HUT77186A - Eljárás kalcium-oxidban szegény szivacsos csontkerámia előállítására - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás kalciumoxidban szegény szivacsos csontkerámia előállítására. A találmány szerinti eljárás során a darabolt előkészített szivacsos csontot a szerves alkotók teljes eltávolításával mineralizálják, majd a mineralizált csontmátrixot kerámiává szinterelik. Az eljárásra jellemző, hogyhogy a mineralizált csontmátrix kalciumoxidtartalmának eltávolítására a csontmátrixot demineralizált vízzel 10 °C és 80 °C közötti hőmérsékleten 4 órától 7 napig terjedő időn át kimossák.

Eljárás kalciumoxidban szegény szivacsos csontkerámia előállítására

A találmány tárgya eljárás kalciumoxidban szegény szivacsos csontkerámia előállítására.

Ismert már évek óta, hogy a mineralizált, majd kerámiává szinterezett csont kiváló alapanyag a csontpótlásra. A csontkerámia természeténél fogva kémiai összetételben, szerkezeti felépítésben és mechanikai szilárdságban messzemenően egyezik a természetes csonttal. Ezen túl,emően a szivacsos csontkerámia különösen jól összefér a csontszövettel, mert nyitott, interkonnektáló és trabekuláris szerkezete elősegíti az új csontmátrix rá- és benövését; ennek következtében a gyógyulás során a kerámia implantátumot az új csontszövet átszövi, az implantátum teljesen integrálódik.. Ezért állati csontokból készített csontkerámia növekvő mértékben alkalmazásra kerül az oszteoszintézis, valamint betegség vagy baleset okozta csontkárosodások helyrehozása során.

Állati csontokból a csontkerámiát általában úgy állítják elő, hogy a kiválogatott csontot vagy csontdarabot először is a hozzátapadó lágy részektől megszabadítják, majd nagyjában alkalmas méretű és formájú darabokká fűrészelik, végül a még benne lévő ásványi anyag eltávilításával mineralizálják. A mineralizálás első lépése többszörösen végzett vizes kiforralás. A további kezelés például zsír- vagy fehétjeoldó oldószerekkel és/vagy hidrogénperoxid segítségével történhet, az EP 0 141 004 szerint. Különösen egyszerűnek és hatékonynak a pirolitikus mineralizálás bizonyult. Ennek során hő behatásával a csont szerves részét megbontják és a megmaradt karbont utána feleslegben alkalmazott oxigénben elégetik. A csontpirolízis hőmérséklete 500 °C és 1000 °C közötti. A csont mineralizálása után a szinterezés következik; a 800 °C és 1400 °C közötti hőmérsékleten végzett szinte2 relés végterméke a kerámia, amely csak a szinterelés során kapja meg a kívánt végső szilárdságot. Az említett műveletek során különösen arra kell ügyelni, hogy az eredeti csont porózus szerkezete minél teljesebb mértékben megmaradjon. A szivacsos csontanyagot a DE 37 27 606 szerint lehet nagyon kíméletesen szivacsos csontkerámiává feldolgozni; e leírásban a hőmérséklet időbeli változásait, valamint a légkör redukáló iO. oxidáló jellegét leíró olyan programot közük, amely különösen kímélő pirolízist tesz lehetővé.

Bebizonyosodott, hogy a csontkerámia ellenőrizhetetlenül instabillá válik, ha a fő alkotó, a hidroxlapatit mellett emítésre méltó mennyiségű kalcium-oxidot tartalmaz, ami például röntgenográfiás módszerrel mutatható ki. Az instabilitás 5 t% mennyiségű CaOtartalom felett mutatkozik. Ha nedvesség éri az implantátumot - például vízgőz formájában védő intétkedés nélküli tárolás során, vagy implantáció itán a szervezetben - a kalcium-oxid lassan áralakul kalcium-hidroxiddá, ami tetemes térfogatnövekedéssel jár A kalciumoxid mennyiségétől függően az implantátum teljes szétesése is bekövetkezhet. A csontkerámia kalciumoxid-tartalmának természetes oka van, ingadozhat állatfaj és egyedi tartás szerint is. A kalcium-oxid úgy keletkezik, hogy a csontban meglévő kalcium-karbonát a pirolízis és a szinterezés során kalcium-oxiddá alakul.

A DE 40 28 683 szerzői azt javasolták, hogy szinterelés előtt a mineralizált csontanyagot szerves sav, előnyösen citromsav vizes oldatával kezeljék. Ezzel a kalciumoxid egy részét sikerül kioldani az anyagból, így szinterelés után olyan csontkerámáit kapnak, amely a röntgenográfiás vizsgálat szerint 99 %-nál több hidroxil-apatitot tartalmaz.

Bár ez az eljárás nagyon hatékony, és használható, stabil csontkerámiát eredményez, mégis hátrányai vannak. Az egyik hátrány, hogy az eljárás bonyolutabbá válik, ugyanis főleg a pirolízises mineralizálás esetén az anyagot vissza kell hűteni szobahőmérsékletre, hogy a savas kezelést és a szükséges öblítéseket el lehessen végezni. Utána a szinterelés céljából újra fel kell fűteni az anyagot, ami idő- és energiaigényes. Emellett a savas oldat előállítása és elhasználása, a semlegesre mosáshoz szükséges öblítővíz használata növeli az előállítási költséget. A savkezelés lépésének szabályozása és ellenőrzése sem egyszerű, hiszen egyrészt biztosítani kell, hogy az összes kalcium-hidroxid kioldódjék, másrészt azonban a savnak a hidroxil-apatot mátrixot csak kevéssé vagy egyáltalán nem szabad károsítania. Az eljárás ezen pontján a szivacsos finomszerkezet még nem eléggé megszilárdult és így nagyon érzékeny. Ezért a jelen találmány feladata az eddigi eljárás említett hátrányainak a csökkentése volt.

Meglepő módon azt találtuk, hogy a mineralizált csontmátrixban lévő kalcium-oxid minden további nélkül eltávolítható, ha a csontmátrixot ionmentes vízzel, 10 °C és 80 °C közötti hőmérsékleten 4 órától 7 napig terjedő időn át kimossuk. A kalciumoxid savval, így előnyösen vizes citromsavval történő kioldása tehát szükségtelennek bizonyult.

A találmány tárgya tehát eljárás kalciumoxidban szegény szivacsos csontkerámia előállítására, mely eljárás során a darabolt előkészített szivacsos csontot a szerves alkotók teljes eltávolításával mineralizáljuk, majd a mineralizált csontmátrixot kerámiává szintereljük. Az eljárásra jellemző, hogy a mineralizált csontmátrix kalciumoxid-tartalmának eltávolítására a csontmátrixot demineralizált vízzel 10 °C és 80 °C közötti hőmérsékleten 4 órától 7 napig időn át kimossuk.

A találmány szerinti eljárás gyakorlatilag a DE 40 28 683 szerinti eljáráshoz teljesen analóg módon valósítható meg, csupán a csontanyag mineralizálása és a szinterelés közötti savas kezelés lépése helyett demineralizált vízzel kell kezelni az anyagot. A demineralizált víz mint ilyen ismert és minden további nélkül elkészíthető általánosan ismert eljárások segítségével, például egyszeres vagy többszörös desztillálással és/vagy az oldott ásványi sók ioncserélő gyantával végzett eltávolításával. A demineralizált víz pH-értéke általában gyengén savas, mintegy 6 körüli. Feltételezhető, hogy ez a gyengén savas jelleg a kalciumoxid kimosását a mineralizált csontmátrixból elősegíti.

A kimosás folyamatához elegendő, ha a darabolt előkészített, mineralizált csontanyagot megfelelő méretű, demineralizált vízzel töltött fürdőbe tesszük és elegendőnek és célszerűnek tűnő időn át megfelelő hőmérsékleten ott hagyjuk. A vizes fürdő átforgatása ill. mozgatása az oldható alkotók kioldódását kedvezően befolyásolhatja. Kielégítőnek és célszerűnek bizonyult, ha 10 liter vizet számítunk 1 kg csontanyagra, a kezelés időtartama 4 óra és 7 nap közötti, és a fürdő hőmérséklete 10-80 °C. A fürdő vizének egyszeres vagy többszörös kicserélése, ill. a fürdő friss demineralizált vízzel végzett folyamatos átöblítése javít az eredményen és rövidítheti a kezelést. A leírt módon gyakorlatilag a csontmátrixban meglévő illetve várható kalciumoxidot lényegében maradék nélkül eltávolítható. Általában a csont természetes kalciumoxid-tartalma 5 és 10 % közötti. Az eljárás végén kapott csontkerámia röntgenográfiás vizsgálata kimutatja, hogy az anyag 95 %-nál, többnyire 97-99 %-nál több hidroxil-apatitot tartalmaz. Kalciumoxid vagy csak nyomokban, vagy egyáltalán nem mutatható ki.

A találmány szerinti eljárás segítségével az eddig hasonló eredmény eléréséhez szükséges tetemes mennyiségű sav megtakarítható. Ezen túlmenően a semlegesre mosáshoz eddig végzett utóöblítések sem szükségesek, így költség és idő takarítható meg. A találmány szerinti eljárás sokkal kíméletesebb is, mert a demineralizált vízzel végzett kezelés nem támadja meg a hidroxilapatit-mátrixot.

A mosás befejeztével a darabokat megszárítjuk, majd a szokásos módon kerámiává szinterezzük.

Példa

Frissen levágott szarvasmarhák nyers, a lágy részektől megszabadított izületfejeit fűrésszel tégla alakú, durván 30x30x100 mm méretű darabokra vágjuk és a darabokat háromszor 1-1 órán át vízben kiforraljuk.

Utána a csontsdarabokat 6 órán át 110 °C-on szárítjuk, majd nitrogén légkör alatt 9 óra alatt 450 °C-ra melegítjük. A következő felfutési lépés 20 órán át tart, a hőmérsékletet ez alatt az idő alatt 450 °C-ról 600 °C-ra emeljük, és a légkörét lineárisan oxigénre cseréljük. öt további óra alatt a hőmérsékletet 900 °C-ra emeljük. Lehűlés után a darabokat demineralizált vízzel töltött fürdőbe (10 liter /1 kg csont) tesszük, és a mozgatott fürdőben 20 °C-on 48 órán át kezeljük. E kezelés után a darabokat demineralizált vízzel háromszor öblítjük.

A végső szinterelés céljából az anyagot 21 óra alatt 1250 °C-ra melegítjük, majd szabadon hagyjuk lehűlni.

A kapott csontkerámia az eredeti szivacsos csont változatlan porózus szerkezetét mutatja. Röntgenográfíás vizsgálat szerint a kerámia kb. 99 % hidroxilapatitot tartalmaz.

Szabadalmi igénypont

Claims (1)

1. Eljárás kalciumoxidban szegény szivacsos csontkerámia előállítására, mely eljárás során a darabolt előkészített szivacsos csontot a szerves alkotók teljes eltávolításával mineralizáljuk, majd a mineralizált csontmátrixot kerámiává szintereljük azzal jellemezve, hogy a mineralizált csontmátrix kalciumoxid-tartalmának eltávolítására a csontmátrixot demineralizált vízzel 10 °C és 80 °C közötti hőmérsékleten 4 órától 7 napig teijedő időn át kimossuk.

   A meghatalmazott: