die entsprechenden Raman-Daten: untere Kurve: natürliches Elfenbein (1), obere Kurve Rohmaterial Hydroxylapatit/Gelatine-Komposit (2).
Dieser Vergleich demonstriert, dass die Raman-Spektren beider Materialien nahezu iden- tisch sind.
Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind miteinander kombinierbar. Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zur Herstellung eines isotropen Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmate- rials, welches mindestens die folgenden Schritte umfasst:
a) Bereitstellen einer Suspension von pulverförmigem Hydroxylapatit in einem flüssigen Medium, das aus der Gruppe, die einen Ci-Cio-Alkohol, insbesondere Ethanol, ein anderes mit Wasser mischbares Dispersionsmittel, Wasser sowie Mischungen davon umfasst, ausgewählt ist;
b) Zugeben einer wässrigen Lösung von Gelatine, vorzugsweise in einer Konzentration von 1 bis 40, bevorzugter 5 bis 25, Gew.- % Gelatine, zur Suspension;
c) Rühren der Mischung bei einer vorgegebenen Temperatur für einen vorgegebenen Zeitraum, vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 10 Stunden, bis zur teilweisen oder vollständigen Verdampfung des flüssigen Mediums;
d) gegebenenfalls Trocknung des in Schritt c) erhaltenen Produkts.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c) bei einer Temperatur unterhalb der Siedetemperatur des nach Schritt b) erhaltenen wässrig/or- ganischen flüssigen Mediums durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt c) oder d) erhaltene Produkt ferner in einem zusätzlichen Schritt el) mit mindestens einem aliphatischen Polyether infiltriert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt c), d) oder el) erhaltene Produkt ferner in einem Schritt e2) mit mindestens einem Mittel zum Vernetzen der Gelatineketten kontaktiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Vernetzungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, welche komplexbildende Metallsalze, Aldehyde, Ketone, Epoxide, Isocyanate, Carbodiimid sowie Enzyme umfasst. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das komplexbildende Metallsalz aus der Gruppe ausgewählt ist, die Salze von Aluminium, Chrom, Eisen,
Titan, Zirkon, Molybdän, und insbesondere Alaune, z.B. Kalialaun, Chromalaun, um- fasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3-6, umfassend mindestens die folgenden Schritte:
ela) Kontaktieren des in Schritt c) oder d) von Anspruch 1 erhaltenen Produkts mit einem Medium, das eine Mischung von Polyether/Wasser enthält, für einen vorgegebenen Zeitraum, vorzugsweise in einem Bereich von 1 Stunde bis zu 1 Woche, und
elb) anschließendes Austauschen des Mediums durch ein wasserfreies Medium, das einen aliphatischen Polyether umfasst oder daraus besteht, und Kontaktieren des nach Schritt ela) erhaltenen Produkts mit dem wasserfreien Polyether für einen vorgegebenen Zeitraum, vorzugsweise in einem Bereich von 1 Stunde bis mehreren Wochen.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktieren mit dem Polyether bei vermindertem Druck oder unter Vakuum erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt c), d) oder el) erhaltene Produkt für einen vorgegebenen Zeitraum, vorzugsweise von 1 Stunde bis zu 1 Woche, mit einem Vernetzungsmittel, insbe-sondere einer Lösung eines komplexbildenden Metallsalzes, kontaktiert, und anschließend, gegebenenfalls nach Entfernen des Vernetzungsmittels, insbesondere der Metallsalzlösung, und Waschen, das Produkt getrocknet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4-6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teilbereich des in Schritt c), d) oder el) erhaltenen Produkts mit dem Vernetzungsmittel kontaktiert wird und die Vernetzung der Gelatinematrix nur in diesem Teilbereich erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine oberflächliche Kontaktierung durch mehrmaliges Auftragen des Vernetzungsmittels, z.B. einem Pinsel oder Tuch, auf der Oberfläche des Kompositmaterials erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der aliphatische Polyether eine Molmasse im Bereich von 100 bis 10.000.000 g/mol, vorzugsweise von 400 bis 4000 g/mol, aufweist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der aliphatische Polyether ein Polyethylenglykol ist.
14. Isotropes Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmaterial, erhältlich mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, welches regellos in eine amorphe Gelatinematrix eingelagerte Hydroxylapatitpartikel mit Dimensionen im Nanometerbereich enthält.
15. Kompositmaterial nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydroxylapatitpartikel Hydroxylapatitnadeln mit Dimensionen im Nanometerbereich, typischerweise ca. 10 x 50 nm, sind oder umfassen.
16. Isotropes Hydroxylapatit/Gelatine-Kompositmaterial, erhältlich mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, welches einen in der Hydroxylapatit/Gelatine-Mat- rix eingelagerten aliphatischen Polyether und/oder vernetzte Gelatineketten, insbesondere über Metallkomplexe vernetzte Säuregruppen der Aminosäuren in den Gelatineketten, aufweist.
17. Kompositmaterial nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der aliphatische Polyether eine Molmasse im Bereich von 100 bis 10.000.000 g/mol, vorzugsweise von 400 bis 4000 g/mol, aufweist.
18. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der aliphatische Polyether ein Polyethylenglykol ist.
19. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 18, welches folgende Zusammensetzung aufweist:
50 bis 100 Gew.-% Hydroxylapatit/Gelatine-Matrix mit einem Hydroxylapatit/Gela- tine-Verhältnis von 1:1 bis 10:1, vorzugsweise 2:1 bis 4:1, insbesondere ca. 3:1, 0 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-%, an restlichem flüssigen Medium, und
optional 0,5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 25 Gew.-%, Polyether.
20. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 19, welches ferner ein oder mehrere Additive umfasst, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe, die Pigmente, Färb- und Leuchtstoffe, Stoffe zur Materialmarkierung, Salze, Metallpartikel, Polymere, z.B. Derivate von Polyethylenglykol, insbesondere UV-aushärtbare Derivate, Gläser, Fasern, z.B. Cellulose-, Hanf-, Polypropylen-, Carbon-, Hohlglasfasern, ZnO- Nanofasern, oder antimikrobielle Komponenten, z.B. Ti02, Ag-Nanopartikel, umfasst.
21. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 20, welches elfenbeinfarbig ist.
22. Verwendung des Kompositmaterials nach einem der Ansprüche 14 bis 21 als künstliches Elfenbein.
23. Verwendung des Kompositmaterials nach einem der Ansprüche 14 bis 21 zur Herstellung von Tastenbelägen für Tastaturen, Griffe/Griffeinlagen, z.B. für Sportgeräte, Werkzeuge und Messer, Uhren, Modellbauteilen, Spielzeugen, Büroutensilien, Schreibgeräte, Geschirr, Küchengeräten, Kleidungsaccessoires, Sanitärgegenständen, Arzneimitteln, elektronische Bauteilen, Baustoffen, Konstruktionswerkstoffen, Lampen, Interieur für Autos, Schmuckgegenstände, Beschichtungen z.B. auf Holz und anderen Materialien wie Glas, Kunststoffen bzw. Metallen, z.B. für Inneneinrichtungen, Brillenfassungen, oder als feuchtigkeitsregulierendes Material und als Kunststoffersatzstoff.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4159916A4 (de) * 2020-05-25 2023-09-06 FUJIFILM Corporation Zusammensetzung, blattförmiger formkörper, kunstleder und verfahren zur herstellung eines blattförmigen formkörpers
CN113633829B (zh) * 2021-07-12 2022-10-14 深圳大学 一种多功能复合多孔支架及其制备方法与应用
CN115159929B (zh) * 2022-07-29 2023-11-03 山东建筑大学 超高性能混凝土的制备方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3767437A (en) * 1971-10-20 1973-10-23 Avicon Inc Phosthetic structures derived from collagen
DE3134541A1 (de) 1980-09-02 1982-07-08 Nippon Gakki Seizo K.K., Hamamatsu, Shizuoka "elfenbeinartiger werkstoff fuer musikinstrumenttasten und verfahren zur herstellung desselben"
US4346639A (en) 1981-07-27 1982-08-31 Ernest Vagias Thermoplastic key face for pianos or the like
JPH0631943B2 (ja) 1988-11-29 1994-04-27 ヤマハ株式会社 楽器用鍵盤材
US5183955A (en) 1990-05-18 1993-02-02 Renselaer Polytechnic Institute Piano key covers formed of ivory substitute and pianos having same
DK0494417T3 (da) * 1991-01-10 1996-05-13 Basf Corp Fremgangsmåde til tværbinding af gelatine og til inkorporering af et materiale deri
JPH04265260A (ja) * 1991-02-18 1992-09-21 Kanebo Ltd 人工象牙
JPH05271431A (ja) * 1991-10-28 1993-10-19 Mitsui Toatsu Chem Inc 人工象牙
JP3056985B2 (ja) * 1995-10-19 2000-06-26 株式会社河合楽器製作所 抗菌鍵盤
DE19632409A1 (de) 1996-08-02 1998-02-05 Hiper Ceramics Gmbh Klaviertaste mit Oberfläche aus Keramik
DE19930335A1 (de) * 1999-07-02 2001-01-18 Henkel Kgaa Kompositmaterialien aus Calciumverbindungen und Proteinkomponenten
JP3727059B2 (ja) * 2002-05-01 2005-12-14 独立行政法人科学技術振興機構 多孔質複合材料の製造方法
JP3914501B2 (ja) * 2003-02-17 2007-05-16 財団法人川村理化学研究所 高分子ゲル複合材及びその製造法
WO2007040574A2 (en) * 2004-12-16 2007-04-12 Regents Of The University Of Minnesota Biomimetic nanocomposite
CA2616865C (en) * 2005-07-28 2014-07-08 Carnegie Mellon University Biocompatible polymers and methods of use
US20100040668A1 (en) * 2006-01-12 2010-02-18 Rutgers, The State University Of New Jersey Biomimetic Hydroxyapatite Composite Materials and Methods for the Preparation Thereof
US20100272693A1 (en) * 2007-11-30 2010-10-28 Eunah Lee Bone scaffolds, injectable bone repair materials and methods for bone repair
CN101239202B (zh) 2008-03-12 2010-08-25 天津大学 纳米片状羟基磷灰石与明胶复合材料和制备方法
CN101401960B (zh) * 2008-11-07 2013-04-03 东南大学 明胶-羟基磷灰石复合球形颗粒的制备方法
EP2529764A1 (de) * 2011-05-31 2012-12-05 Curasan AG Biologisch degradierbares kompositmaterial
CN103483754B (zh) 2012-06-14 2015-08-19 森鹤乐器股份有限公司 一种钢琴白键皮的生产方法与一种钢琴白键
DE102013109847A1 (de) * 2013-09-09 2015-03-12 Heraeus Kulzer Gmbh Formulierungen und Kit zur biomimetischen Abscheidung von Apatit auf Zähnen
CN104353122B (zh) * 2014-11-24 2017-04-12 吴志宏 一种具有仿生三维微支架的3d打印多孔金属及其制备方法
GB201516179D0 (en) * 2015-09-14 2015-10-28 Fujifilm Mfg Europe Bv Bone void filling composite

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