RU2484850C1 - Calcium phosphate cement composite for bone defect filling - Google Patents

Calcium phosphate cement composite for bone defect filling Download PDF

Info

Publication number
RU2484850C1
RU2484850C1 RU2012116483/15A RU2012116483A RU2484850C1 RU 2484850 C1 RU2484850 C1 RU 2484850C1 RU 2012116483/15 A RU2012116483/15 A RU 2012116483/15A RU 2012116483 A RU2012116483 A RU 2012116483A RU 2484850 C1 RU2484850 C1 RU 2484850C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cement
phosphate
reaction
hardening
calcium phosphate
Prior art date
Application number
RU2012116483/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Вячеславович Смирнов
Сергей Миронович Баринов
Владимир Сергеевич Комлев
Алексей Александрович Егоров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН)
Priority to RU2012116483/15A priority Critical patent/RU2484850C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2484850C1 publication Critical patent/RU2484850C1/en

Links

Landscapes

  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention refers to medicine and concerns composites for plastic reconstruction of the injured bone tissues. The composite is presented in the form of reaction-set mixed powders: tricalcium phosphate, containing hydroxyapatite particles ranging in size from 38 to 220 mcm. Fluid cement is presented by a solution of magnesium, potassium and/or sodium phosphates, phosphoric acid and water. The components are taken in certain proportions. In the process of the material setting, a solid frame with a uniform distribution of ceramic particles contributing to an increase in strength is formed.
EFFECT: high mechanical properties and availability of raw materials allows using the given material widely for closing the bone cavities.
1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к медицине, а именно для пластической реконструкции поврежденных костных тканей.The invention relates to medicine, namely to plastic reconstruction of damaged bone tissue.

Кальцийфосфатные костные цементы (КФЦ) получили значительное развитие в последние несколько лет благодаря превосходной биосовместимости и биоактивности, а также удобству использования в виде инжектируемых паст, легко заполняющих костные дефекты практически любой сложной формы. Цементные материалы на основе α-трикальцийфосфата (α-ТКФ) обладают биоктивными и биосоместимыми свойствами.Calcium phosphate bone cements (CFCs) have been significantly developed over the past few years due to excellent biocompatibility and bioactivity, as well as ease of use in the form of injectable pastes that easily fill bone defects of almost any complex shape. Cement materials based on α-tricalcium phosphate (α-TCP) have bioactive and biocompatible properties.

В работе (Loreley Morejo n-Alonso, Oscar Jacinto Bareiro Ferreira, Raurl Garcia Carrodeguas, Luis Alberto dos Santos Bioactive composite bone cement based on a-tricalcium phosphate/tricalcium silicate J Biomed Mater Res Part В 2012:100B:94-102) цементные материалы получали при смешение реакционно-твердеющего порошка (РТП) α-ТКФ с цементной жидкостью, содержащей фосфаты натрия. В результате после схватывания получали цемент на основе осажденного гидроксиапатита (ОГА). Недостатком данного цемента является низкая прочность.In the work (Loreley Morejo n-Alonso, Oscar Jacinto Bareiro Ferreira, Raurl Garcia Carrodeguas, Luis Alberto dos Santos Bioactive composite bone cement based on a-tricalcium phosphate / tricalcium silicate J Biomed Mater Res Part In 2012: 100B: 94-102) cement the materials were obtained by mixing the reaction-hardening powder (RTP) of α-TCP with a cement liquid containing sodium phosphates. As a result, after setting, cement was obtained based on precipitated hydroxyapatite (OGA). The disadvantage of this cement is its low strength.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту являются цементные материалы на основе РТП α-ТКФ K. Takahashi, Y. Fujishiro, S. Yin, Т. Sato ФГА Preparation and compressive strength of a-tricalcium phosphate based cement dispersed with ceramic particles Ceramics International 30 (2004) 199-203, содержащие керамические частицы оксидов циркония, кремния или алюминия. Получали цемент при смешении порошка α-ТКФ с водой до жидкой суспензии с последующим добавлением керамических частиц. После схватывания и твердения формировался композит состава: матрица из гидроксиапатита или дефицитного гидроксиапатита и распределенной в матрице частицами керамики. Основным недостатком данных материалов является низкая прочность. К недостаткам также можно отнести наличие керамических частиц - диоксида циркония, оксида алюминия или оксида кремния, присутствие которых снижает биоактивность композиционного материала, т.к. данные фазы являются биологически чужеродными (инородными) для организма человека.The closest in technical solution and the achieved effect are cement materials based on RTP α-TKF K. Takahashi, Y. Fujishiro, S. Yin, T. Sato PHA Preparation and compressive strength of a-tricalcium phosphate based cement dispersed with ceramic particles Ceramics International 30 (2004) 199-203 containing ceramic particles of zirconium, silicon or aluminum oxides. Cement was obtained by mixing α-TCP powder with water to a liquid suspension, followed by the addition of ceramic particles. After setting and hardening, a composite composition was formed: a matrix of hydroxyapatite or deficient hydroxyapatite and ceramic particles distributed in the matrix. The main disadvantage of these materials is their low strength. The disadvantages also include the presence of ceramic particles - zirconia, alumina or silicon oxide, the presence of which reduces the bioactivity of the composite material, because these phases are biologically alien (foreign) to the human body.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение прочности кальцийфосфатного цементного материала.The technical result of the invention is to increase the strength of calcium phosphate cement material.

Технический результат достигается тем, что композиционный материал на основе кальцийфосфатного цемента для заполнения костных дефектов на основе реакционно-твердеющего порошка, содержащего α-трикальцийфосфат и цементной жидкости, содержащей воду, согласно изобритению реакционно-твердеющий порошок дополнительно содержит частицы гидроксиапатита размером от 50 до 220 мкм, а цементная жидкость дополнительно содержит фосфорную кислоту, фосфат магния, фосфат натрия и/или калия при следующем соотношении компонентов в кальцийфосфатном цементе:The technical result is achieved by the fact that a composite material based on calcium phosphate cement for filling bone defects based on a reaction-hardening powder containing α-tricalcium phosphate and a cement liquid containing water, according to the invention, the reaction-hardening powder additionally contains particles of hydroxyapatite ranging in size from 50 to 220 microns and the cement fluid additionally contains phosphoric acid, magnesium phosphate, sodium phosphate and / or potassium in the following ratio of components in calcium phosphate cement are:

в реакционно-твердеющей смеси порошков, % мас.:in a reaction-hardening mixture of powders,% wt .:

Частицы гидроксиапатита размером 38-220 мкм - 5-50Hydroxyapatite particles 38-220 microns in size - 5-50

Порошок α-трикальцийфосфата - 50-95Α-tricalcium phosphate powder - 50-95

при следующем соотношении компонентов в цементной жидкости, % мас.:in the following ratio of components in the cement fluid,% wt .:

Фосфат магния - 30-60Magnesium Phosphate - 30-60

Фосфат натрия и/или калия - 3,5-25Sodium and / or potassium phosphate - 3.5-25

Фосфорная кислота - 0,5-3,0Phosphoric acid - 0.5-3.0

Вода - остальное,Water is the rest

а количество цементной жидкости (мл) к количеству реакционно-твердеющей порошковой смеси (г) находиться в пределах 0,45-0,75.and the amount of cement fluid (ml) to the amount of reaction-hardening powder mixture (g) is in the range of 0.45-0.75.

Цемент, состоящий из реакционно-твердеющего порошка (РТП): α-ТКФ и керамических частиц гидроксиапатита ГА и ЦЖ на основе фосфорной кислоты, фосфатов магния, натрия и калия, не известен.Cement consisting of a reaction hardening powder (RTP): α-TCP and ceramic particles of hydroxyapatite HA and CZ based on phosphoric acid, magnesium, sodium and potassium phosphates is not known.

После смешения ЦЖ и РТП начинается реакция между компонентами, при этом происходит частичное растворение РТП с образованием новых фаз - гидроксиапатита, осажденного гидроксиапатита и кальций дефицитного гидроксиапатита в различном соотношении. В процессе схватывания и твердения формируется структура, состоящая из кристаллов вновь образовавшихся фаз, покрывающих прочные керамические частицы гидроксиапатита, что способствует повышению прочности цементного материала. Введение в РТП керамических частиц менее 5% мас., а также использование размером менее 38 мкм не приводит к повышению прочности. При введение частиц керамических гидроксиапатита более 70% мас., а так же размером более 220 мкм прочность цементов начинает резко снижаться. В случае использования цементной жидкости в количестве, меньшем нижнего предела (ЦЖ (мл) / РТП (г) <0,45 мл/г), или использованию высококонцентрированных растворов ЦЖ с содержанием фосфата магния более 60% мас., и суммарного содержания фосфата калия и натрия более 25%, получаемая смесь имеет высокую вязкость, что приводит к образованию многочисленных трещин при формовании изделия необходимой конфигурации. При применении ЦЖ в количестве выше верхнего предела (ЦЖ (мл) / ЦТП (г) >0,75) и разбавленных ЦЖ с большим содержанием воды, более 70% мас., содержанием фосфата магния менее 30% мас. смесь получается слишком жидкой, что не позволяет формовать изделия ввиду растекания смеси. Кроме того, значительно увеличивается время схватывания, что приводит к снижению прочности, особенно в первые минуты твердения. При введении суммарного содержания фосфата калия и натрия менее 3,5% мас., повышается пористость образцов, что приводит к резкому падению прочности. При выходе за пределы содержания в ЦЖ фосфорной кислоты - 0,5-3,0 мас.% получаемый цементный материал имеет низкую прочность.After mixing the CG and RTP, the reaction between the components begins, while the RTP partially dissolves with the formation of new phases - hydroxyapatite, precipitated hydroxyapatite and calcium deficient hydroxyapatite in various proportions. In the process of setting and hardening, a structure is formed consisting of crystals of newly formed phases covering the durable ceramic particles of hydroxyapatite, which helps to increase the strength of the cement material. The introduction of less than 5 wt.% Ceramic particles into RTP, as well as the use of a size of less than 38 microns, does not increase the strength. With the introduction of particles of ceramic hydroxyapatite more than 70 wt.%, As well as a size of more than 220 microns, the strength of cements begins to decrease sharply. In the case of using cement fluid in an amount less than the lower limit (CG (ml) / RTP (g) <0.45 ml / g), or the use of highly concentrated solutions of CG with a magnesium phosphate content of more than 60% wt., And the total content of potassium phosphate and sodium more than 25%, the resulting mixture has a high viscosity, which leads to the formation of numerous cracks during molding of the product of the desired configuration. When using CG in an amount above the upper limit (CG (ml) / CTP (g)> 0.75) and diluted CG with a high water content of more than 70% wt., Magnesium phosphate content of less than 30% wt. the mixture is too liquid, which does not allow to form the product due to the spreading of the mixture. In addition, setting time is significantly increased, which leads to a decrease in strength, especially in the first minutes of hardening. With the introduction of a total content of potassium phosphate and sodium of less than 3.5 wt.%, The porosity of the samples increases, which leads to a sharp drop in strength. When going beyond the content in the CG of phosphoric acid - 0.5-3.0 wt.%, The resulting cement material has a low strength.

Пример 1. Получение образца №1. Порошок РТП, содержащий 0,5 г керамических частиц ГА размером 56-82 мкм и порошка 0,5 г α-ТКФ, смешивают с 0,25 мл ЦЖ (50% мас, фосфата магния и 5% мас, фосфата калия, 5% мас, фосфата натрия, фосфорной кислоты 1% мас., остальное - вода). Смешение проводят в течение 1-2 минут металлическим шпателем на стекле до сметаноподобного состояния, после чего смесь помещают в цилиндрическую пресс-форму диаметром 8 мм. По истечении 15-20 минут отформованный образец вынимают и помещают в термостат при температуре 37°С в раствор SBF (Simulated Body Fluid), соответствующем плазме крови человека. Через 24 часа отвержденный образец имеет прочность на сжатие 90 МПа.Example 1. Obtaining sample No. 1. An RTP powder containing 0.5 g of HA ceramic particles with a size of 56-82 μm and a powder of 0.5 g of α-TCP is mixed with 0.25 ml of CG (50% wt, magnesium phosphate and 5% wt, potassium phosphate, 5% wt, sodium phosphate, phosphoric acid 1% wt., the rest is water). Mixing is carried out for 1-2 minutes with a metal spatula on the glass to a sour cream-like state, after which the mixture is placed in a cylindrical mold with a diameter of 8 mm After 15-20 minutes, the molded sample is taken out and placed in a thermostat at a temperature of 37 ° C in a solution of SBF (Simulated Body Fluid), corresponding to human blood plasma. After 24 hours, the cured sample has a compressive strength of 90 MPa.

Аналогично были изготовлены образцы, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу 1.Similarly, samples were made having compositions within the claimed, and their properties were determined in comparison with the prototype. The results obtained are summarized in table 1.

Таблица 1Table 1 Состав и свойства цементных материаловComposition and properties of cement materials 3Ж, мл / Порошок РПС, г3G, ml / RPS powder, g Размер керамических частиц гидроксиапатитаThe size of the ceramic particles of hydroxyapatite Соотношение компонентов в РТП, % мас.The ratio of components in the RTP,% wt. Состав ЦЖ, % мас.Composition of cerebrospinal fluid,% wt. Время схватывания (37°С, 100% относительная влажность), минSetting time (37 ° С, 100% relative humidity), min Прочность на сжатие, МПа1 Compressive strength, MPa 1 ГАGA α-ТКФα-TCP Фосфат магнияMagnesium Phosphate Фосфат натрия и/или калияSodium and / or Potassium Phosphate Фосфорная кислотаPhosphoric acid ВодаWater 1one 0,50.5 56-8256-82 50fifty 50fifty 50fifty 1010 0,50.5 39,539.5 6-86-8 9090 22 0,750.75 156-220156-220 7070 30thirty 6060 3,53,5 1,51,5 3535 4-64-6 4545 33 0,450.45 38-5638-56 55 9595 30thirty 2525 33 5252 4-54-5 4848 4four 0,50.5 300300 8080 20twenty -- 30thirty -- 7070 3535 55 9 (прототип)9 (prototype) 0,30.3 -- 100one hundred -- -- -- 100one hundred 33 4242 11eleven 0,50.5 1-51-5 50fifty 50fifty 50fifty 1010 1010 3939 6-8-6-8- 4242 1212 0,850.85 56-8256-82 1010 9090 1010 4040 00 50fifty Более 20More than 20 55 1313 0,150.15 -- -- 100one hundred 00 4040 6060 00 Более 60More than 60 Образец разрушилсяSample collapsed

Claims (1)

Композиционный материал на основе кальцийфосфатного цемента для заполнения костных дефектов на основе реакционно-твердеющего порошка, содержащего α-трикальцийфосфат, и цементной жидкости, содержащей воду, отличающийся тем, что реакционно-твердеющий порошок дополнительно содержит частицы гидроксиапатита размером от 50 до 220 мкм, а цементная жидкость дополнительно содержит фосфорную кислоту, фосфат магния, фосфат натрия и/или калия при следующем соотношении компонентов в кальцийфосфатном цементе:
в реакционно-твердеющей смеси порошков, мас.%:
Частицы гидроксиапатита размером 50-220 мкм 5-50 Порошок α-трикальцийфосфата 50-95

при следующем соотношении компонентов в цементной жидкости, мас.%:
Фосфат магния 30-60 Фосфат натрия и/или калия 3,5-25 Фосфорная кислота 0,5-3,0 Вода Остальное,

а количество цементной жидкости (мл) к количеству реакционно-твердеющей порошковой смеси (г) находится в пределах 0,45-0,75.
A composite material based on calcium phosphate cement for filling bone defects based on a reaction-hardening powder containing α-tricalcium phosphate and a cement liquid containing water, characterized in that the reaction-hardening powder additionally contains particles of hydroxyapatite ranging in size from 50 to 220 microns, and cement the liquid additionally contains phosphoric acid, magnesium phosphate, sodium phosphate and / or potassium in the following ratio of components in calcium phosphate cement:
in a reaction-hardening mixture of powders, wt.%:
Particles of hydroxyapatite with a size of 50-220 microns 5-50 Α-tricalcium phosphate powder 50-95

in the following ratio of components in the cement fluid, wt.%:
Magnesium Phosphate 30-60 Sodium and / or Potassium Phosphate 3,5-25 Phosphoric acid 0.5-3.0 Water Rest,

and the amount of cement fluid (ml) to the number of reaction-hardening powder mixture (g) is in the range of 0.45-0.75.
RU2012116483/15A 2012-04-25 2012-04-25 Calcium phosphate cement composite for bone defect filling RU2484850C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012116483/15A RU2484850C1 (en) 2012-04-25 2012-04-25 Calcium phosphate cement composite for bone defect filling

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012116483/15A RU2484850C1 (en) 2012-04-25 2012-04-25 Calcium phosphate cement composite for bone defect filling

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2484850C1 true RU2484850C1 (en) 2013-06-20

Family

ID=48786160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012116483/15A RU2484850C1 (en) 2012-04-25 2012-04-25 Calcium phosphate cement composite for bone defect filling

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2484850C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2617050C1 (en) * 2016-04-11 2017-04-19 Виталий Васильевич Гузеев Bioactive composite material for bone defect replacement and method for its manufacture

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2292865C1 (en) * 2005-05-06 2007-02-10 Институт физико-химических проблем керамических материалов РАН Material for filling maxillofacial and dental bone defects
RU2395303C1 (en) * 2008-12-08 2010-07-27 Государственное Учебно-Научное Учреждение Химический Факультет Московского Государственного Университета Имени М.В. Ломоносова Method for making biodegradable ceramic composite of double potassium calcium phosphate

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2292865C1 (en) * 2005-05-06 2007-02-10 Институт физико-химических проблем керамических материалов РАН Material for filling maxillofacial and dental bone defects
RU2395303C1 (en) * 2008-12-08 2010-07-27 Государственное Учебно-Научное Учреждение Химический Факультет Московского Государственного Университета Имени М.В. Ломоносова Method for making biodegradable ceramic composite of double potassium calcium phosphate

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K.TAKAHASHI ET AL, Preparation and compressive strength of alpha-tricalcium phosphate based cement dispersed with ceramic particles. Ceramics International 30 (2004) 199-203. *
K.TAKAHASHI ET AL, Preparation and compressive strength of α-tricalcium phosphate based cement dispersed with ceramic particles. Ceramics International 30 (2004) 199-203. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2617050C1 (en) * 2016-04-11 2017-04-19 Виталий Васильевич Гузеев Bioactive composite material for bone defect replacement and method for its manufacture
WO2017180019A1 (en) * 2016-04-11 2017-10-19 Виталий Васильевич ГУЗЕЕВ Biologically active composite material for repairing bone defects and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2627537C (en) Non-setting paste for bone repair
Parreira et al. Calcium aluminate cement-based compositions for biomaterial applications
US20130066324A1 (en) Hydraulic cements, methods and products
US9427380B2 (en) Wear resistant dental composition
US8591645B2 (en) Hydraulic cements with optimized grain size distribution, methods, articles and kits
TWI529152B (en) A degradable magnesium-calcium silicate bone cement and producing method thereof
US20210290495A1 (en) Pre-mixed strontium silicate-based biological hydraulic cementing paste composition, preparation method therefor, and application thereof
US10292791B2 (en) Cement systems, hardened cements and implants
CN109331223B (en) Medicine-carrying bioactive glass composite calcium phosphate bone cement and application thereof
CN106660889B (en) Method for forming porous ceramic shaped article and porous ceramic product
KR101654600B1 (en) Composition containing injectable self-hardened apatite cement
RU2484850C1 (en) Calcium phosphate cement composite for bone defect filling
JPH11335155A (en) Calcium phosphate cement and calcium phosphate cement composition
JPWO2016208457A1 (en) Dental powder
Cahyanto et al. Synthesis and characterization of a novel SCPC-CO3AP cement for pulp capping application in dentistry
Wu et al. Dopant-dependent tailoring of physicochemical and biological properties of calcium silicate bone cements
RU2617050C1 (en) Bioactive composite material for bone defect replacement and method for its manufacture
RU2620549C2 (en) Calcium carbonate cement for bone defects filling
Thanavibu et al. Effects of blood contamination on apatite formation, pH and ion release of three calcium silicate-based materials
RU2292868C1 (en) Material for filling maxillofacial and dental bone defects
Xu et al. A premixed magnesium phosphate-based sealer with anti-biofilm ability for root canal filling
RU2322228C1 (en) Composition material for filling osseous defects based on calcium-phosphate cement
CN106031799A (en) Calcium silicate/strontium salt bone cement and preparation method thereof
Mostafa et al. Setting Time of an experimental Calcium Silicate Based Cement versus Angelus White MTA and Sinai White Portland Cement
Ćetković et al. The influence of different radiopacifying agents on hermetical sealing ability of calcium silicate and calcium aluminate dental cements