RU2485978C1 - Porous calcium phosphate cement - Google Patents
Porous calcium phosphate cement Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485978C1 RU2485978C1 RU2012123612/15A RU2012123612A RU2485978C1 RU 2485978 C1 RU2485978 C1 RU 2485978C1 RU 2012123612/15 A RU2012123612/15 A RU 2012123612/15A RU 2012123612 A RU2012123612 A RU 2012123612A RU 2485978 C1 RU2485978 C1 RU 2485978C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cement
- phosphate
- calcium carbonate
- powder
- calcium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины и касается цементных материалов для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. Кальций-фосфатные цементы получают на основе реакционно-твердеющей порошковой смеси (РПС) двух или более фосфатов кальция и затворяющей жидкости (ЗЖ). Исходный порошок представляет смесь кислых и основных фосфатов. При добавлении в смесь ЗЖ компоненты начинают взаимодействовать между собой через жидкую фазу по механизму растворения-осаждения с образованием нейтральных (рН~7) фосфатов. В качестве исходной смеси используют смесь «кислого» (монокальцийфосфат моногидрат) и «основного» (α- или β-трикальцийфосфат) фосфатов кальция и сульфата кальция семигидрата. В качестве ЗЖ используют воду, водные растворы фосфатов щелочных металлов или магния (Moseley, et al. US Patent 8025903; Barralet et al. US Patent 7473312). При смешении смеси порошков фосфата кальция с ЗЖ образуется тестоподобная масса, которая со временем схатывается до образования прочного цементного камня, состоящего из кристаллического брушита.The invention relates to medicine and relates to cement materials for plastic reconstruction of damaged bone tissue. Calcium-phosphate cements are obtained on the basis of a reaction-hardening powder mixture (RPS) of two or more calcium phosphates and a solidifying liquid (GC). The starting powder is a mixture of acidic and basic phosphates. When GIs are added to the mixture, the components begin to interact with each other through the liquid phase by the dissolution-precipitation mechanism with the formation of neutral (pH ~ 7) phosphates. A mixture of “acidic” (monocalcium phosphate monohydrate) and “basic” (α- or β-tricalcium phosphate) calcium phosphates and calcium sulfate hemihydrate is used as the initial mixture. Water, aqueous solutions of phosphates of alkali metals or magnesium (Moseley, et al. US Patent 8025903; Barralet et al. US Patent 7473312) are used as the coolant. When a mixture of calcium phosphate powders is mixed with a coolant, a dough-like mass is formed, which eventually coarsens to form a strong cement stone consisting of crystalline brushite.
Предложенные материалы могут быть использованы в качестве цементных паст для заполнения костных челюстно-лицевых и стоматологических дефектов. Кальций-фосфатные цементы, применяемые в медицине, должны обладать комплексом свойств, таких как биосовместимость, остеокондуктивность и скорость биодеградации, согласованная с процессами остеогенеза, прочность затвердевшего цемента, достаточная для несения минимальных нагрузок в процессе формирования собственной костной ткани. К достоинствам этих материалов можно отнести, во-первых, их способность заполнять дефекты самой сложной конфигурации и объема, во-вторых, малую инвазивность вмешательств, то есть возможность введения данных материалов в инъекционной форме непосредственно в зону дефекта под контролем УЗИ или рентгена без обширных оперативных вмешательств и возможность 3D фиксации.The proposed materials can be used as cement pastes for filling bone maxillofacial and dental defects. Calcium-phosphate cements used in medicine should have a range of properties, such as biocompatibility, osteoconductivity and biodegradation rate, consistent with the processes of osteogenesis, the strength of the hardened cement, sufficient to bear minimal loads in the process of formation of own bone tissue. The advantages of these materials include, firstly, their ability to fill defects of the most complex configuration and volume, and secondly, the low invasiveness of interventions, that is, the possibility of introducing these materials in injection form directly into the defect area under ultrasound or X-ray control without extensive surgical interventions and the possibility of 3D fixation.
Недостатком данных материалов является низкая пористость, не способствующая интеграции цемента с окружающей костной тканью. Отсутствие крупных взаимосвязанных пор нарушает циркуляцию жидкости внутри цементного камня, а отсутствие мелких пор резко уменьшает адгезию клеток на поверхности цемента. Наиболее близким по технической сущности и результату к предлагаемому способу является патент США №7754246 Moseley и др. Компонентами цементного порошка являются сульфат кальция семигидрат, β-трикальцийфосфат, монокальцийфосфат моногидрат. В качестве ЗЖ используют гликолевую кислоту, нейтрализованную гидроксидом натрия. При взаимодействии сульфата кальция семигидрата и ЗЖ образуется сульфат кальция дигидрат. β-трикальцийфосфат и монокальцийфосфат моногидрат реагируют между собой с образованием брушита. Брушит и сульфат кальция дигидрат образуют цементный камень. После имплантации цемента в костную ткань сульфат кальция дигидрат относительно быстро резорбируется, в результате чего формируются поры. Для увеличения прочности цемента в состав порошка вводят гранулы ТКФ. Однако авторы патента не указывают общую пористость и размер пор, в то время как эти величины наиболее важны при оценке скорости резорбции цемента. Результатом данного изобретения не является пористый цементный камень, авторы указывают, что поры в цементном камне образуются только после резорбции одного из компонентов, в то время как не ясно, сохраняется ли целостность цементного камня или он распадается на отдельные части. Пористость имплантируемого материала является одним из решающих факторов, влияющих на его остеокондуктивность.The disadvantage of these materials is the low porosity, which does not contribute to the integration of cement with the surrounding bone tissue. The absence of large interconnected pores disrupts the circulation of fluid inside the cement stone, and the absence of small pores dramatically reduces the adhesion of cells on the cement surface. The closest in technical essence and result to the proposed method is US patent No. 7754246 Moseley and others. The components of the cement powder are calcium sulfate hemihydrate, β-tricalcium phosphate, monocalcium phosphate monohydrate. Glycolic acid neutralized with sodium hydroxide is used as a fatty acid. The interaction of calcium sulfate hemihydrate and fatty acid forms calcium sulfate dihydrate. β-tricalcium phosphate and monocalcium phosphate monohydrate react with each other with the formation of brushite. Brushite and calcium sulfate dihydrate form a cement stone. After cement is implanted into the bone tissue, calcium sulfate dihydrate is relatively rapidly resorbed, resulting in the formation of pores. To increase the strength of cement, TKF granules are introduced into the composition of the powder. However, the authors of the patent do not indicate the total porosity and pore size, while these values are most important when evaluating the rate of cement resorption. The result of this invention is not a porous cement stone, the authors indicate that the pores in the cement stone are formed only after the resorption of one of the components, while it is not clear whether the integrity of the cement stone is preserved or it breaks into separate parts. The porosity of the implanted material is one of the decisive factors affecting its osteoconductivity.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является оптимизация состава цементного порошка для повышения пористости и увеличения размера пор цементного камня после твердения.The problem to which the present invention is directed, is to optimize the composition of the cement powder to increase porosity and increase the pore size of the cement stone after hardening.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение пористости кальций-фосфатного цемента до 40-60% при сохранении прочности на уровне 10-15 МПа.The technical result of the invention is to increase the porosity of calcium phosphate cement to 40-60% while maintaining strength at the level of 10-15 MPa.
Технический результат достигается тем, что в пористом кальций-фосфатном цементе для восстановления костных тканей, содержащем порошок β-трикальцийфосфата, монокальцийфосфата моногидрата и затворяющую жидкость, согласно изобретению, затворяющая жидкость представляет собой 7-9%-ный водный раствор лимонной кислоты, и цементный порошок дополнительно содержит гранулы карбоната кальция при следующем содержании компонентов (масс.%):The technical result is achieved by the fact that in porous calcium phosphate cement for bone repair, containing β-tricalcium phosphate powder, monocalcium phosphate monohydrate and a shutter fluid, according to the invention, the shutter fluid is a 7-9% aqueous citric acid solution, and cement powder additionally contains granules of calcium carbonate in the following components (wt.%):
Соотношение затворяющая жидкость:цементный порошок составляет 0,75.The ratio of mixing fluid: cement powder is 0.75.
Сущность изобретения заключается в том, что при взаимодействии лимонной кислоты, входящей в состав затворяющей жидкости, и гранул карбоната кальция, входящих в состав цементного порошка, происходит выделение газообразного углекислого газа, создающего в цементе систему взаимосвязанных пор. Образующийся в результате данного взаимодействия цитрат кальция способствует повышению прочности формирующегося цементного камня.The essence of the invention lies in the fact that during the interaction of citric acid, which is part of the mixing fluid, and granules of calcium carbonate, which are part of the cement powder, gaseous carbon dioxide is released, which creates a system of interconnected pores in the cement. Calcium citrate formed as a result of this interaction enhances the strength of the resulting cement stone.
Уменьшение концентрации раствора лимонной кислоты ниже 7% резко снижает пористость цементного камня, в то время как увеличение концентрации лимонной кислоты выше 9% приводит к уменьшению pH цемента после схватывания до 5,5.A decrease in the concentration of citric acid solution below 7% sharply reduces the porosity of the cement stone, while an increase in the concentration of citric acid above 9% leads to a decrease in the pH of the cement after setting to 5.5.
Увеличение по сравнению с прототипом пористости кальций-фосфатного цемента с общей пористостью 40-60% и размером пор от менее 1 мкм до 10 мкм, имеющего прочность в интервале 10-15 МПа, достигается за счет введения в состав цементного порошка 3-13% масс. гранул карбоната кальция и использования в качестве затворяющей жидкости 7-9% водного раствора лимонной кислоты.The increase compared with the prototype porosity of calcium phosphate cement with a total porosity of 40-60% and a pore size of less than 1 μm to 10 μm, having a strength in the range of 10-15 MPa, is achieved by introducing 3-13% of the mass of the cement powder . granules of calcium carbonate and use as a closing liquid 7-9% aqueous solution of citric acid.
Пример 1Example 1
4,02 г β-трикальцийфосфата смешивают с 1,32 г монокальцийфосфата моногидрата и с 0,66 г гранул карбоната кальция размером 50-100 мкм, добавляют 5,33 г 8%-ного водного раствора лимонной кислоты. Соотношение ЗЖ:П=0,75. Смешивание проводят на стекле пластиковым шпателем при 25°C в течение 5-7 мин. Образовавшуюся после смешения пастообразную массу формуют в цилиндрической форме диаметром 8 мм, через 10 мин сформованный образец извлекают из формы и помещают в термостат при 37°C и 100% влажностью на сутки. Через 24 часа образец имеет прочность при сжатии 10 МПа, открытая пористость составляет 45%, средний размер пор - 5-8 мкм.4.02 g of β-tricalcium phosphate are mixed with 1.32 g of monocalcium phosphate monohydrate and with 0.66 g of granules of calcium carbonate 50-100 μm in size, 5.33 g of an 8% aqueous citric acid solution are added. The ratio of fatty acids: P = 0.75. Mixing is carried out on glass with a plastic spatula at 25 ° C for 5-7 minutes. The pasty mass formed after mixing is molded in a cylindrical form with a diameter of 8 mm, after 10 minutes the formed sample is removed from the mold and placed in a thermostat at 37 ° C and 100% humidity for a day. After 24 hours, the sample has a compressive strength of 10 MPa, open porosity is 45%, and the average pore size is 5-8 microns.
Пример 2Example 2
4,02 г β-трикальцийфосфата смешивают с 1,32 г монокальцийфосфата моногидрата и с 0,4 г гранул карбоната кальция размером 50-100 мкм, добавляют 4,3 г 9%-ного водного раствора лимонной кислоты. Соотношение ЗЖ:П=0,75. Смешивание проводят на стекле пластиковым шпателем при 25°C в течение 5-7 мин. Образовавшуюся после смешения пастообразную массу формуют в цилиндрической форме диаметром 8 мм, через 10 мин сформованный образец извлекают из формы и помещают в термостат при 37°C и 100% влажностью на сутки. Через 24 часа образец имеет прочность при сжатии 15 МПа, открытая пористость составляет 15%, средний размер пор - 3-5 мкм. С уменьшением количества гранул карбоната кальция в цементном порошке открытая пористость уменьшается ниже заявленной.4.02 g of β-tricalcium phosphate are mixed with 1.32 g of monocalcium phosphate monohydrate and 0.4 g of granules of calcium carbonate with a size of 50-100 μm, 4.3 g of 9% aqueous citric acid solution are added. The ratio of fatty acids: P = 0.75. Mixing is carried out on glass with a plastic spatula at 25 ° C for 5-7 minutes. The pasty mass formed after mixing is molded in a cylindrical form with a diameter of 8 mm, after 10 minutes the formed sample is removed from the mold and placed in a thermostat at 37 ° C and 100% humidity for a day. After 24 hours, the sample has a compressive strength of 15 MPa, open porosity is 15%, the average pore size is 3-5 microns. With a decrease in the number of granules of calcium carbonate in the cement powder, the open porosity decreases below the declared value.
Пример 3Example 3
4,9 г β-трикальцийфосфата смешивают с 1,05 г монокальцийфосфата моногидрата и с 1,05 г гранул карбоната кальция размером 50-100 мкм, добавляют 5,25 г 8%-ного водного раствора лимонной кислоты. Соотношение ЗЖ:П=0,75. Смешивание проводят на стекле пластиковым шпателем при 25°C в течение 5-7 мин. Образовавшуюся после смешения массу формуют в цилиндрической форме диаметром 8 мм, через 10 мин сформованный образец извлекают из формы, образец рассыпался. Увеличение количества гранул карбоната кальция приводит к увеличению pH выше 8,5, в результате чего цемент теряет пластичность и прочность.4.9 g of β-tricalcium phosphate are mixed with 1.05 g of monocalcium phosphate monohydrate and 1.05 g of granules of calcium carbonate of 50-100 μm in size, 5.25 g of an 8% aqueous citric acid solution are added. The ratio of fatty acids: P = 0.75. Mixing is carried out on glass with a plastic spatula at 25 ° C for 5-7 minutes. The mass formed after mixing is molded in a cylindrical form with a diameter of 8 mm, after 10 minutes, the formed sample is removed from the mold, the sample crumbled. An increase in the number of granules of calcium carbonate leads to an increase in pH above 8.5, as a result of which the cement loses its ductility and strength.
Пример 4Example 4
4,02 г β-трикальцийфосфата смешивают с 1,32 г монокальцийфосфата моногидрата и с 0,66 г гранул карбоната кальция размером 50-100 мкм, добавляют 3,0 г 7%-ного водного раствора лимонной кислоты (соотношение ЗЖ:П=0,5). Смешивание проводят на стекле пластиковым шпателем при 25°C в течение 5-7 мин. Образовавшуюся после смешения пастообразную массу формуют в цилиндрической форме диаметром 8 мм, через 10 мин сформованный образец извлекают из формы и помещают в термостат при 37°C и 100% влажностью на сутки. Через 24 часа образец имеет прочность при сжатии менее 1 МПа, открытая пористость составляет 30%, средний размер пор - 5-8 мкм. Уменьшение соотношения ЗЖ:цементный порошок менее 0,75 приводит к резкому падению прочности цементного образца и к уменьшению пористости ниже заявленной.4.02 g of β-tricalcium phosphate are mixed with 1.32 g of monocalcium phosphate monohydrate and 0.66 g of granules of calcium carbonate with a size of 50-100 μm, add 3.0 g of a 7% aqueous solution of citric acid (ratio ZL: P = 0 ,5). Mixing is carried out on glass with a plastic spatula at 25 ° C for 5-7 minutes. The pasty mass formed after mixing is molded in a cylindrical form with a diameter of 8 mm, after 10 minutes the formed sample is removed from the mold and placed in a thermostat at 37 ° C and 100% humidity for a day. After 24 hours, the sample has a compressive strength of less than 1 MPa, open porosity is 30%, and the average pore size is 5-8 microns. A decrease in the ratio of coolant: cement powder of less than 0.75 leads to a sharp drop in the strength of the cement sample and to a decrease in porosity below the stated value.
Claims (1)
соотношение затворяющая жидкость: цементный порошок составляет 0,75. Porous calcium phosphate bone repair cement containing β-tricalcium phosphate powder, monocalcium phosphate monohydrate and a mixing fluid, wherein the mixing fluid is a 7-9% aqueous citric acid solution, and the cement powder further comprises calcium carbonate granules with the following content of components, wt.%:
the ratio of the mixing fluid: cement powder is 0.75.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012123612/15A RU2485978C1 (en) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | Porous calcium phosphate cement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012123612/15A RU2485978C1 (en) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | Porous calcium phosphate cement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2485978C1 true RU2485978C1 (en) | 2013-06-27 |
Family
ID=48702097
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012123612/15A RU2485978C1 (en) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | Porous calcium phosphate cement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2485978C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2609835C1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-02-06 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ "ПОЛИСТОМ" | Calcium-phosphate cement for bone tissue regeneration (versions) |
RU2611345C1 (en) * | 2015-09-22 | 2017-02-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Resorbable porous calcium phosphate cement |
RU2729761C1 (en) * | 2019-08-29 | 2020-08-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | METHOD OF PRODUCING CERAMIC SAMPLE BASED ON β-TRICALCIUM PHOSPHATE USING STEREOLITHOGRAPHY TECHNIQUE FOR RECOVERING BONE TISSUE |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6733582B1 (en) * | 1999-12-09 | 2004-05-11 | Dr. H. C. Robert Mathys Stiftung | Brushite hydraulic cement stabilized with a magnesium salt |
RU2354408C2 (en) * | 2003-05-22 | 2009-05-10 | Артосс Гмбх | Inorganic resorbing material for bone replacement |
US7754246B2 (en) * | 2005-09-09 | 2010-07-13 | Wright Medical Technology, Inc. | Composite bone graft substitute cement and articles produced therefrom |
-
2012
- 2012-06-07 RU RU2012123612/15A patent/RU2485978C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6733582B1 (en) * | 1999-12-09 | 2004-05-11 | Dr. H. C. Robert Mathys Stiftung | Brushite hydraulic cement stabilized with a magnesium salt |
RU2354408C2 (en) * | 2003-05-22 | 2009-05-10 | Артосс Гмбх | Inorganic resorbing material for bone replacement |
US7754246B2 (en) * | 2005-09-09 | 2010-07-13 | Wright Medical Technology, Inc. | Composite bone graft substitute cement and articles produced therefrom |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2611345C1 (en) * | 2015-09-22 | 2017-02-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Resorbable porous calcium phosphate cement |
RU2609835C1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-02-06 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ "ПОЛИСТОМ" | Calcium-phosphate cement for bone tissue regeneration (versions) |
RU2729761C1 (en) * | 2019-08-29 | 2020-08-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | METHOD OF PRODUCING CERAMIC SAMPLE BASED ON β-TRICALCIUM PHOSPHATE USING STEREOLITHOGRAPHY TECHNIQUE FOR RECOVERING BONE TISSUE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Barralet et al. | Ionic modification of calcium phosphate cement viscosity. Part II: hypodermic injection and strength improvement of brushite cement | |
EP2170245B1 (en) | Hydraulic cement-based implant material and use thereof | |
KR20050012291A (en) | Hydraulic cement based on calcium phosphate for surgical use | |
JPH02147064A (en) | Molding material and molded product obtained therefrom | |
US8591645B2 (en) | Hydraulic cements with optimized grain size distribution, methods, articles and kits | |
KR20080096746A (en) | Dual phase cement precursor systems for bone repair | |
KR20090040285A (en) | Self-foaming cement for void filling and/or delivery systems | |
RU2485978C1 (en) | Porous calcium phosphate cement | |
KR101423129B1 (en) | High strength bone alternative synthetic bone for increasing compressive strength and supplementing blood circulation, and method for producing the same | |
US9427492B2 (en) | Composition containing injectable self-hardened apatite cement | |
CN1278744C (en) | Macroporous brushite bone cement with latent hole forming agent and preparation process thereof | |
RU2494721C1 (en) | Biocompatible bone-substituting material and method of obtaining thereof | |
AU2015325497B2 (en) | Method for manufacturing calcium carbonate blocks | |
EP3134372B1 (en) | Methods of forming a porous ceramic shaped article | |
JPH10248915A (en) | Calcium phosphate cement curing solution and composition for calcium phosphate cement cured object | |
RU2620549C2 (en) | Calcium carbonate cement for bone defects filling | |
RU2617050C1 (en) | Bioactive composite material for bone defect replacement and method for its manufacture | |
US20180264167A1 (en) | Cement-forming compositions, apatite cements, implants and methods for correcting bone defects | |
RU2609835C1 (en) | Calcium-phosphate cement for bone tissue regeneration (versions) | |
CN105770986B (en) | A kind of injectable biology calcium salt complex bone cement and preparation method thereof | |
RU2322228C1 (en) | Composition material for filling osseous defects based on calcium-phosphate cement | |
RU2502525C2 (en) | Brushite water cement (versions) | |
Ejaz et al. | Effect of sodium phosphate dibasic solution on the setting time of white mineral trioxide aggregate: an in vitro study | |
RU2611345C1 (en) | Resorbable porous calcium phosphate cement | |
Almirall et al. | Effect of albumen as protein-based foaming agent in a calcium phosphate bone cement |