RU2303580C2 - Method for manufacturing hydroxyapatite ceramics with bimodal distribution of pores - Google Patents
Method for manufacturing hydroxyapatite ceramics with bimodal distribution of pores Download PDFInfo
- Publication number
- RU2303580C2 RU2303580C2 RU2005131361/03A RU2005131361A RU2303580C2 RU 2303580 C2 RU2303580 C2 RU 2303580C2 RU 2005131361/03 A RU2005131361/03 A RU 2005131361/03A RU 2005131361 A RU2005131361 A RU 2005131361A RU 2303580 C2 RU2303580 C2 RU 2303580C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pores
- hydroxyapatite
- microns
- manufacturing
- gelatin
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области керамических материалов для медицины, а именно к травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, и может использоваться для изготовления материалов, предназначенных для заполнения костных дефектов.The invention relates to the field of ceramic materials for medicine, namely to traumatology and orthopedics, maxillofacial surgery and surgical dentistry, and can be used for the manufacture of materials designed to fill bone defects.
Керамика медицинского назначения должна иметь взаимопроникающие поры диаметром не менее 100-135 мкм, чтобы обеспечивать доступ крови к контактным поверхностям, а также прорастание и фиксацию костной ткани [1]. Поры размера менее 50 мкм также необходимы, поскольку они способствуют повышению адсорбции протеинов и адгезии остеогенных клеток.Ceramics for medical purposes should have interpenetrating pores with a diameter of at least 100-135 microns to ensure access of blood to contact surfaces, as well as germination and fixation of bone tissue [1]. Pores smaller than 50 microns are also necessary because they contribute to increased protein adsorption and adhesion of osteogenic cells.
Известно большое число исследований по технологии пористой керамики на основе гидроксиапатита. Пористую керамику получают, в основном, методом выгорающих добавок; пропиткой и последующим обжигом органических (полиуретановых) губок, либо вспениванием, например при введении пероксида водорода [2-7]. При этом пористость, например, при использовании додецилбензолсульфоната натрия достигает до 50-60%, а в случае глицина или агар-агара - порядка 80% [8]. Также используют коралл (основное вещество СаСО3), который в ходе гидротермальной обработки переходит в гидроксиапатит (250°С, 24-48 ч), сохраняя исходную микроструктуру и открытую пористость [9]. Известно использование желатина при получении микрогранул гидроксиапатит - желатин [10]. При нагревании свыше 160°С желатин удаляют, образуя поры.A large number of studies are known on the technology of porous ceramics based on hydroxyapatite. Porous ceramics are obtained mainly by the method of burnable additives; impregnation and subsequent firing of organic (polyurethane) sponges, or foaming, for example, with the introduction of hydrogen peroxide [2-7]. Moreover, porosity, for example, when using sodium dodecylbenzenesulfonate reaches up to 50-60%, and in the case of glycine or agar-agar - about 80% [8]. Coral (the main substance of CaCO 3 ) is also used, which, during hydrothermal treatment, passes into hydroxyapatite (250 ° C, 24–48 h), while maintaining the initial microstructure and open porosity [9]. It is known to use gelatin in the preparation of hydroxyapatite – gelatin microgranules [10]. When heated above 160 ° C, the gelatin is removed, forming pores.
Наиболее близким к предполагаемому техническому решению является способ изготовления пористой гидроксиапатитовой керамики, включающий смешение порошка гидроксиапатита, имеющего размер частиц 63 мкм, 25-37 мас.% порообразующей добавки - муки с размером частиц 0,04-0,2 мкм, одноосное и холодное изостатическое прессование смеси и последующее спекание при температурах 1200 и 1250°С [2]. Способ позволяет получать керамику с открытой пористостью 22,8-44,0% и со средним размером пор от 0,51 до 1,94 мкм. Недостаток способа заключается в том, что он не позволяет получать керамику с бимодальной пористостью: крупными порами размером более 100 мкм и тонкими порами размером менее 10 мкм.Closest to the proposed technical solution is a method of manufacturing a porous hydroxyapatite ceramic, comprising mixing a hydroxyapatite powder having a particle size of 63 microns, 25-37 wt.% Pore-forming additives - flour with a particle size of 0.04-0.2 microns, uniaxial and cold isostatic pressing the mixture and subsequent sintering at temperatures of 1200 and 1250 ° C [2]. The method allows to obtain ceramics with an open porosity of 22.8-44.0% and with an average pore size of from 0.51 to 1.94 microns. The disadvantage of this method is that it does not allow to obtain ceramics with bimodal porosity: large pores larger than 100 microns and thin pores smaller than 10 microns.
Технический результат предлагаемого изобретения - пористая гидроксиапатитовая керамика, содержащая тонкие размером менее 10 мкм и крупные взаимопроникающие размером более 100 мкм поры в количестве от 41 до 70 об.%.The technical result of the invention is a porous hydroxyapatite ceramic containing thin pores with a size of less than 10 microns and large interpenetrating pores with a size of more than 100 microns in an amount of from 41 to 70 vol.%.
Для достижения технического результата изготавливают сферические гранулы диаметром 400-600 мкм, содержащие порошок гидроксиапатита и желатин при соотношении этих компонентов от 1:0,1 до 1:0,3, формируют из них сырые заготовки прессованием до открытой межгранульной пористости 30-54 об.% и подвергают заготовки термической обработке при температуре от 900 до 1250°С для выжигания желатина и спекания частиц порошка гидроксиапатита внутри гранул и припекания гранул между собой. В результате получают керамику с внутригранульными порами, размером менее 10 мкм, образующимися за счет выжигания желатина, и межгранульными порами размером более 100 мкм, создаваемыми укладкой гранул.To achieve a technical result, spherical granules with a diameter of 400-600 μm are made, containing hydroxyapatite powder and gelatin with a ratio of these components from 1: 0.1 to 1: 0.3, they form crude preforms by pressing to an open intergranular porosity of 30-54 vol. % and subjected to preform heat treatment at a temperature of from 900 to 1250 ° C for burning gelatin and sintering particles of hydroxyapatite powder inside the granules and sintering the granules with each other. As a result, ceramics with intragranular pores smaller than 10 microns in size, formed due to burning of gelatin, and intergranular pores larger than 100 microns in size, created by laying granules, are obtained.
Гранулы гидроксиалатит-желатин изготавливают суспензионным методом с использованием эффекта несмешивающихся жидкостей. Суспензию гидроксиапатита в 10%-ном водном растворе желатина, при соотношении компонентов от 1:0,1 до 1:0,3, диспергируют лопастной мешалкой при скорости ее оборотов 500 мин-1 в диспергирующей жидкой среде, несмешивающейся с водным раствором биополимера. Под действием сил поверхностного натяжения образуются гранулы сферической формы. Гранулы осаждают, промывают и подвергают сушке. Рассевом на наборе сит выделяют фракцию 500-1000 мкм. Высушенные гранулы засыпают в металлические пресс-формы и подвергают одноосному прессованию под давлением от 10 до 100 МПа с получением сырых образцов. Образцы затем сушат на воздухе 24 ч и подвергают термической обработке при температуре 900-1250°С с выдержкой при этой температуре от 30 до 300 мин в атмосфере воздуха.Hydroxyalatite-gelatin granules are prepared by the suspension method using the effect of immiscible liquids. The slurry of hydroxyapatite in a 10% aqueous gelatin solution, with the ratio of components of 1: 0.1 to 1: 0.3, were dispersed with a paddle stirrer at a speed of 500 rpm it min -1 in the dispersing liquid medium immiscible with the aqueous solution of the biopolymer. Under the action of surface tension forces, spherical granules are formed. The granules are precipitated, washed and dried. By sieving on a set of sieves, a fraction of 500-1000 microns is isolated. The dried granules are poured into metal molds and subjected to uniaxial pressing under a pressure of 10 to 100 MPa to obtain crude samples. The samples are then dried in air for 24 hours and subjected to heat treatment at a temperature of 900-1250 ° C with exposure at this temperature from 30 to 300 minutes in an atmosphere of air.
Ниже в таблице приведены свойства материалов, полученных при различных режимах процесса.The table below shows the properties of materials obtained under various process conditions.
При соотношении компонентов менее 1:0,1 и более 1:0,3 не представляется возможным получения гранул гидроксиапатит - желатин.When the ratio of the components is less than 1: 0.1 and more than 1: 0.3, it is not possible to obtain hydroxyapatite-gelatin granules.
При давлении прессования менее 10 МПа не достигается компактирование, а при давлении выше 100 МПа поры имеют средний размер менее 50 мкм, что обусловлено как деформацией сырых гранул, так и уплотнением их упаковки.Compaction is not achieved at a compaction pressure of less than 10 MPa, and at a pressure above 100 MPa, the pores have an average size of less than 50 μm, which is due to both the deformation of the raw granules and the compaction of their packaging.
При температуре термообработки ниже 900°С не происходит спекание порошка и гранул гидроксиапатита, а при температуре выше 1250°С резко снижается пористость.At a heat treatment temperature below 900 ° C, sintering of the powder and granules of hydroxyapatite does not occur, and at a temperature above 1250 ° C the porosity sharply decreases.
Источники информацииInformation sources
1. Hing K.A., Best S.M., Tanner K.A., Bonfield W., Revell P.A. Quantification of bone ingrowth within bone derived porous hydroxyapatite implants of varying density // J. Mater. Sci. Mater. Med. 1999. V.10, №10/11. Р.663-670.1. Hing K.A., Best S.M., Tanner K.A., Bonfield W., Revell P.A. Quantification of bone ingrowth within bone derived porous hydroxyapatite implants of varying density // J. Mater. Sci. Mater. Med. 1999. V.10, No. 10/11. R.663-670.
2. Slosarzyk A., Stobierska E., Paszkiewicz Z. Porous hydroxyapatite ceramics // J. Mater. Sci. Lett. 1999. №18. P.1163.2. Slosarzyk A., Stobierska E., Paszkiewicz Z. Porous hydroxyapatite ceramics // J. Mater. Sci. Lett. 1999. No. 18. P.1163.
3. Yamasaki N., Kai Т., Nishioka M., Yanagisawa K. et al. Porous hydroxyapatite ceramics prepared by hydrothermal hot-pressing // J. Mater. Sci. Lett. 1990. V.9, №10. P.1150.3. Yamasaki N., Kai T., Nishioka M., Yanagisawa K. et al. Porous hydroxyapatite ceramics prepared by hydrothermal hot-pressing // J. Mater. Sci. Lett. 1990. V. 9, No. 10. P.1150
4. Tanner K.E., Downes R.N., Bonfield W. Clinical application of hydroxyapatite reinforced polyethylene // British Ceram. Trans. 1994. №3. P.104-107.4. Tanner K.E., Downes R.N., Bonfield W. Clinical application of hydroxyapatite reinforced polyethylene // British Ceram. Trans. 1994. No3. P.104-107.
5. Liu D. Preparation and characterization of porous HA bioceramic via a slip-casting route // J. Ceram. Intern. 1997. V.24. P.441-446.5. Liu D. Preparation and characterization of porous HA bioceramic via a slip-casting route // J. Ceram. Intern. 1997. V.24. P.441-446.
6. Engin N.O., Tas A.C. Preparation of porous Са10(РО4)6(ОН)2 and β-Са3(РО4)2 bioceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2000. №7. P.1581-1584.6. Engin NO, Tas AC Preparation of porous Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 and β-Ca 3 (PO 4 ) 2 bioceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2000. No. 7. P.1581-1584.
7. Sepulveda P., Ortega F.S., Innocentini M.D.M., Pandolfelli V.C. Properties of highly porous hydroxyapatite obtained by the gel casting of foams // J. Am. Ceram. Soc. 2000. V.83, №12. Р.3021-3024.7. Sepulveda P., Ortega F.S., Innocentini M.D.M., Pandolfelli V.C. Properties of highly porous hydroxyapatite obtained by the gel casting of foams // J. Am. Ceram. Soc. 2000. V.83, No. 12. P.3021-3024.
8. Орловский В.П., Суханова Г.Е., Ежова Ж.А., Родичева Г.В. Гидроксиапатитная биокерамика// Ж. Всес. хим. об-ва им. Д.И.Менделеева. 1991. Т.36, №10. С.683-690.8. Orlovsky V.P., Sukhanova G.E., Ezhova Zh.A., Rodicheva G.V. Hydroxyapatite bioceramics // J. Vses. Chem. about them D.I. Mendeleev. 1991. Vol. 36, No. 10. S.683-690.
9. 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.94-103.9. 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, No. 1. P.94-103.
10. RU 2235061 С1, 27.08.2004.10. RU 2235061 C1, 08.27.2004.
Содержание открытой пористости и распределение пор по размерам спеченных образцов при различных режимах процесса.Table.
The content of open porosity and pore size distribution of sintered samples under various process conditions.
желатинThe ratio of components, hydroxyapatite-
gelatin
МПаPressing pressure
MPa
°СHeat treatment temperature
° C
%Open porosity
%
%Amount,
%
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005131361/03A RU2303580C2 (en) | 2005-10-12 | 2005-10-12 | Method for manufacturing hydroxyapatite ceramics with bimodal distribution of pores |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005131361/03A RU2303580C2 (en) | 2005-10-12 | 2005-10-12 | Method for manufacturing hydroxyapatite ceramics with bimodal distribution of pores |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005131361A RU2005131361A (en) | 2007-04-20 |
RU2303580C2 true RU2303580C2 (en) | 2007-07-27 |
Family
ID=38036587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005131361/03A RU2303580C2 (en) | 2005-10-12 | 2005-10-12 | Method for manufacturing hydroxyapatite ceramics with bimodal distribution of pores |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2303580C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2229961A2 (en) | 2009-03-17 | 2010-09-22 | AKADEMIA GORNICZO-HUTNICZA im. Stanislawa Staszica | Method for fabrication of highly porous, calcium phosphate bioactive implant material |
RU2717521C1 (en) * | 2019-05-13 | 2020-03-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Method of producing porous nanocomposite silicon granules |
-
2005
- 2005-10-12 RU RU2005131361/03A patent/RU2303580C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SLOSARCZYK. A. et al. Porous hydroxyapatite ceramic. Journal of Materials Science Letters, V.18, N14, 15.07.1999. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2229961A2 (en) | 2009-03-17 | 2010-09-22 | AKADEMIA GORNICZO-HUTNICZA im. Stanislawa Staszica | Method for fabrication of highly porous, calcium phosphate bioactive implant material |
RU2717521C1 (en) * | 2019-05-13 | 2020-03-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Method of producing porous nanocomposite silicon granules |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005131361A (en) | 2007-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sopyan et al. | Porous hydroxyapatite for artificial bone applications | |
Fabbri et al. | Hydroxyapatite-based porous aggregates: physico-chemical nature, structure, texture and architecture | |
US8613876B2 (en) | Foamed ceramics | |
JP5154729B2 (en) | Porous artificial bone graft and method for producing the same | |
EP3544643B1 (en) | Bone substitute material | |
Lei et al. | Biphasic ceramic biomaterials with tunable spatiotemporal evolution for highly efficient alveolar bone repair | |
WO2011130812A2 (en) | Suspensions for preparing biosilicate-based bone grafts (scaffolds), thus obtained bone grafts and methods for producing same | |
EP3946488B1 (en) | Collagen matrix or granulate blend of bone substitute material | |
RU2303580C2 (en) | Method for manufacturing hydroxyapatite ceramics with bimodal distribution of pores | |
Swain | Processing of porous hydroxyapatite scaffold | |
RU2462272C2 (en) | Method of producing porous glass-ceramic material | |
CN109394394A (en) | Imitative hot dog structure-biological activity bracket and its preparation method and application | |
KR100853635B1 (en) | Porous synthetic bone graft and method of manufacture thereof | |
Sabree et al. | Fabrication of Porous Biologic Hydroxyapatite Scaffold Reinforced with Polymer Coating for Bone Tissue Engineering Candidate | |
RU2771017C1 (en) | Method for producing bioactive ceramics based on zirconium dioxide | |
ENDOPROSTHESIS | OM Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv | |
KR101796723B1 (en) | A Manufacturing Method Of Bone Graft Material Similar To Cancellous Bone Utilizing Deviation Control Of Compressive Strength | |
Miao | Modification of porous alumina ceramics with bioinert and bioactive glass coatings | |
KR101294963B1 (en) | Porous scaffold prepared by using plant template and manufacturing method thereof | |
KR950010812B1 (en) | Process for the preparation of sintering apatite ceramics | |
Callcut | Production and characterisation of reticulated glass reinforced hydroxyapatite foams for hard tissue surgery | |
Kim et al. | Effect of calcium phosphate glass on compressive strength of macroporous hydroxyapatite scaffold | |
Jung et al. | The effect of lif-maleic acid added calcium aluminate bone cement and Ca-Pmma composite bone cement on bone regeneration in rat calvarial defects | |
원상철 | Evaluation of the Cuttlebone as a Bone Graft Substitute |
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: 20171013 |