RO127170A0

RO127170A0 - Procedeu de obţinere a unui material resorbabil din beta-fosfat tricalcic

Info

Publication number: RO127170A0
Application number: ROA201100374A
Authority: RO
Inventors: Florentina Grigore; Georgeta Velciu; Magdalena-Valentina Lungu; Violeta Tsakiris
Original assignee: Institutul Naţional De Cercetare - Dezvoltare Pentru Inginerie Electrică Icpe-Ca
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2012-03-30
Also published as: RO127170B1

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu obţinere a unui material cu proprietăţi regenerative, utilizat ca material de substituţie osoasă în chirurgia ortopedică şi oro-maxilo-facială. Materialul conform invenţiei se obţine prin realizarea, într-o primă etapă, a structurii ceramice poroase din β -TCP, prin precipitarea din soluţii, în apă distilată, cu concentraţii de 30% de fosfat acid de amoniu şi azotat de calciu tetrahidrat, la 38°C, timp de 60 min, sub agitare la 800 rpm, la unH controlat la 8...8,5, filtrarea, spălarea şi uscarea timp de 12 h la etuvă, urmată de calcinarea la 800°C, timp de 2 h, şi prepararea unei suspensii ceramice cu 75% solid, prin omogenizare cu poliacrilat de sodiu şi oxid de polietilenă, impregnarea unei spume polimerice, uscarea, sinterizarea şi sterilizareastructurii ceramice poroase rezultate, după care, într-o a doua etapă, se efectuează sitarea structurii ceramice pe site cu dimensiuni ale ochilor de 45...125 μm, 125...250 μm, 500...1000 μm şi 1000...2000 μm, rezultând un material reproductibil din β -TCP resorbabil, sub forma a patru tipodimensiuni, cu densităţi aparente în intervalul 1,186...0,7905 gt/cmc.

Description

Invenția se refera la un procedeu de obținere a unui material resorbabil din beta -

fosfat tricalcic (β-TCP), de tip granular, cu proprietăți regenerative utilizat in domeniul chirurgiei oralo-maxilofaciale si ortopedice, ca material de substituție osoasa.

Se cunosc materiale sintetice osteoconductive din categoria biomaterialelor ceramice, care sunt biocompatibile si asemanatoare cu matricea minerala osoasa, motiv pentru care au capatat o importanta din ce in ce mai mare in intervențiile clinice. Funcția lor principala este de suport pentru tesutul osos, permițând apariția de os nou pe suprafața, concomitent cu degradarea lor progresiva, in timp fiind înlocuite de os biologic. Condițiile impuse unor astfel de materiale includ biocompatibilitatea, biodegradabilitatea, resorbția ușoara, facilitarea circulației fluidelor, lipsa de reacții imunologice si antigenice.

Cele mai cunoscute materiale ceramice întâlnite in domeniul clinic sunt fosfatul tricalcic (β-TCP) si hidroxiapatita (HAP) și combinații ale acestora (β-TCP+Hap) (datorita similtitudinii chimice cu componenta minerala a osului); se diferențiază prin raportul de Ca/P. Fosfatul tricalcic are raportul molar Ca/P=1,5 iar hidroxiapatita 1,67. Cea mai importanta proprietate a compușilor fosfocalcici este solubilitatea in apa; cu cat un material este mai solubil decât matricea minerala osoasa cu atat va fi resorbit mai repede (ex. βTCP) si respectiv, cu cat un compus este mai puțin solubil cu atat va fi mai greu resorbit (ex.Hap).

Cele doua caracteristici importante ale compușilor fosfocalcici - biodegradabilitatea si resorbția sunt influențate de trei factori [1]:

1. Disolutia fizico-chimica, care depinde de solubilitatea materialului si de pH-ul mediului biologic. Se pot forma noi faze precum sunt: fosfat de calciu amorf, fosfat dicalic dihidrat, fosfat octocalcic; 2. Atac preferențial asupra legaturilor dintre particule si dezintegrarea fizica a particulelor de mici dimensiuni; 3. Factori biologici, ca exemplu se poate menționa fagocitoza, care cauzeaza scăderea locala a pH-ului, activitatea celulara si amplasarea implantului.

Raportat la ceilalți compuși fosfocalcici, fosfatul tricalcic este um material ideal pentru substituții osoase, in sensul ca, in afara de faptul ca acesta este biocompatibil si interactioneaza puternic cu osul, este un bun suport pentru remodelarea si regenerarea “in vivo” a oaselor si cartilagelor [2-10],

Procedeele cunoscute in prezent pentru elaborarea materialelor resorbabile din fosfat tricalcic, de tip granular, se deosebesc intre ele prin tehncile folosite si prin adaosurile

310-00 3 74-- rj

19-04-^11 de materii prime introduse in fluxul tehnologic. Parametrii cei mai importanți care influențează eficienta produselor finale sunt compoziția mi neralogica, dirnensinile granulelor si rata de degradare in timp.

Materialele resorbabile de tip granular cunoscute cu aplicații in chirurgia oralomaxilofaciale si ortopedica au fost obținute prin:

- metoda granulatiei. Metoda consta in obținerea unei masa fiabila sfarmicioasa prin amestecarea pulberii de beta-TCP cu un agent de formare al porilor si o soluție de granulare, trecerea materialului printr-o sita pentru a forma granule si sinterizarea granulelor uscate la 1150°C, intr-o perioada timp de 51 ore [11];

- elaborarea unei suspensii prin agitarea intr-un mixer cu lame de taiere a unei soluții in care s-a adaugat pulbere de fosfat tricalcic; la adjustarea dimensiunii granulelor nu se utilizează agenti porogeni, dispersanti sau solvenți organici [12];

- obținerea unei suspensii ceramice pornind de la pulbere de β-TCP, agenti porogeni, soluție de gelatina si mediu de dispersie. Suspensia obtinuta se adauga in ulei de porumb si se agita cu 400rpm. După separarea granulelor sferice prin filtrare, granulele se spala cu hexan si acetona pentru a înlătură uleiul de porumb. Granulele uscate se ard in cuptor la 1080°C [13];

- obținerea unei material prin amestecarea unei pulberi de fosfat de calciu cu carboxilmetilceluloza, acid citric si fosfat disodic (la un pH cuprins in intervalul 3-8). Materialului este sinterizat la 1250-1700°C, pentru 3 ore, după care este sfarmat [14];

- obținerea granulelor sferice. Metoda cuprinde doua etape de procesare. In prima etapa se obțin particule granulare, prin uscarea la 80°, timp de 36 ore a suspensiei formate din pulbere si soluție de metil celuloza. Materialul uscat se sfarama intr-un mojar, se separa pe site cu dimensiuni cuprinse in intervalul 0,2-1 mm si se calcineaza la 700°C, timp de 2 ore. Particulele granulare se introduc in moara cu bile si se rotesc un timp de 12 ore la viteza de 100 vrot/min. Granulele obținute se siteaza si se ard la 1200°C, timp de 4 ore [16].

Procedeele de preparare a materialelor cunoscute prezintă următoarele dezavantaje:

- se utilizează adaosuri care nu sunt biocompatibile [13];

- prezintă dificultăți in realizarea unei reproductibilitati a dimensiunilor granulelor [12,14,16];

- procedeele sunt costisitoare si neeficiente din punct de vedere termic [11-13,16];

- procedeele sunt laboriaose [11,13,16];

- temperatura ridicata de sinterizare reduce rata de resorbție a produsului [14,15].

^*23 1 1 - 0 0 3 7 4 --

9 -04- 2011

Problema pe care o rezolva invenția consta in elaborarea unui procedeu ieftin eficient si ecologic de preparare a unui material resorbabil pe baza de β-TCP, de tip granular, cu patru tipo-dimensiuni cuprinse in intervalul 45-125pm, 125-250 pm, 500lOOOpm, 1000-2000pm, compoziția chimica reprezentata de β-TCP ca faza unica, cu densități aparente in intervalul 1.186 - 0.7905 g/cm³, cu forme rugoase, colțuroase si cu caracteristici superioare din punctul de vedere al biocompatibilitatii, resorbabilitatii si activitatilor regenerative, cu caracteristici funcționale superioare in refacerea țesuturilor osoase.

Procedeul conform invenției înlătură dezavantajele menționate, prin aceea ca, in scopul obținerii unui material resorbabil pe baza de β-TCP, de tip granular, in prima etapa, realizează, o structura ceramica poroasa din β-TCP cu un raport molar Ca/P = 1,5 si dimensiunea porilor in intervalul 50 - 600 pm, iar in a doua etapa, realizează o sitare a structurii ceramice poroase, pe site cu dimensiunile ochilor cuprinse in intervalul 45-125pm, 125 - 250pm, 500-1 OOOpm, 1000-2000pm; in acest scop, se prepara prin precipitare, pulberi de β-TCP pornind de la doua soluții 30% (% gravimetrice) de (ΝΗ^ΗΡΟα, respectiv Ca(NO₃)₂ ·4Η₂Ο, obținute din apa distilata si reactivi cu puritate 99,9 %, care se amesteca mecanic la un agitator cu 800 rpm, la temperatura de 38 °C, timp de 60 minute, menținând pH-ul in intervalul 8-8,5; precursorul obtinut se filtrează, se spala cu apa distilata, se usucă in etuva timp de 12 ore si se calcineza in aer la 800 °C, timp de doua ore; din aceasta pulbere se obține o suspensie apoasa cu un continui de 75 % solid, prin omogenizarea pulberii in prezenta a 0.1...1 % (% gravimetrice fata de solid) poliacrilat de sodiu, cu rol de dispersant si 0.1...1% (% gravimetrice fata de solid) oxid de polietilena, cu rol de liant; cu suspensia astfel obtinuta se impregnează o spuma poiimerica, care se usucă in aer la temperatura camerei timp de 2 zile si se sinterizeaza timp de 2 ore la 1000°C; structura ceramica poroasa astfel obtinuta se sterilizează prin iradiere timp de 60 de minute cu lumina din spectru UV la λ = 254 nm; structura ceramica poroasa este sfarmata iar in final se trece pe site standardizate, pentru a obține un material resorbabil pe baza de β-TCP, de tip granular, cu dimensiunile stabilite; prin acest procedeu se obține un material resorbabil pe baza de β-TCP, de tip granular, cu patru tipo-dimensiuni cuprinse in intervalul 45-125pm, 125-250 pm, 500-1 OOOpm, 1000-2000pm, compoziția chimica reprezentata de β-TCP ca faza unica, cu densități aparente in intervalul 1.186 - 0.7905 g/cm³, cu forme rugoase, colțuroase si cu caracteristici superioare din punctul de vedere al biocompatibilitatii, resorbabilitatii si activitatilor regenerative.

fi %- 2 0 1 1-00374-1 9 -04- 23Î1

Procedeul conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- este reproductibil din punct de vedere al compoziției chimice: si al caracteristicilor fizico-mecanice ale produselor finale;

- este eficient in sensul ca folosește materii prime si materiale ieftine, consumuri energetice reduse;

- pentru procesare se utilizează dispozitive obișnuite din domeniul chimiei anorganice si nu necesita investiții mari la introducerea in fabricație;

- permite obținerea unor dispozitive medicale avansate, pe baza de β-TCP, cu caracteristici funcționale superioare: biocompatibilitate, bioresorbabilitate totala si regenerative.

Se prezintă in continuare patru exemple de realizare a invenției.

Exemplul 1.

In prima etapa, pentru a obține 50g material resorbabil din β-TCP, de tip granular, cu dimensiuni de 45-125 pm, se prepara 50 g pulbere pe baza de β-TCP pornind de la o soiutie 30% (NH₄)₂HPO₄, care se adauga peste o soiutie 30% Ca(NC>3)2 4H₂O, se amesteca la o temperatura de 38°C, la un agitator cu 800rpm, timp de 60 de minute, menținând pH-ul in intervalul 8-8,5, cu ajutorul unei soluții de NH₄OH. Precipitatul se filtrează, se spala cu apa distilata, se usucă in etuva timp de 12 ore, după care se calcineza in aer la 800 °C, timp de doua ore. Din pulberea obtinuta se prepara o suspensie ceramica stabila cu un conținut de 75% solid, prin omogenizarea timp de 30 minute a pulberii ceramice cu 0.075 g poliacrilat de sodiu si 0.075 g oxid de polietilena in 25 ml apa bidistilata. Cu suspensia astfel obtinuta se impregnează spuma polimerica, se usucă in aer la temperatura camerei timp de 2 zile si se sinterizeaza timp de 2 ore la 1000 °C. Structura ceramica poroasa astfel obtinuta se sterilizează prin iradiere timp de 60 minute, cu lumina din spectru UV la λ = 254 nm. In a doua etapa, structura ceramica poroasa sfarmata este trecuta prin doua site cu dimensiuni ale ochiurilor de 45 si respectiv 125pm, timp de 5 minute.

Prin acest procedeu se obține un material resorbabil din β-TCP, de tip granular, cu dimensiunea cuprinsa in intervalul 45-125pm, cu densitatea aparenta=1.186 g/cm³, cu compoziția chimica reprezentata de β-TCP ca faza unica, cu suprafețe rugoase, colțuroase si cu proprietăți superioare din punct de vedere al biocompatibilitatii, resorbabilitatii si activitatilor regenerative.

Λ‘2 Ο 1 1-00374-1 9 -04- zoii

Exemplul 2.

In prima etapa, pentru a obține 50g material resorbabil din β-TCP, de tip granular, cu dimensiuni de 125-250 pm, se prepara o structura ceramica poroasa conform Exemplului 1, iar in a doua etapa, se sfarama si se siteaza, pe sitele de 125 si 250 pm, timp de 5 minute, la un dispozitiv de sitare mecanic. După sitare, produsul final se sterilizează prin iradiere timp de 60 minute cu lumina din spectru UV la λ = 254 nm.

Prin acest procedeu se obține un material resorbabil din β-TCP, de tip granular, cu dimensiunea cuprinsa in intervalul 125-250pm, cu densitatea aparenta=1.146 g/cm³, cu compoziția chimica reprezentata de β-TCP ca faza unica, cu suprafețe rugoase, colțuroase si cu proprietăți superioare din punct de vedere al biocompatibilitatii, resorbabilitatii si activitatilor regenerative.

Exemplul 3.

In prima etapa, pentru a obține 50g material resorbabil din β-TCP, de tip granular, cu dimensiuni de 500-1000 pm, se prepara o structura ceramica poroasa conform Exemplului 1, iar in a doua etapa, se sfarama si se siteaza, pe sitele de 500 si 1000 pm, timp de 5 minute, la un dispozitiv de sitare mecanic. După sitare, produsul final se sterilizează prin iradiere timp de 60 de minute cu lumina din spectru UV la λ = 254 nm.

Prin acest procedeu se obține un material resorbabil din β-TCP, de tip granular, cu dimensiunea cuprinsa in intervalul 500-1 OOOpm, cu densitatea aparenta=0.887 g/cm³, cu compoziția chimica reprezentata de β-TCP ca faza unica, cu suprafețe rugoase, colțuroase si cu proprietăți superioare din punct de vedere al biocompatibilitatii, resorbabilitatii si activitatilor regenerative.

Exemplul 4.

In prima etapa, pentru a obține 50g material resorbabil din β-TCP, de tip granular, cu dimensiuni de 1000-2000 pm, se prepara o structura ceramica conform Exemplului 1, iar in a doua etapa, se sfarama si se siteaza, pe sitele de 1000 si 2000 pm, timp de 5 minute, la un dispozitiv de sitare mecanic. După sitare, produsul final se sterilizează prin iradiere timp de 60 de minute cu lumina din spectru UV la λ = 254 nm.

Prin acest procedeu se obține un material resorbabil din β-TCP, de tip granular, cu dimensiunea cuprinsa in intervalul 1000-2000pm, cu densitatea aparenta=0.790 g/cm³, cu compoziția chimica reprezentata de β-TCP ca faza unica, cu suprafețe rugoase, colțuroase si cu proprietăți superioare din punct de vedere al biocompatibilitatii, resorbabilitatii si activitatilor regenerative ν 2 0 1 1 - 0 0 3 7 4 -1 9 -04- 2i)li

In concluzie, procedeul conform invenției, in scopul obținerii a unui material resorbabil din β-TCP, de tip granular, in prima etapa, realizează, o structura ceramica poroasa din β-TCP cu un raport molar Ca/P = 1,5 si dimensiunea porilor in intervalul 50 600 pm, iar in a doua etapa, realizează o sitare a structurii ceramice poroase, pe site cu dimensiuni ale ochiurilor cuprinse in intervalul 45-125pm, 125 - 250pm, 500-1 OOOpm, 10002000pm.

Prin acest procedeu, conform invenției se obține un material resorbabil din β-TCP, de tip granular cu dimensiuni cuprinse in intervalul 45-125pm, 125-250 pm, 500-1000pm, 1000-2000pm, compoziția chimica reprezentata de β-TCP ca faza unica, cu densități aparente in intervalul 1.186 - 0.7905 g/cm³, cu forme ruguroase, colțuroase si cu caracteristici superioare din punctul de vedere al biocompatibilitatii, resorbabilitatii si al activitatilor regenerative.

Claims

1. Procedeu de obținere a unui material resorbabil din beta - fosfat tricalcic (β-TCP), de tip granular, caracterizat prin aceea ca, in scopul obținerii a unui material cu proprietăți funcționale superioare, sub forma a patru tipo-dimensiuni cuprinse in intervalul 45-2000pm, in prima etapa, se obțin pulberi de beta - fosfat tricalcic prin precipitare din soluții cu concentrații de 30 % (NhUhHPCU, si respectiv 30 % Ca(NO3)2 .4H2O, obținute din apa distilata si reactivi cu puritate 99,9 %, care se amesteca energic la un agitator cu 800 rpm, la temperatura de 38 °C, timp de 60 minute, menținând pH-ul in intervalul 8-8,5, filtrarea si spalarea precipitatului cu apa distilata, uscarea in etuva timp de 12 ore si calcinarea in aer la 800 °C, timp de doua ore, prepararea din pulberea obtinuta a unei suspensii ceramice cu un continui de 75 % solid printr-o omogenizare timp de 30 minute in prezenta a 0,1...1 % (% gravimetrice fata de solid) poliacrilat de sodiu, cu rol de dispersant si a unui adaos de 0,1 ...1 % (% gravimetrice fata de solid) oxid de polietilena, cu rol de liant, impregnarea unei spume polimerice, usucarea in aer la temperatura camerei, timp de doua zile, sinterizarea in cuptor si sterilizarea prin iradiere timp de 60 minute cu lumina din spectru UV la λ = 254 nm.

2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceeea ca, in scopul obținerii unui material resorbabil din β-TCP, de tip granular, reproductibil, cu densități aparente in intervalul 1.186 - 0.7905 g/cm³, in a doua etapa tehnologica, structura ceramica poroasa, obtinuta după arderea acestei structuri la temperatura 1000°C, pentru 2 ore, se sfarama si se siteaza utilizând site cu dimensiuni ale ochiurilor cuprinse in intervalele 45-125pm, 125250 pm, 500-1 OOOprn, 1000-2000pm.