ES2321583T3 - Cemento de fosfato de calcio. - Google Patents
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Abstract
Un cemento de fosfato de calcio, que incluye 0,03 a 0,5% en masa de fosfato de magnesio, 2 a 10% en masa del producto de la reacción de hidratación de fosfato de calcio dibásico y fosfato de calcio tribásico alfa, 3 a 10% en masa de fosfato de calcio dibásico, y 10 a 25% en masa de fosfato de calcio tetrabásico, siendo el resto fosfato de calcio tribásico alfa e impurezas inevitables.
Description
Cemento de fosfato de calcio.
La presente invención se refiere a un cemento de
fosfato de calcio que se usa, por ejemplo, en tratamientos para
reforzar los huesos naturales en el campo de la medicina, incluida
la cirugía oral, y que es capaz de formar un material endurecido de
alta resistencia.
Típicamente, varias son las propiedades que se
requieren a los cementos usados en tratamientos para reforzar los
huesos naturales, tales como: (1) propiedades de fraguado, por las
que se solidifica una suspensión obtenida al añadir al cemento una
solución acuosa de endurecimiento; (2) propiedades de
endurecimiento, por las que el material solidificado se endurece en
presencia de humedad; (3) suficiente resistencia del material
endurecido, por la que el material endurecido permite el movimiento
del hueso reforzado tratado; y (4) buena renovación por absorción,
por la que el material endurecido es absorbido por el hueso natural
y le regenera. Los ejemplos de cementos que tienen estas
propiedades incluyen, por ejemplo, un cemento de fosfato de calcio
según se describe en la Solicitud de Patente Japonesa no examinada,
primera publicación nº Hei 4-328185, que contiene 10
a 25% en masa de fosfato de calcio tetrabásico, 3 a 10% en masa de
fosfato de calcio dibásico, y fosfato de calcio tribásico
\alpha.
Al mismo tiempo, el material endurecido que se
obtiene a partir de los cementos usados en tratamientos para
reforzar los huesos naturales se considera un material
biológicamente extraño. Por lo tanto, es deseable obtener la
deseada cuantía de resistencia del hueso reforzado usando tan poco
material endurecido como sea posible. Por esta razón, con el objeto
de reducir la cantidad de material empleado se han dirigido unos
desarrollos hacia la mejora de la resistencia del material
endurecido.
La presente invención se concibió en vista a las
circunstancias antes descritas y tiene como objeto la provisión de
un cemento de fosfato de calcio que se pueda emplear en tratamientos
para reforzar los huesos naturales, y que sea capaz de formar un
material endurecido de alta resistencia.
Para la presente invención se llevó a cabo una
amplia investigación dirigida a la mejora de la resistencia del
material endurecido formado a partir de un cemento de fosfato de
calcio. Específicamente, la presente invención se concluyó con el
descubrimiento de que al emplear un cemento específico de fosfato de
calcio era posible mejorar las propiedades de flujo de la pasta
formada al añadir a este cemento de fosfato de calcio una solución
acuosa de endurecimiento, reducir considerablemente la incorporación
de burbujas dentro de la pasta, formar un material endurecido
compacto, y mejorar extraordinariamente la resistencia del material
endurecido formado.
El cemento de fosfato de calcio según la
presente invención se forma con una composición mixta que incluye
0,03 a 0,5% en masa de fosfato de magnesio, 2 a 10% en masa del
producto formado a partir de la reacción de hidratación entre
fosfato de calcio dibásico y fosfato de calcio tribásico \alpha, 3
a 10% en masa de fosfato de calcio dibásico, y 10 a 25% en masa de
fosfato de calcio tetrabásico, comprendiendo el resto fosfato de
calcio tribásico \alpha e impurezas inevitables. Además, en el
producto de la reacción de hidratación entre fosfato de calcio
dibásico y fosfato de calcio tribásico \alpha, la proporción de
mezcla para el fosfato de calcio dibásico y el fosfato de calcio
tribásico \alpha es tal que fosfato de calcio dibásico:fosfato de
calcio tribásico \alpha = 1:5 a 1:30, preferiblemente fosfato de
calcio dibásico:fosfato de calcio tribásico \alpha = 1:10 a 1:20.
La proporción de mezcla para el fosfato de calcio dibásico y el
fosfato de magnesio, cuando se expresa como relación másica, es de
fosfato de calcio dibásico:fosfato de magnesio = 1:0,01 a 1:0,05, y
preferiblemente 1:0.02 a 1:0,04.
El cemento de fosfato de calcio de la presente
invención se explica ahora más concretamente usando unas
realizaciones preferidas de la misma.
El cemento de fosfato de calcio de la presente
invención se puede emplear adecuadamente en el refuerzo y la
terapia de los huesos vitales. Sin embargo, el cemento de fosfato de
calcio de la presente invención no se limita solamente a esta
aplicación. También se puede usar en otras aplicaciones, tales como,
por ejemplo, cemento dental, alternativas para los empastes usados
en odontología, o cemento de construcción.
El cemento de fosfato de calcio de la presente
invención se forma con una composición mixta que incluye fosfato de
magnesio en una cantidad de 0,03 a 0,5% en masa, el producto de la
reacción de hidratación entre fosfato de calcio dibásico y fosfato
de calcio tribásico \alpha en una cantidad de 2 a 10% en masa,
fosfato de calcio dibásico en una cantidad de 3 a 10% en masa, y
fosfato de calcio tetrabásico en una cantidad de 10 a 25% en masa,
comprendiendo el resto fosfato de calcio tribásico \alpha e
impurezas inevitables.
La cantidad de fosfato de magnesio incluido en
el cemento de fosfato de calcio está en el intervalo de 0,03 a 0,5%
en masa, y más preferiblemente en el intervalo de 0,1 a 0,3% en
masa, con respecto a la masa total del cemento de fosfato de
calcio. Cuando la cantidad de fosfato de magnesio incluido es menor
que 0,03% en masa, se tiende a no obtener el efecto deseado de
mejora de la resistencia del material endurecido, mientras que
cuando la cantidad supera 0,5% en masa, el tiempo requerido para el
endurecimiento se vuelve considerablemente más largo.
La cantidad de fosfato de calcio dibásico
incluido en el cemento de fosfato de calcio está en el intervalo de
3 a 10% en masa, y más preferiblemente en el intervalo de 4 a 8% en
masa, con respecto a la masa total del cemento de fosfato de
calcio. Cuando la cantidad de fosfato de calcio dibásico incluido es
menor que 3% en masa, se tiende a no obtener el efecto deseado de
fomento del fraguado, mientras que cuando la cantidad supera 10% en
masa, el endurecimiento del material se fomenta considerablemente de
modo que empeora su aptitud para ser trabajado.
El fosfato de calcio tetrabásico tiene el efecto
de fomentar la renovación por absorción, por la que se absorbe el
material endurecido y se regenera el hueso vital. La cantidad de
fosfato de calcio tetrabásico en el cemento de fosfato de calcio
está en el intervalo de 10 a 25% en masa, y preferiblemente en el
intervalo de 12 a 20% en masa, de la masa total del cemento de
fosfato de calcio. Cuando esta cantidad es menor que 10% en masa,
se tiende a no obtener el efecto de mejora de la renovación por
absorción, mientras que cuando la cantidad de fosfato de calcio
tetrabásico supera 25% en masa, disminuye la resistencia del
material endurecido.
El producto de la reacción de hidratación entre
el fosfato de calcio dibásico y el fosfato de calcio tribásico
\alpha (de aquí en adelante referido como "producto de
hidratación") se dispersa en una suspensión formada al añadir al
cemento obtenido una solución acuosa para endurecimiento, y sirve
como punto de inicio de la reacción de endurecimiento. De este
modo, mediante la adición de este producto de hidratación se produce
la reacción de endurecimiento en una variedad de sitios de la
suspensión formada al añadir al cemento obtenido una solución
acuosa de endurecimiento, progresando estas reacciones de
endurecimiento simultáneamente con su inicio a partir del producto
de hidratación. Por consiguiente, la resistencia del material
endurecido obtenido mejora considerablemente. La cantidad de este
producto de hidratación incluido en el cemento de fosfato de calcio
es 2 a 10% en masa, y preferiblemente 3 a 6% en masa, con respecto a
la cantidad total del cemento de fosfato de calcio. Cuando el
producto de hidratación se incluye en una cantidad menor que 2% en
masa, se tiende a no obtener el efecto deseado de mejora de la
resistencia. Por el contrario, cuando el producto de hidratación se
incluye por encima de 10% en masa, se deterioran las propiedades de
flujo de la suspensión y empeora la aptitud para ser trabajado.
El producto de hidratación de la presente
invención se puede formular mediante mezclar fosfato de calcio
dibásico y fosfato de calcio tribásico \alpha, en proporciones
másicas tales que fosfato de calcio dibásico:fosfato de calcio
tribásico \alpha = 1:5 a 1:30, y preferiblemente fosfato de calcio
dibásico:fosfato de calcio tribásico \alpha = 1:10 a 1:20, añadir
agua a la mezcla obtenida para conseguir una relación de mezcla:agua
= 1:0,2 a 1:0,5, y preferiblemente de mezcla:agua = 1:0,3 a 1:0,4,
y permitir que la reacción de hidratación continúe. Luego, el
material resultante se tritura a un diámetro de partículas en el
intervalo de 1 a 300 \mum.
El cemento de fosfato de calcio se formula, por
ejemplo, mediante el siguiente método. Primero, se mezclan fosfato
de magnesio y fosfato de calcio dibásico en unas proporciones
másicas tales que fosfato de calcio dibásico:fosfato de magnesio =
1:0,01 a 1:0,05, y preferiblemente 1:0,02 a 1:0,04, y juntos se
amasan para formar un polvo amasado. A continuación, este polvo
amasado y el producto de hidratación se mezclan junto con los
componentes restantes de fosfato de calcio tetrabásico y fosfato de
calcio tribásico \alpha, para formular un cemento de fosfato de
calcio que es capaz de formar un material endurecido de alta
resistencia.
A continuación, el cemento de fosfato de calcio
de la presente invención se explica más concretamente usando unos
ensayos.
Se suspendieron 3 moles de hidróxido de calcio
en 10 litros de agua. Aproximadamente 0,5 litros de una solución
acuosa de ácido fosfórico al 40%, formada diluyendo con agua 2 moles
de ácido fosfórico, se vertieron lentamente gota a gota en esta
suspensión, mientras que se agitaba. Una vez que se completó la
adición por goteo, se dejó que la suspensión obtenida permaneciera
a temperatura ambiente durante un día. Luego, se empleó un secador
para secar la suspensión durante 24 horas a 110ºC para obtener un
aglomerado. Luego, se coció este aglomerado durante 3 horas a
1.400ºC. Luego, se trituró el producto cocido y se usó un tamiz para
obtener partículas con un tamaño de 88 \mum o menor (tamaño medio
de partículas: 6,5 \mum), para producir un fosfato de calcio
tribásico \alpha de una pureza de 99,9%.
Se suspendieron 4 moles de hidróxido de calcio
en 10 litros de agua. Aproximadamente 0,5 litros de una solución
acuosa de ácido fosfórico al 40%, formada diluyendo con agua 2 moles
de ácido fosfórico, se vertieron lentamente gota a gota en esta
suspensión, mientras que se agitaba. Una vez que se completó la
adición por goteo, se dejó que la suspensión obtenida permaneciera
a temperatura ambiente durante un día. Luego, se empleó un secador
para secar la suspensión durante 24 horas a 110ºC para obtener un
aglomerado. A continuación, se precoció el aglomerado durante 3
horas a 900ºC, después de lo cual el material se trituró
uniformemente. Luego, se completó el cocimiento manteniendo el
material a 1.400ºC durante 3 horas. Luego, se trituró el producto
cocido obtenido y se usó un tamiz para obtener partículas con un
tamaño de 88 \mum o menor (tamaño medio de partículas: 6,5
\mum), para producir un producto mixto que contenía fosfato de
calcio tetrabásico (relación de contenido: 90,5%) e hidroxiapatita,
una impureza inevitable. Este producto mixto se empleó como fosfato
de calcio tetrabásico.
El fosfato de calcio tribásico \alpha
formulado anteriormente en (1) y un fosfato de calcio dibásico
disponible comercialmente se mezclaron con las proporciones de
mezcla mostradas en la Tabla 1. A esta mezcla se añadió agua con
una relación másica de mezcla:agua = 3:1, y la mezcla se endureció.
Se trituró el material endurecido a un tamaño de partículas de 300
\mum o menor, para formular los productos de hidratación (a) a
(f).
A continuación, el fosfato de calcio tribásico
\alpha obtenido en las formulaciones (1) a (3) precedentes, el
fosfato de calcio tetrabásico, los productos de hidratación (a) a
(f), y el fosfato de magnesio y el fosfato de calcio dibásico
disponibles comercialmente se emplearon como materias primas en
polvo. Estas materias primas en polvo se amasaron durante 30
minutos, usando una amasadora con las proporciones de mezcla
mostradas en la Tabla 2, para obtener unos polvos amasados. Estos
polvos amasados se combinaron con otras materias primas en polvo,
con las proporciones de mezcla mostradas en la Tabla 2, y se
mezclaron para obtener los cementos 1 a 16 de la presente
invención, que son unas realizaciones preferidas de esta invención,
y los cementos convencionales 1 a 5, que son unos ejemplos de la
técnica convencional.
Mediante el siguiente método se midió y evaluó
la resistencia del material endurecido formado a partir de los
cementos 1 a 16 de la presente invención y los cementos
convencionales 1 a 5, así obtenidos. Primero, se añadió a cada uno
de los cementos una solución acuosa de endurecimiento que contenía
5% de sulfato de chondroitin-sodio y 15% de
succinato de disodio hexahidrato, comprendiendo el resto agua, con
una relación másica tal que cemento:solución acuosa de
endurecimiento = 3:1, y se trituró para obtener una suspensión. Esta
suspensión fraguó, formando un aglomerado cilíndrico que tenía un
diámetro de 7 mm y una longitud de 14 mm. Este aglomerado se
endureció en remojo, durante 5 días, en una solución acuosa que
simulaba un fluido corporal que contenía Na^{+}: 142,0 mM,
K^{+}: 5,0 mM, Mg^{2+}: 1,5 mM, Ca^{2+}: 2,5 mM, Cl^{-}:
148,8 mM, HCO^{3-}: 4,2 mM, y HPO_{4}^{2-}: 1,0 mM. Luego se
midió la resistencia a la compresión del material endurecido
obtenido, y estos resultados se muestran en la Tabla 2.
Los resultados mostrados en la Tabla 2
demuestran que el material endurecido formado a partir de los
cementos 1 a 16 de la presente invención, en los que a una
composición mixta se añadieron el fosfato de magnesio y el producto
obtenido a partir de la reacción de hidratación entre fosfato de
calcio tribásico \alpha y fosfato de calcio dibásico, tenía un
grado más alto de resistencia que el material endurecido formado al
usar los cementos convencionales 1 a 5 que no contenían el producto
de hidratación o el fosfato de magnesio.
El cemento de fosfato de calcio de la presente
invención permite la formación de un material endurecido que tiene
una resistencia alta, y tiene unas propiedades útiles en
aplicaciones industriales que contribuyen enormemente a la mejora
de la resistencia de los huesos reforzados tratados y que reducen la
cantidad de material endurecido empleado.
Claims (5)
1. Un cemento de fosfato de calcio, que incluye
0,03 a 0,5% en masa de fosfato de magnesio, 2 a 10% en masa del
producto de la reacción de hidratación de fosfato de calcio dibásico
y fosfato de calcio tribásico \alpha, 3 a 10% en masa de fosfato
de calcio dibásico, y 10 a 25% en masa de fosfato de calcio
tetrabásico, siendo el resto fosfato de calcio tribásico \alpha e
impurezas inevitables.
2. El cemento de fosfato de calcio según la
reivindicación 1, en el que la proporción de mezcla del fosfato de
calcio dibásico y el fosfato de calcio tribásico \alpha en dicho
producto de la reacción de hidratación de fosfato de calcio
dibásico y fosfato de calcio tribásico \alpha, cuando se expresa
como relación másica, es tal que fosfato de calcio dibásico:fosfato
de calcio tribásico \alpha = 1:5 a 1:30.
3. El cemento de fosfato de calcio según la
reivindicación 1, en el que la proporción de mezcla del fosfato de
calcio dibásico y el fosfato de calcio tribásico \alpha en dicho
producto de la reacción de hidratación de fosfato de calcio
dibásico y fosfato de calcio tribásico \alpha, cuando se expresa
como relación másica, es tal que fosfato de calcio dibásico:fosfato
de calcio tribásico \alpha = 1:10 a 1:20.
4. El cemento de fosfato de calcio según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la proporción
de mezcla del fosfato de calcio dibásico y el fosfato de magnesio,
cuando se expresa como relación másica, es tal que fosfato de
calcio dibásico:fosfato de magnesio = 1:0,01 a 1:0,05.
5. El cemento de fosfato de calcio según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la proporción
de mezcla del fosfato de calcio dibásico y el fosfato de magnesio,
cuando se expresa como relación másica, es tal que fosfato de
calcio dibásico:fosfato de magnesio = 1:0,02 a 1:0,04.
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