PL236359B1

PL236359B1 - Sposób otrzymywania warstw polimerowych na powierzchni tytanu lub stopów tytanu

Info

Publication number: PL236359B1
Application number: PL432653A
Authority: PL
Inventors: Alicja Kazek-Kęsik; Monika Śmiga-Matuszowicz; Wojciech Simka
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-01-11
Also published as: PL432653A1; EP3815719A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania warstw polimerowych na powierzchni tytanu lub stopów tytanu zwłaszcza do stosowania jako warstw w materiałach implantacyjnych.

Polibezwodniki alifatyczne stanowią, wśród polimerów biodegradowalnych, grupę o największej podatności na hydrolizę, co dyskwalifikuje je w wielu tradycyjnych zastosowaniach technicznych. Niestabilność hydrolityczną polibezwodników wykorzystano natomiast w zastosowaniach biomedycznych, szczególnie w układach kontrolowanego uwalniania leków, gdzie polibezwodniki pełnią funkcję matrycy/nośnika leku. Badania nad tego typu układami rozpoczął R. Langer i wsp. w latach 80-tych XX wieku (Rosen HB, Chang J, Wnek GE, Linhardt RJ, Langer R; Bioerodible polyanhydrides for controlled drug delivery, Biomaterials 1983, 4, 131-134). Wieloletnie prace badawcze doprowadziły do opracowania dwóch układów, obecnie dopuszczonych do stosowania w praktyce klinicznej, są to: Gliadel® - układ miejscowego dostarczania chemioterapeutyków (BCNU lub karmustyna) w terapii raka mózgu, oraz Septacin™ - implant do miejscowego dostarczania gentamycyny w infekcjach bakteryjnych tkanki kostnej (Jain JP, Kumar N, Chitkara D. Polyanhydrides as localized drug delivery carrier: An update. Expert Opin. Drug Deliv. 2008, 5, 889-907).

Poli(bezwodnik adypinowy) (PADA), po raz pierwszy zsyntezowany ponad 90 lat temu (Hill JW. J. Am. Chem. Soc. 1930, 52, 4110), jest jednym z wielu alifatycznych polibezwodników badanych w latach 90-tych pod kątem zastosowań jako matryca w kontrolowanym uwalnianiu leków (Albertsson A-C, Calfors J, Sturesson C. Preparation and characterization of poly(adipic anhydride) microspheres for ocular drug delivery. J, Appl. Polym. Sci. 1996, 62, 695-705; Edmund U, Albertsson A-C, Singh SK, Fogelberg I, Lundgren BO. Sterilization, storage stability and vivo biocompatibility of poly(trimethylene carbonate)/poly(adipic anhydride) blends. Biomaterials 2000, 21, 945-955). Z publikacji pt: „ln vitro release of clomipramine HCl and buprenorphine HCl from poly adipic anhydride (PAA) and poly trimethylene carbonate (PTMC) blends”. (Dinarvand R., Alimorad M.M., Amanlou M., Akbari H.; J Biomed Mater Res A. 2005 Oct 1;75(1);185-91) znany jest sposób polimeryzacji polibezwodnika adypinowego, który potencjalnie może być zastosowany, jako polimer uwalniający leki. Inny sposób syntezy polibezwodnika adypinowego przedstawiono w publikacji pt: „Synthesis of Poly(Adipic Anhydride) by Use of Ketene” (Ann-Christine Albertsson & Stefan Lundmark, Journal of Macromolecular Science: Part A - Chemistry 25, 1986, 247-258). Z opublikowanych danych wynika, że degradacja hydrolityczna PADA jest procesem powierzchniowym, przebiegającym z dużą szybkością, w wyniku którego powstaje kwas adypinowy - produkt hydrolizy ugrupowań bezwodnikowych polimeru. W warunkach in vivo, kwas adypinowy jest metabolizowany w procesie β-oksydacji kwasów tłuszczowych.

Znane jest z patentu GB 1436473 zastosowanie kwasu adypinowego w produkcji materiałów ceramicznych zawierających cement, do zastosowań budowlanych. Natomiast nie ma w literaturze doniesień odnośnie zastosowania poli (bezwodnika adypinowego) do otrzymywania powłok tlenkowo-polimerowych na materiałach implantacyjnych do kości.

Znany jest z EP3488877 sposób otrzymywania powłok na powierzchni implantów porowatych warstw polimerowych, które składają się z warstwy polimerowej oraz warstwy zawierającej biokompatybilny materiał. W dokumencie tym przedstawiono trzy warstwowy materiał, który w swoim składzie może zawierać kolagen. Znane jest zastosowanie polimerów oraz cyklicznych ligandów peptydów do pokrycia materiałów implantacyjnych stosowanych w kardiochirurgii jako stenty (US2019247539). Znane jest wykorzystanie materiałów polimerowych do otrzymywania rusztowań kostnych (skafoldów) do regeneracji oraz wypełniania ubytków kostnych (US2019255221). Znany z dokumentu WO2018076003 jest sposób otrzymywania kompozytów opartych na magnezie oraz polimerach, gdzie polimer stanowi część otrzymanego kompozytu, a nie jest nanoszony na jego powierzchnię.

Znany jest ze zgłoszenia patentowego P.425256 sposób otrzymywania powłok tlenkowo-polimerowych, gdzie zastosowano polimer oparty na bazie kwasu sebacynowego lub innych kwasów karboksylowych. Sposób ten różni się od proponowanego sposobu otrzymywania powłok z zastosowaniem polimeru na bazie kwasu adypinowego z tym że, kwas adypinowy jest innym związkiem chemicznym. Jego czas degradacji w płynach fizjologicznych jest znacznie krótszy, otrzymywane są inne produkty degradacji a substancje czynne biologiczne oraz inne substancje aktywne uwalniane są w znacznie krótszym czasie. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że w zależności od zastosowanej substancji aktywnie biologicznie zmienny jest czas degradacji warstwy polimerowej opartej na kwasie kwasu adypinowego.

PL 236 359 B1

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu otrzymywania warstw polimerowych na powierzchni tytanu lub stopów tytanu, który pozwoli na otrzymanie materiału, z którego z górnej warstwy, w krótkim czasie uwalniana jest substancja aktywna biologicznie lub bioaktywna.

Istotą wynalazku jest sposób otrzymywania warstw polimerowych na powierzchni tytanu lub stopów tytanu charakteryzujący się tym, że tytan lub stop tytanu utlenia się anodowo w kąpieli wodnej zawierającej podfosforyn wapnia o stężeniu 0,001 mol/dm³-10 mol/dm³ stosując napięcie zaciskowe w zakresie od 0,1 V do 800 V, anodową gęstością prądu w zakresie 5-500 A/dm² a następnie tak utleniony tytan lub stop tytanu umieszcza się w roztworze polimeru na bazie pochodnej kwasu adypinowego i rozpuszczalnika korzystnie dichlorometanu, a następnie suszy. Korzystnie utlenianie prowadzi się w czasie od 1 s do 10 minut. Korzystnie roztwór polimeru stanowi polimer na bazie kwasu adypinowego i rozpuszczalnik w proporcji 1:100-20:100. Korzystnie pochodną kwasu adypinowego jest poli(bezwodnik adypinowy). Korzystnie pochodną kwasu adypinowego jest (ko)polibezwodnik. Korzystnie tytan lub stop tytanu umieszcza się w roztworze polimeru metodą zanurzeniową. Korzystnie roztwór i tytan lub stop tytanu umieszcza się w zamkniętym pojemniku i wstrząsa.

Wynalazek wskazuje, że czas degradacji warstwy polimerowej otrzymanej na powierzchni wcześniej utlenionych implantów tytanowych wynosi od pierwszych kilku minut do 48 godzin. Po pierwszych 8 godzinach zanurzenia implantów z powłoką tlenkową-polimerową na bazie kwasu adypinowego, ilość powstałego kwasu adypinowego jako produktu degradacji polimery wynosi ponad 60%. Proponowany sposób otrzymywania warstw tlenkowo-polimerowych opartych na bazie pochodnych kwasu adypinowego daje możliwość otrzymania materiału, z którego z górnej warstwy uwalniania jest substancja aktywna biologicznie lub bioaktywna substancja chemiczna już w pierwszych 30 minutach.

P r z y k ł a d I.

W procesie modyfikacji warstwy wierzchniej-tytanu (Grade 4) stosuje się kąpiel zawierającą podfosforyn wapnia o stężeniu 0,5 mol/dm³. Proces prowadzi się w temperaturze 5°C stosując anodową gęstość prądu 100 mA/cm², napięcie 300 V i czas trwania procesu 5 minut. Następnie na utlenioną powierzchnię metalu naniesiony zostaje polimer z 1% (w/v) roztworu poli(bezwodnika adypinowego) (PADA) w dichlorometanie w ilości 1 g polimeru i 100 ml dichlorometanu. Szybkość zanurzania próbki utlenionej do roztworu polimeru wynosi 2 cm/min, czas przebywania próbki utlenionej w roztworze polimeru wynosi 30 s, szybkość wyciągania próbki wynosi 2 cm/min a czas jej suszenia w temperaturze otoczenia wynosi 30 min.

P r z y k ł a d II.

W procesie modyfikacji warstwy wierzchniej stopu Ti-6A1-4V stosuje się kąpiel zawierającą podfosforyn wapnia o stężeniu 4 mol/dm³. Proces prowadzi się w temperaturze 15°C stosując anodową gęstość prądu 100 mA/cm², napięcie 600 V i czas trwania procesu 5 minut. Następnie na utlenioną powierzchnię metalu naniesiony zostaje polimer z 1,5% (w/v) roztworu poli(bezwodnika adypinowego) (PADA) w dichlorometanie w ilości 0.2 polimeru i 10 ml dichlorometanu. Szybkość zanurzania próbki utlenionej do roztworu polimeru wynosi 1 cm/min, czas przebywania próbki utlenionej w roztworze polimeru wynosi 60 s, szybkość wyciągania próbki wynosi 1 cm/min a czas jej suszenia w te mperaturze otoczenia wynosi 5 min.

P r z y k ł a d III.

W procesie modyfikacji warstwy wierzchniej stopu Ti-13Nb-13Zr stosuje się kąpiel zawierającą podfosforyn wapnia, o stężeniu 10 mol/dm³. Proces prowadzi się w temperaturze 35°C stosując anodową gęstość prądu 150 mA/cm², napięcie 450 V i czas trwania procesu 5 minut. Następnie utleniony, anodowo stop tytanu umieszcza się w pojemniku zawierającym roztwór polimeru 10% roztworu (ko)polibezwodnika w ilości 0.2 g oraz 10 ml dichlorometanu. Pojemnik zamyka oraz ręcznie operator wstrząsa zamknięty pojemnik przez 10 sekund.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania warstw polimerowych na powierzchni tytanu lub stopów tytanu, znamienny tym, że tytan lub stop tytanu utlenia się anodowo w kąpieli wodnej zawierającej podfosforyn wapnia o stężeniu 0,001 mol/dm³-10 mol/dm³ stosując napięcie zaciskowe w zakresie od 0,1 V do 800 V, anodową gęstością prądu w zakresie 5-500 A/dm² a następnie tak utleniony tytan lub stop tytanu umieszcza się w roztworze polimeru na bazie pochodnej kwasu adypinowego i rozpuszczalnika korzystnie dichlorometanu, a następnie suszy.

PL 236 359 B1
2. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że utlenianie prowadzi się w czasie od 1 s do 10 minut.
3. Sposób wg zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że roztwór polimeru stanowi polimer na bazie kwasu adypinowego i rozpuszczalnik w proporcji 1:100-20:100.
4. Sposób wg zastrz. 1,2 lub 3, znamienny tym, że pochodną kwasu adypinowego jest poli(bezwodnik adypinowy).
5. Sposób wg zastrz. 1,2 lub 3, znamienny tym, że pochodną kwasu adypinowego jest (ko)polibezwodnik.
6. Sposób według zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że tytan lub stop tytanu umieszcza się w roztworze polimeru metodą zanurzeniową.
7. Sposób według zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że roztwór i tytan lub stop tytanu umieszcza się w zamkniętym pojemniku i wstrząsa.