RU2297249C1 - Способ получения композиционного материала для заполнения костных дефектов - Google Patents
Способ получения композиционного материала для заполнения костных дефектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2297249C1 RU2297249C1 RU2005131360/15A RU2005131360A RU2297249C1 RU 2297249 C1 RU2297249 C1 RU 2297249C1 RU 2005131360/15 A RU2005131360/15 A RU 2005131360/15A RU 2005131360 A RU2005131360 A RU 2005131360A RU 2297249 C1 RU2297249 C1 RU 2297249C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thirty
- collagen
- gelatin
- polyvinyl alcohol
- solution
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области медицины и касается производства материалов, используемых в травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии. Способ получения композиционного материала для заполнения костных дефектов заключается в инфильтрации в пористую керамическую матрицу из кальций фосфатной керамики с соотношением Ca/P от 1,5 до 1,67 раствора коллагена, или желатина, или поливинилового спирта концентрацией от 4 до 10% под вакуумом от 0,1 до 3,0 Па с выдержкой от 10 до 30 мин при температуре раствора от 20 до 75°C с последующей сушкой композиции в течение до 24 часов. Предлагаемый способ позволяет повысить прочность керамики в 5-6 раз, а также сокращается длительность технологического процесса. 3 табл.
Description
Изобретение относится к области керамических материалов для медицины, а именно травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, и может использоваться для изготовления материалов, предназначенных для заполнения костных дефектов.
Применение кальций фосфатной керамики в качестве материала для имплантатов, несущих механические нагрузки, часто невозможно из-за недостаточных прочностных характеристик и трещиностойкости. Поскольку естественная костная ткань является композиционным материалом, состоящим из гидроксиапатита, коллагена и других белков, то значительные перспективы для повышения механических свойств кальций фосфатной керамики, предназначенной для изготовления костных имплантатов, имеет принцип формирования композиционных структур.
Известны работы (1-5), направленные на создание композитов гидроксиапатит-биополимер, которые по составу схожи с естественной костью. Композиты могут быть изготовлены посредством смешивания порошка гидроксиапатита с раствором коллагена и последующим затвердеванием смеси под УФ-излучением или прессованием смеси гидроксиапатит-коллаген при температуре 40°С и давлении 200 МПа. Однако полученные материалы имеют низкие прочностные характеристики, например прочность при растяжении равна 6,5 МПа, а модуль Юнга 2 ГПа. Прочностные свойства большинства композитов гидроксиапатит-коллаген неудовлетворительны. В то же время эти материалы имеют более высокую биоактивность, нежели гидроксиапатит и биополимер-коллаген. Используя коллаген, можно создавать материалы с контролируемой резорбируемостью. Коллаген или желатин часто используют как материал-носитель лекарственных средств пролонгированного действия (5).
Известен метод, основанный на инфильтрации водного раствора мономера ε-капролактон в пористый апатитовый цемент под высоким вакуумом с последующей его in situ полимеризацией при температуре 120 или 80°С и выдержкой 10 или 60 дней соответственно. Способ позволяет повысить прочность при растяжении пористого апатитового цемента лишь максимально в 3,7 раза. Недостатком способа является также длительность технологического процесса (6).
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение прочности пористой спеченной керамики фосфата кальция в 5-6 раз и сокращение длительности технологического процесса упрочнения керамики.
Для достижения технического результата предлагается осуществлять инфильтрацию в пористую спеченную кальций фосфатную керамическую матрицу с соотношением Ca/P=1,5 (трехкальциевый фосфат) до 1,67 (гидроксиапатит) водных растворов коллагена, желатина и поливинилового спирта концентрацией от 4 до 10% в вакууме от 0,1 до 3,0 Па в течение 10 и 30 мин при температуре раствора от 20 до 75°C с последующей сушкой композиции при комнатной температуре 24 ч.
Пример 1. Образцы пористой керамики из гидроксиапатита (Ca/P=1,67) подвергали инфильтрации в 1, 4, 7 и 10%-ных растворах коллагена в дистиллированной воде под вакуумом при остаточном давлении 1,33 Па в течение 10 и 30 мин. Температура раствора варьировалась от 25 до 75°С. Затем полученные образцы извлекались из вакуум-сосуда, удаляли с их поверхности избыточную жидкость влажной хлопчатобумажной тканью и сушили на воздухе 20 часов при комнатной температуре.
Пример 2. Образцы пористой керамики из трехкальциевого фосфата (Ca/P=1,5) подвергали инфильтрации в 1, 4, 7 и 10%-ных растворах желатина в дистиллированной воде под вакуумом при остаточном давлении 1,33 Па в течение 10 и 30 мин. Температура раствора варьировалась от 25 до 75°С. Затем полученные образцы извлекались из вакуум-сосуда, удаляли с их поверхности избыточную жидкость влажной хлопчатобумажной тканью и сушили на воздухе 24 часа при комнатной температуре.
Пример 3. Образцы пористой керамики из гидроксиапатита (Ca/P=1,67) подвергали инфильтрации в 1, 4, 7 и 10%-ных растворах поливинилового спирта в дистиллированной воде под вакуумом при остаточном давлении 1,33 Па в течение 10 и 30 мин. Температура раствора варьировалась от 25 до 75°С. Затем полученные образцы извлекались из вакуум-сосуда, удаляли с их поверхности избыточную жидкость влажной хлопчатобумажной тканью и сушили на воздухе 24 часа при комнатной температуре.
В таблицах 1, 2 и 3 приведены свойства композиционных материалов, полученных при различных режимах процесса. Инфильтрация полимера в керамику приводит к повышению прочности до 6 раз. Эффект повышения прочности зависит от свойств полимера, а также от технологических условий эксперимента. При уровне вакуума менее 0,1 Па резко снижается пористость матрицы, а при уровне более 3,0 Па не происходит существенного упрочнения материала. При концентрации раствора биополимера менее 4% не достигается повышение прочности, а при концентрации более 10% инфильтрация полимера затруднена. При температуре раствора ниже 25°С процесс пропитки не реализуем из-за быстрого твердения раствора, а при температуре выше 75°С происходит частичное разложение биополимера. Длительность сушки 24 часа вполне достаточна для удаления воды из композиционного материала.
Таблица 1 Состав и свойства материалов |
||||||
Полимер | Концентрация раствора, % | Температура раствора, °С | Время пропитки, мин | Вакуум, Па | Предел прочности при растяжении, МПа | |
1 (пористая керамика) | - | - | - | - | - | 1,02-2,23 |
2 | Коллаген | 1 | 25 | 10 | 1 | 2,61 |
3 | Коллаген | 4 | 25 | 10 | 1 | 2,65 |
4 | Коллаген | 7 | 25 | 10 | 1 | 2,57 |
5 | Коллаген | 10 | 25 | 10 | 1 | 3,77 |
6 | Коллаген | 1 | 30 | 10 | 1 | 2,59 |
7 | Коллаген | 4 | 30 | 10 | 1 | 2,83 |
8 | Коллаген | 7 | 30 | 10 | 1 | 2,65 |
9 | Коллаген | 10 | 30 | 10 | 1 | 4,45 |
10 | Коллаген | 1 | 30 | 30 | 1 | 4,02 |
11 | Коллаген | 4 | 30 | 30 | 1 | 4,94 |
12 | Коллаген | 7 | 30 | 30 | 1 | 4,33 |
13 | Коллаген | 10 | 30 | 30 | 1 | 4,50 |
14 | Коллаген | 4 | 50 | 30 | 1 | 6,37 |
15 | Коллаген | 4 | 75 | 30 | 1 | 7,98 |
16 | Коллаген | 4 | 50 | 30 | 3 | 7,15 |
17 | Коллаген | 4 | 15 | 30 | 3 | 2,55 |
18 | Коллаген | 20 | 30 | 30 | 3 | 2,17 |
19 | Коллаген | 4 | 100 | 30 | 3 | - |
20 | Коллаген | 4 | 50 | 30 | 0,05 | 9,13 |
21 | Коллаген | 4 | 50 | 30 | 3,5 | 2,01 |
Таблица 2 Состав и свойства материалов |
||||||
Полимер | Концентрация раствора, % | Температура раствора, °С | Время пропитки, мин | Вакуум, Па | Предел прочности при растяжении, МПа | |
1 (пористая керамика) | - | - | - | - | - | 1,02-2,23 |
2 | Желатин | 1 | 25 | 10 | 1 | 2,25 |
3 | Желатин | 4 | 25 | 10 | 1 | 2,75 |
4 | Желатин | 7 | 25 | 10 | 1 | 3,99 |
5 | Желатин | 10 | 25 | 10 | 1 | 5,65 |
6 | Желатин | 1 | 30 | 10 | 1 | 2,77 |
7 | Желатин | 4 | 30 | 10 | 1 | 4,08 |
8 | Желатин | 7 | 30 | 10 | 1 | 6,25 |
9 | Желатин | 10 | 30 | 10 | 1 | 7,34 |
10 | Желатин | 1 | 30 | 30 | 1 | 4,78 |
11 | Желатин | 4 | 30 | 30 | 1 | 6,21 |
12 | Желатин | 7 | 30 | 30 | 1 | 7,01 |
13 | Желатин | 10 | 30 | 30 | 1 | 7,30 |
14 | Желатин | 4 | 50 | 30 | 1 | 7,16 |
15 | Желатин | 4 | 75 | 30 | 1 | 8,35 |
16 | Желатин | 4 | 50 | 30 | 3 | 7,15 |
17 | Желатин | 4 | 15 | 30 | 3 | 9,20 |
18 | Желатин | 20 | 30 | 30 | 3 | 2,14 |
19 | Желатин | 4 | 100 | 30 | 3 | - |
20 | Желатин | 4 | 50 | 30 | 0,05 | 8,56 |
21 | Желатин | 4 | 50 | 30 | 3,5 | 3,02 |
Таблица 3 Состав и свойства материалов |
||||||
Полимер | Концентрация раствора, % | Температура раствора, °С | Время пропитки, мин | Вакуум, Па | Предел прочности при растяжении, МПа | |
1 (пористая керамика) | - | - | - | - | - | 1,02-2,23 |
2 | Поливиниловый спирт | 1 | 25 | 10 | 1 | 1,33 |
3 | Поливиниловый спирт | 4 | 25 | 10 | 1 | 1,76 |
4 | Поливиниловый спирт | 7 | 25 | 10 | 1 | 2,87 |
5 | Поливиниловый спирт | 10 | 25 | 10 | 1 | 3,97 |
6 | Поливиниловый спирт | 1 | 30 | 10 | 1 | 1,41 |
7 | Поливиниловый спирт | 4 | 30 | 10 | 1 | 1,99 |
8 | Поливиниловый спирт | 7 | 30 | 10 | 1 | 2,56 |
9 | Поливиниловый спирт | 10 | 30 | 10 | 1 | 4,09 |
10 | Поливиниловый спирт | 1 | 30 | 30 | 1 | 1,92 |
11 | Поливиниловый спирт | 4 | 30 | 30 | 1 | 2,36 |
12 | Поливиниловый спирт | 7 | 30 | 30 | 1 | 4,07 |
13 | Поливиниловый спирт | 10 | 30 | 30 | 1 | 5,05 |
14 | Поливиниловый спирт | 4 | 50 | 30 | 1 | 3,69 |
15 | Поливиниловый спирт | 4 | 75 | 30 | 1 | 4,01 |
16 | Поливиниловый спирт | 4 | 50 | 30 | 3 | 4,99 |
17 | Поливиниловый спирт | 4 | 15 | 30 | 3 | 1,87 |
18 | Поливиниловый спирт | 20 | 30 | 30 | 3 | 2,56 |
19 | Поливиниловый спирт | 4 | 100 | 30 | 3 | - |
20 | Поливиниловый спирт | 4 | 50 | 30 | 0,05 | 7,43 |
21 | Поливиниловый спирт | 4 | 50 | 30 | 3,5 | 2,45 |
Источники информации
1. Bakos D., Soldan M., Hemandez-Fuentes I. Hydroxyapatite-collagen-hyaluronic acid composite // Biomaterials. 1999. V.20. P.191-195.
2. Sotome S., Uemura Т., Kikuchi M., Chen J., Itoh S., Tanaka J., Tateishi Т., Shinomiya K. Synthesis and in vivo evaluation of a novel hydroxyapatite/collagen-alginate as a bone filler and a drug delivery carrier of a bone morphogenetic protein // Mater. Sci. Eng. C. 2004. V.24, N3. P.341-347.
3. Zhang L., Feng X., Liu H., Qian D., Zhang L., Yu X., Cui F. Hydroxyapatite/collagen composite materials formation in simulated body fluid environment // Mater. Lett. 2004. V.58, №5. P.719-722.
4. Kikuchi M., Matsumoto H.N., Yamada Т., Koyama Y., Takakuda K., Tanaka J. Glutaraldehyde cross-linked hydroxyapatite/collagen self-organized nanocomposites // Biomaterials. 2004. V.25, N1. P.63-69.
5. Suchanek W., Yoshimura M. Processing and properties of HA-based biomaterials for use as hard tissue replacement implants // J.Mater. Res. Soc. 1998. V.13, №1. P.94-103.
6. Walsh D., Furuzono Т., Tanaka J. Preparation of porous composite implant materials by in situ polymerization of porous apatite containing ε-caprolactone or methylmethacrylate. Biomaterials. 2001. V.22, N11. P.1205-1212.
Claims (1)
- Способ получения композиционного материала для заполнения костных дефектов, заключающийся в инфильтрации в пористую керамическую матрицу из кальций фосфатной керамики с соотношением Ca:P от 1,5 до 1,67 раствора коллагена или желатина или поливинилового спирта концентрацией от 4 до 10% под вакуумом от 0,1 до 3,0 Па с выдержкой от 10 до 30 мин при температуре раствора от 20 до 75°C с последующей сушкой композиции в течение до 24 ч.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005131360/15A RU2297249C1 (ru) | 2005-10-12 | 2005-10-12 | Способ получения композиционного материала для заполнения костных дефектов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005131360/15A RU2297249C1 (ru) | 2005-10-12 | 2005-10-12 | Способ получения композиционного материала для заполнения костных дефектов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2297249C1 true RU2297249C1 (ru) | 2007-04-20 |
Family
ID=38036777
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005131360/15A RU2297249C1 (ru) | 2005-10-12 | 2005-10-12 | Способ получения композиционного материала для заполнения костных дефектов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2297249C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494076C1 (ru) * | 2012-02-29 | 2013-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук | Способ упрочнения пористой кальцийфосфатной керамики |
RU2631594C1 (ru) * | 2016-10-06 | 2017-09-25 | Владимир Николаевич Горшенёв | Способ получения гидроксиапатит-коллагенового композита |
RU2748991C1 (ru) * | 2020-10-19 | 2021-06-02 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы «Научно-исследовательский институт скорой помощи им. Н.В. Склифосовского Департамента здравоохранения города Москвы» (ГБУЗ "НИИ СП ИМ. Н.В.СКЛИФОСОВСКОГО ДЗМ") | Способ насыщения коллагеном трансплантата костной ткани |
-
2005
- 2005-10-12 RU RU2005131360/15A patent/RU2297249C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
WALSH D., FURUZONO Т., TANAKA J. Preparation of porous composite implant. materials by in siti polimerization of porous apatite containing caprolactone or methylmehacrylate. Biomaterials. 2001, v.22, № 11, p.1205-1212. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494076C1 (ru) * | 2012-02-29 | 2013-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук | Способ упрочнения пористой кальцийфосфатной керамики |
RU2631594C1 (ru) * | 2016-10-06 | 2017-09-25 | Владимир Николаевич Горшенёв | Способ получения гидроксиапатит-коллагенового композита |
RU2748991C1 (ru) * | 2020-10-19 | 2021-06-02 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы «Научно-исследовательский институт скорой помощи им. Н.В. Склифосовского Департамента здравоохранения города Москвы» (ГБУЗ "НИИ СП ИМ. Н.В.СКЛИФОСОВСКОГО ДЗМ") | Способ насыщения коллагеном трансплантата костной ткани |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ahlfeld et al. | Bioprinting of mineralized constructs utilizing multichannel plotting of a self-setting calcium phosphate cement and a cell-laden bioink | |
Guo et al. | Hybrid nanostructured hydroxyapatite–chitosan composite scaffold: Bioinspired fabrication, mechanical properties and biological properties | |
JP4873555B2 (ja) | アパタイト/コラーゲン複合体繊維を含む多孔体の製造方法 | |
KR101508285B1 (ko) | 복합 골 복구물질 | |
US20100247605A1 (en) | Three Dimensional Cell Protector/Pore Architecture Formation for Bone and Tissue Constructs | |
WO2015113482A1 (zh) | 矿化胶原复合骨粘合及填充材料 | |
KR100807108B1 (ko) | 다공성의 β-인산삼칼슘 과립의 제조 방법 | |
US20070071728A1 (en) | Biomimetic nanocomposite | |
Gao et al. | Hydrogel composite scaffolds with an attenuated immunogenicity component for bone tissue engineering applications | |
WO2020206799A1 (zh) | 三维生物打印墨水的制备方法及其应用 | |
JP5578499B2 (ja) | リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料並びにその製法及びハイブリッド材料を用いたインプラント | |
US8871167B2 (en) | Biocompatible ceramic-polymer hybrids and calcium phosphate porous body | |
Zhang et al. | Surface-treated 3D printed Ti-6Al-4V scaffolds with enhanced bone regeneration performance: An in vivo study | |
Raja et al. | Effect of porosity and phase composition in 3D printed calcium phosphate scaffolds on bone tissue regeneration in vivo | |
Ding et al. | Calcium phosphate bone cement with enhanced physicochemical properties via in situ formation of an interpenetrating network | |
CN109331223B (zh) | 一种载药生物活性玻璃复合磷酸钙骨水泥及其应用 | |
Lei et al. | Biphasic ceramic biomaterials with tunable spatiotemporal evolution for highly efficient alveolar bone repair | |
RU2297249C1 (ru) | Способ получения композиционного материала для заполнения костных дефектов | |
KR101019741B1 (ko) | 골대체용 복합재료의 제조방법 | |
CN112156227A (zh) | 骨充填材料的组合物、预备品以及它们的制备方法和应用 | |
EP3111967A1 (en) | High strength synthetic bone for bone replacement for increasing compressive strength and facilitating blood circulation, and manufacturing method therefor | |
KR101815367B1 (ko) | 균일하게 분산된 인산칼슘계 마이크로스피어를 포함하는 아크릴계 골시멘트 복합체 및 이의 제조방법 | |
KR101176793B1 (ko) | 실크 피브로인 가수분해물과 pmma를 함유하는 생체적합성 골 시멘트 조성물 | |
KR102458881B1 (ko) | 콜라겐, 및 폴리카프로락톤을 포함하는 치유성이 개선된 다공성 치주조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법 | |
Cui et al. | Physicochemical properties and biocompatibility of PZL/PLGA/bioglass composite scaffolds for bone tissue engineering |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HK4A | Changes in a published invention | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191013 |