RU2626604C1 - Способ получения биомиметического кремний-содержащего кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека - Google Patents
Способ получения биомиметического кремний-содержащего кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека Download PDFInfo
- Publication number
- RU2626604C1 RU2626604C1 RU2016131737A RU2016131737A RU2626604C1 RU 2626604 C1 RU2626604 C1 RU 2626604C1 RU 2016131737 A RU2016131737 A RU 2016131737A RU 2016131737 A RU2016131737 A RU 2016131737A RU 2626604 C1 RU2626604 C1 RU 2626604C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- solution
- temperature
- hours
- dried
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/12—Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/28—Materials for coating prostheses
- A61L27/30—Inorganic materials
- A61L27/32—Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/16—Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
- C01B25/26—Phosphates
- C01B25/32—Phosphates of magnesium, calcium, strontium, or barium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/447—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on phosphates, e.g. hydroxyapatite
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Public Health (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области медицины. Описан способ получения биомиметического кремний-содержащего кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека, в котором предварительно готовят раствор состава: CaCl2 - 3.7424 г, MgCl2 - 0.6092 г, К2НРO4 - 2.8716 г, NaHCO3 - 4.5360 г, Na2SO4 - 0,0144 г, NaCl - 8.8784 г, Na2SiO3 - 0,0488÷0,2444 г, полученный раствор осаждают при: температуре T1=20÷25°С, значении рН 7.40±0.05 в течение 48 часов, затем осадок промывают, фильтруют, высушивают при температуре Т2=80÷85°С в течение 5 часов, из полученного кремний-содержащего кальций-фосфатного порошка готовят водную суспензию при концентрации С=1÷5 масс. %, наносят суспензию капиллярным методом на сплав титана, сушат при температуре Т3=20÷25°С в течение 1 часа, затем указанный сплав опускают в полученный предварительно модельный раствор межклеточной жидкости человека на 3 суток, после этого извлекают из раствора и проводят сушку при температуре T4=20÷25°С в течение 24 часов. Способ направлен на получение кремний-замещенного гидроксиапатита, а кремний играет важную роль в физиологических процессах роста и перестройки костной и хрящевой ткани. 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского назначения, которые могут быть использованы при создании биоактивных кремний-содержащих кальций-фосфатных (Si-ГА) покрытий на имплантатах, при создании композитов на основе фосфатов кальция и сплавах титана.
Известен способ нанесения покрытий на изделия из титана (патент RU 2453630), технический результат, в котором достигается за счет обработки поверхности титана углекислым газом, образующимся при реакции разложения гидрокарбоната кальция в водном растворе при соблюдении следующих условий: раствор гидрокарбоната натрия (ч.д.а.) приливают к раствору нитрата или хлорида кальция (х.ч.), соблюдая стехиометрическое соотношение реагентов 2:1. После начала выделения углекислого газа в реакционную смесь помещают титановые или с титановым покрытием изделия, например пластины или штифты. Для устранения концентрационных потоков при формировании кристаллов смесь периодически перемешивают, при этом начинается более интенсивное выделение пузырьков углекислого газа. Толщина и адгезия покрытия, а также размер образующихся на титане кристаллов карбоната кальция изменяются в зависимости от времени протекания реакции и температуры. Прочные покрытия можно получить как минимум через десять минут после начала реакции при 20°С. Промытые пленки оставляют как минимум на сутки в контакте с раствором 0.6 М (NH4)2HPO4, затем как минимум на сутки в растворе одномолярного Са(NO3)2, затем как минимум на сутки в растворе 0.6 М (NH4)2HPO4. Образцы промывают дистиллированной водой, сушат на воздухе при температуре 20°С. Для получения композиционных покрытий, содержащих биополимеры, титан с полученным кальцитным покрытием погружают в раствор желатина и/или хондроитинсульфата. Другие модификаторы вводят в систему с самого начала синтеза кальциевого покрытия.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения биомитического покрытия в среде синтетической жидкости (SBF), (Xiaohua Yu, Mei Wei Controlling Bovine Serum Albumin Release from Biomimetic Calcium Phosphate Coatings // Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology, 2011, 2, 28-35). По данному способу пластинки титана вертикально помещают в 1,5 мл пробирку, содержащую 1,0 мл M-SBF, затем инкубировали в водяной бане при 42°С в течение 24 час. Затем в каждую пробирку, после того как пластинка была погружена, добавляли бычий сывороточный альбумин (BSA) в течение 0, 4, 6 и 8 ч соответственно. В результате чего конечная концентрация бычего сывороточного альбумина (BSA) соответствовала 50 мкг/мл. После 24 ч инкубации в SBF все пластинки вынимают, тщательно промывают деионизированной водой и сушат при комнатной температуре.
Задачей заявляемого изобретения является разработка способа получения биомиметического кремний-содержащего кальций-фосфатное покрытие на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека. Ввиду того что кремний играет важную роль в физиологических процессах роста и перестройки костной и хрящевой ткани, получение кремний-замещенного гидроксилапатита (Si-ГА) и синтез покрытий на его основе представляют собой перспективную и актуальную физико-химическую задачу.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ получения биомиметического кремний-содержащего кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека, в котором предварительно готовят раствор состава: CaCl2 - 3.7424 г, MgCl2 - 0.6092 г, К2НРО4 - 2.8716 г, NaHCO3 - 4.5360 г, Na2SO4 - 0,0144 г, NaCl - 8.8784 г, Na2SiO3 - 0,0488÷0,2444 г, полученный раствор осаждают при: температуре T1=20÷25°С, значении рН 7.40±0.05, в течение 48 часов, затем осадок промывают, фильтруют, высушивают при температуре Т2=80÷85°С в течение 5 часов, из полученного кремний-содержащего кальций-фосфатного порошка готовят водную суспензию при концентрации С=1 масс. %, наносят суспензию капиллярным методом на сплав титана, сушат при температуре Т3=20÷25°С в течение 1 часа, затем указанный сплав с предварительно нанесенным слоем фосфата кальция опускают в полученный предварительно модельный раствор межклеточной жидкости человека на 3 суток, после этого извлекают из раствора и проводят сушку при температуре Т4=20÷25°С в течение 24 часов.
Возможность достижения технического результата обеспечивается тем, что в предложенном способе предварительно готовят раствор состава: CaCl2 - 3.7424 г, MgCl2 - 0.6092 г, К2НРO4 - 2.8716 г, NaHCO3 - 4.5360 г, Na2SO4 - 0,0144 г, NaCl - 8.8784 г, Na2SiO3 - 0,0488÷0,2444 г, полученный раствор осаждают при: температуре Т1=20÷25°С, значении рН 7.40±0.05 в течение 48 часов, затем осадок промывают, фильтруют, высушивают при температуре Т2=80-85°С в течение 5 часов, из полученного кремний-содержащего кальций-фосфатного порошка готовят водную суспензию при концентрации С=1 масс. %, наносят суспензию капилляром с диаметром d=0,2÷0,7 мм тонким слоем на сплав титана ВТ 1-00, сушат при температуре Т3=20÷25°С в течение 1 часа, затем указанный сплав титана ВТ 1-00 с предварительно нанесенным слоем фосфата кальция опускают в полученный предварительно модельный раствор межклеточной жидкости человека на 3 суток, после этого извлекают из раствора и проводят сушку при температуре Т4=20÷25°С в течение 24 часов.
Используют результаты измерения краевого угла смачивания и поверхностного натяжения приготовленных суспензий с разным содержанием кремний-содержащего агента. На основании уравнения Юнга - Дюпре была рассчитана энергию адгезии наносимой суспензии кремний-содержащего фосфата кальция к твердой поверхности титановых образцов
Wa=σ01(1+cosΘ), (19)
где Wa - энергия адгезии, σ01 - поверхностное натяжение на границе газ – жидкость,
cosΘ - косинус краевого угла смачивания.
В таблице 1 представлены адгезионные характеристики высушенной и нанесенной суспензии кремний-содержащего фосфата кальция на сплаве титана ВТ 1-00.
Установлено, что с увеличением концентрации силикат-иона, для образцов, синтезированных с неорганическим носителем иона SiO4 4-, происходит падение поверхностного натяжения и краевого угла смачивания, это обусловлено частичным растворением полученного фосфата кальция и образованием в растворе неорганических ПИВ. Для характеристики получаемых покрытий важным является соотношение значений энергии адгезии и когезии. Для установления соотношения между энергии адгезии и когезии (Wk) преобразуем уравнения Юнга- Дюпре:
Известно, что если это соотношение близко к единице, то наблюдается хорошее смачивание и т.д.
Для оценки параметров смачивания обычно используют соотношение этих двух энергий, при этом если оно близко к 1, то наблюдается смачивание и т.д. Таким образом, использование суспензии при концентрации С=1% масс. кремний-содержащего (Na2SiO3)) фосфата кальция является оптимальным.
Полученные покрытия были проанализированы с помощью оптической микроскопии. При изучении поверхностных и морфологических характеристик полученных кальций- фосфатных покрытий, модифицированных силикат ионами, получено, что осаждение Si-ГА на поверхности титановых подложек происходит по-разному, в зависимости от времени выдерживания в растворе.
На фиг. 1 представлена микрофотография агрегатов на поверхности титана при осаждении Si-ГА на титановых подложках продолжительностью 3 суток.
На фиг. 2 представлена микрофотография агрегатов на поверхности титана при осаждении Si-ГА на титановых подложках продолжительностью 6 суток.
На фиг. 3 представлена микрофотография агрегатов на поверхности титана при осаждении Si-ГА на титановых подложках продолжительностью 12 суток.
При продолжительности времени выдерживания в модельном растворе трое суток получается равномерное, плотное, высокодисперсное покрытие и наблюдается рост кристаллов гидроксилапатита в виде объемных каплеобразных агрегатов Si-ГА, фиг. 1. Отмечается выравнивание роста кристаллов в более структурированную форму. Такие структуры соответствуют биогенному апатиту.
Увеличение времени выдерживания титанового образца в модельном растворе приводит к неравномерному росту кристаллов в виде столбчатой формы, что говорит о начале структурирования поверхности Si-ГА. На данном этапе наблюдается разная высота сформировавшихся агрегатов, фиг. 2.
Дальнейшее увеличение времени выдерживания в течение 6 суток в модельном растворе характеризуется образованием неравномерного покрытия, при этом отмечен рост кристаллов в виде дендритов. Зафиксировано начало роста кристаллов в виде цилиндрических столбцов, что характеризует начало структурирования Si-ГА на поверхности подложки, фиг. 3.
Таким образом, заявляемый способ позволяет получить качественное равномерное, плотное, высокодисперсное покрытие в виде объемных каплеобразных агрегатов Si-ГА, при использовании суспензии Si-ГА с 1% содержанием Na2SiO3 и времени выдерживания в модельном растворе 3 суток.
Claims (1)
- Способ получения биомиметического кремний-содержащего кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека, в котором предварительно готовят раствор состава: CaCl2 - 3.7424 г, MgCl2 - 0.6092 г, K2HPO4 - 2.8716 г, NaHCO3 - 4.5360 г, Na2SO4 - 0,0144 г, NaCl - 8.8784 г, Na2SiO3 - 0,0488÷0,2444 г, полученный раствор осаждают при: температуре T1=20÷25°C, значении рН 7.40±0.05 в течение 48 часов, затем осадок промывают, фильтруют, высушивают при температуре Т2=80÷85°C в течение 5 часов, из полученного кремний-содержащего кальций-фосфатного порошка готовят водную суспензию при концентрации С=1 масс. %, наносят суспензию капиллярным методом на сплав титана, сушат при температуре Т3=20÷25°C в течение 1 часа, затем указанный сплав с предварительно нанесенным слоем фосфата кальция опускают в полученный предварительно модельный раствор межклеточной жидкости человека на 3 суток, после этого извлекают из раствора и проводят сушку при температуре Т4=20÷25°C в течение 24 часов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016131737A RU2626604C1 (ru) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Способ получения биомиметического кремний-содержащего кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016131737A RU2626604C1 (ru) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Способ получения биомиметического кремний-содержащего кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2626604C1 true RU2626604C1 (ru) | 2017-07-28 |
Family
ID=59632349
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016131737A RU2626604C1 (ru) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Способ получения биомиметического кремний-содержащего кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2626604C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2702991C1 (ru) * | 2018-08-10 | 2019-10-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Способ получения биомиметического кальций-фосфатного модифицированного желатином покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2453630C1 (ru) * | 2011-01-11 | 2012-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная медицинская академия им. Н.Н. Бурденко" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации | Способ нанесения покрытий на изделия из титана |
RU2496150C1 (ru) * | 2012-04-16 | 2013-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Способ моделирования костной кристаллизации при коксартрозе in vitro |
-
2016
- 2016-08-01 RU RU2016131737A patent/RU2626604C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2453630C1 (ru) * | 2011-01-11 | 2012-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная медицинская академия им. Н.Н. Бурденко" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации | Способ нанесения покрытий на изделия из титана |
RU2496150C1 (ru) * | 2012-04-16 | 2013-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Способ моделирования костной кристаллизации при коксартрозе in vitro |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Xiaohua Yu, Mei Wei, Controlling Bovine Serum Albumin Release from Biomimetic Calcium Phosphate Coatings, Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology, 2011, 2, 28-35. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2702991C1 (ru) * | 2018-08-10 | 2019-10-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Способ получения биомиметического кальций-фосфатного модифицированного желатином покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6867240B2 (en) | Porous composite materials | |
Ferraz et al. | Hydroxyapatite nanoparticles: a review of preparation methodologies | |
Jalota et al. | Effect of carbonate content and buffer type on calcium phosphate formation in SBF solutions | |
Xia et al. | Effect of Ca/P ratio on the structural and corrosion properties of biomimetic CaP coatings on ZK60 magnesium alloy | |
Bharati et al. | Hydroxyapatite coating by biomimetic method on titanium alloy using concentrated SBF | |
US9517187B2 (en) | Implant coated with net-shaped or island-shaped low-crystallized hydroxyapatite and method for coating same | |
JP5778139B2 (ja) | 骨代用材料 | |
Feng et al. | Controlled crystal growth of calcium phosphate on titanium surface by NaOH-treatment | |
Wang et al. | In vitro behavior of fluoridated hydroxyapatite coatings in organic-containing simulated body fluid | |
Peters et al. | Simulating arterial wall calcification in vitro: biomimetic crystallization of calcium phosphates under controlled conditions | |
RU2626604C1 (ru) | Способ получения биомиметического кремний-содержащего кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека | |
Sasikumar et al. | Biocompatible hydrophilic brushite coatings on AZX310 and AM50 alloys for orthopaedic implants | |
Yousefpour et al. | Bioactive layer formation on alkaline-acid treated titanium in simulated body fluid | |
RU2453630C1 (ru) | Способ нанесения покрытий на изделия из титана | |
JP4595081B2 (ja) | リン酸カルシウムコロイド、ドット、アイランド、薄膜または、グラニュール、およびその調製 | |
RU2702991C1 (ru) | Способ получения биомиметического кальций-фосфатного модифицированного желатином покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека | |
Borilo et al. | Synthesis and properties of bioactive thin-film materials based on the SiO 2–P 2 O 5–СаO and SiO 2–P 2 O 5–CaO–TiO 2 systems | |
RU2532350C1 (ru) | Способ получения биомиметического кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора синовиальной жидкости человека | |
Liu et al. | In vitro surface reaction layer formation and dissolution of calcium phosphate cement–bioactive glass composites | |
JP5162749B2 (ja) | アパタイト複合体及びその製造方法 | |
Jarolimova et al. | Mesenchymal stem cell interaction with Ti 6 Al 4 V alloy pre-exposed to simulated body fluid | |
US8597718B2 (en) | Calcium phosphate ultrathin films and a method for preparing them | |
JP2007246299A (ja) | リン酸カルシウム透明体およびその製造方法 | |
Thammarakcharoen et al. | Rapid biomimetic coating of calcium phosphate on titanium: effect of soaking time, temperature and solution refreshing | |
RU2763091C1 (ru) | Способ получения модифицированного биопокрытия с микрочастицами трикальцийфосфата и/или волластонита на имплантате из магниевого сплава |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190802 |