RU2725882C1 - Композиционный материал, содержащий альгинат натрия и смеси фосфатов кальция, способ получения композиционного материала - Google Patents
Композиционный материал, содержащий альгинат натрия и смеси фосфатов кальция, способ получения композиционного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725882C1 RU2725882C1 RU2019114101A RU2019114101A RU2725882C1 RU 2725882 C1 RU2725882 C1 RU 2725882C1 RU 2019114101 A RU2019114101 A RU 2019114101A RU 2019114101 A RU2019114101 A RU 2019114101A RU 2725882 C1 RU2725882 C1 RU 2725882C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sodium alginate
- composite material
- mixture
- calcium phosphates
- brushite
- 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
-
- 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
Abstract
Изобретение относится к области получения новых композиционных материалов для медицины, а именно травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, и может использоваться для изготовления композиционных материалов, предназначенных для заполнения костных дефектов. Предложен композиционный материал, содержащий альгинат натрия и смеси фосфатов кальция, отличающийся следующим соотношением компонентов, мас.%: альгинат натрия - 90÷80, смеси фосфатов кальция - 10÷20. Альгинат натрия представляет 2%-ную водную суспензию, а в общей массе смеси фосфатов кальция содержится: гидроксиапатит (ГА) - 20%, брушит - 30%, октакальцийфосфат (ОКФ) - 50%. Способ получения указанного композиционного материала включает предварительное приготовление 2%-ной водной суспензии альгината натрия, введение в полученную суспензию порошковой смеси фосфатов кальция в составе ГА - 20%, брушит - 30%, ОКФ - 50% в количестве 10÷20 мас.% от общей массы композиционного материала, перемешивание в течение времени T=10÷15 мин с помощью магнитной мешалки и вспенивание. Затем пену помещают в тигель и высушивают при температуре 200°С в течение времени Т=20÷30 мин. Технический результат - получение более биорезорбируемого и пористого материала. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.
Description
Изобретение относится к области получения новых композиционных материалов для медицины, а именно травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, и может использоваться для изготовления композиционных материалов, предназначенных для заполнения костных дефектов.
Костная ткань является композиционным материалом, содержащим фосфаты кальция (ФК) и органические компоненты (коллаген, коллагеновые и неколлагеновые белки), такой состав позволяет выдерживать механические нагрузки. Поэтому перспективным является получение композиционных материалов, содержащих как неорганические (фосфаты кальция), так и органические компоненты. Известно, что помимо коллагена и желатина в качестве органического компонента может использоваться полисахариды, например альгинат натрия. Материалы на основе фосфатов могут быть использованы: для цементных масс и лечебных паст для травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и стоматологии, для регенерации поврежденных костных тканей посредством постепенного замещения материала новообразующейся костной тканью. Широкое применение в этой сфере получили ортофосфаты кальция, однако они не отвечают ряду требованиям, предъявляемым к остеопластическим материалам: хорошая переносимость тканями; пористость, для обеспечения прорастания кости; биодеградация, соотносимая со скоростью остеорегенерации; возможность стерилизации без изменения качеств, доступность и низкая цена.
С другой стороны, высокий потенциал применения в медицине имеют биополимеры. В частности, материалы на основе альгината - полисахарида, который обладает широким спектром полезных для человека свойств и может выполнять функцию эластичного каркаса. В настоящее время актуальным является сравнительно новый подход создания композиционных материалов на основе фосфатов кальция и биополимеров.
Известен композиционный материал (патент US №8697107) для внесения в дефект костной ткани, включающий матрицу-носитель из биоразлагаемого полисахарида, содержащего альгинат натрия, и материал, расположенный внутри носителя-матрицы, содержащий: β-ТКФ, двухфазный ФК, фосфат магния, ГА или их смеси.
Известен гидрогель (патент RU №2632431), содержащий масс. %: альгинат натрия - 40-90 и кальцийфосфатные наполнители - 10-60: трикальцийфосфат, брушит, монетит, октакальцийфосфат, тетракальцийфосфат, гидроксиапатит, карбонатгидроксиапатит, фторгидроксиапатит или их смеси в виде порошков или гранул, отличающийся тем, что размеры частиц порошка или гранул составляют от 20 до 100 мкм, далее полученный гидрогель охлаждают до t +37°С и при непрерывном перемешивании от 500 до 1000 оборотах в минуту добавляют порошок ванкомицина в концентрациях 30, 50 и 70 масс. % по отношению к общей массе образца, далее методом 3D печати из композиционных материалов получают образцы, обладающие антибактериальной активностью.
Недостатком данного материала является низкая био+резорбция и пористость.
Технической задачей заявляемого решения является получения более биорезорбируемого и пористого материала.
Техническим результатом заявляемого решения является получение композиционного материала содержащего альгинат натрия и смесь фосфатов кальция и способ получения данного материала.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен: композиционный материал для заполнения костных дефектов, содержащий: альгинат натрия и смеси фосфатов кальция, отличающийся следующим соотношением компонент, масс. %
альгинат натрия | 90÷80 |
смеси фосфатов кальция | 10÷20 |
при этом, альгинат натрия представляет 2% водную суспензию, а в общей массы смеси фосфатов кальция содержится: гидроксилапатит (ГА) - 20%, брушит - 30%, октакальцийфосфат (ОКФ) - 50%., предложен способ получения композиционного материала по п. 1., включающий предварительно приготовление 2% водной суспензии альгината натрия, введение в полученную суспензию порошковую смесь фосфатов кальция в составе гидроксилапатит (ГА)-20%, брушит - 30%, октакальцийфосфат (ОКФ)-50% в количестве 10÷20 масс. % общей массы композиционного материала, подвергают перемешиванию в течение времени T1=10-15 минут, с помощью магнитной мешалки проводят вспенивание, затем пену помещают в тигель и высушивали при температуре 200°С. в течение времени Т2=20-30 минут.
Возможность достижения технического результата обусловлена тем, что порошковую смесь ортофосфатов кальция (ГА-20%, брушит - 30%, ОКФ-50%) получали, путем осаждения из водного раствора. Осаждение проводилось при температуре 40°С, рН=6.5, τ=48 ч и введении добавки ионов магния в концентрации 12.5 ммоль/л. В основе данного способа лежит следующая химическая реакция (1):
Смешивание растворов проводилось при охлаждении (0-5°С).
После вызревания осадка под маточным раствором, в течение 48 ч, твердую фазу отделяли от раствора фильтрованием, высушивали при температуре ~ 80°С до постоянной массы и полного удаления химически несвязанной воды, взвешивали и исследовали с применением группы физико-химических методов.
Готовили 2% водную суспензию полимера с использованием альгинат натрия (Е-401). В суспензию вводили порошковый материал в количестве 10, 20, 50 масс. % и подвергали интенсивному перемешиванию. Вспенивание осуществляли используя магнитную мешалку. Пену помещали в тигель и высушивали при температурах: 200°С (композит 1) и 400°С (композит 2).
На фиг. 1 представлена дифрактограмма смеси ортофосфатов кальция
На фиг. 2.представлен дифрактограмма композиционного материала (tсушки=200°С, содержание смеси фосфатов кальция 20%)
На фиг. 3. представлены: фотографии композиционного материала на основе альгината натрия с содержанием наполнителя 20%, ув. х10
А) Тсушки=200°С, Б) Тсушки=400°С
На фиг. 4. представлены кинетические кривые растворения композиционного материала(композит) 1 при Тсушки=200°С, композиционного материала(композит) 2 при Тсушки=400°С с содержанием наполнителя:20%.
А- в 0,1 М растворе HCl;
Б- в ацетатном буферном растворе;
В- в 0.9% растворе NaCl.
Фазовый состав полученных образцов исследован с помощью РФ А (ДРОН-3). Дифрактограммы получали «методом порошка». Съемка дифрактограмм проводилась в интервале 10-60° бреговских углов отражения по 20. Идентификация пиков на дифрактограммах проводилась с помощью картотеки JCPDS и программных пакетов DifWin4.0 и Crystallographica Search-Match. Содержание присутствующих фаз в образцах определяли по методу корундовых чисел (метод Чанга, программа Crystallographica Search-Match).
Исследование резорбции полученных образцов проводилось путем их динамического растворения при постоянном перемешивании в растворе 0.9%-ного хлорида натрия (рН≈7), в ацетатном буфере (рН=4.75) и в растворе соляной кислоты (рН=1) при температуре 22°С. Через определенные промежутки времени (τ=0-90 мин) с помощью прямой потенциометрии фиксировали значение кислотности среды и показателя концентрации ионов кальция в растворе.
При синтезе смеси ортофосфатов кальция методам РФА установлено, что полученный осадок представлен фазами ОКФ, брушита и ГА, основным интенсивным линиям которых соответствуют углы 20 (фиг. 1): ОКФ- - 4.8; 11.4, 22.8; ГА - 25.9, 29.6, 31.8; брушита - 20.4, 47.3, 35.2. С размерами кристаллитов ОКФ - 2.96 нм, брушита -2.45 нм, ГА-2.15 нм.
По результатам РФА получено, что внедрение порошкового материала в матрицу альгината натрия не изменяет его состав, вне зависимости от соотношения наполнитель/матрица.
Поверхность полученных композитов выглядит как пористый матрикс, в котором равномерно распределена твердая фаза (фиг. 3).
Методом БЭТ установлено, что удельная поверхность композиционного материала, характеризующегося соотношением смеси фосфатов кальция/альгинат натрия - 20/80, возрастает по сравнению с порошковым материалом от 23 м2/г до 37 м2/г, а увеличение температуры сушки образца уменьшает удельную поверхность до 33 м2/г.
Для изучения биорезорбируемости образцов было проведено их растворение в 0.1 М растворе HCl, ацетатном буферном растворе и 0.9% растворе NaCl. Экспоненциальная зависимость (фиг. 4) соответствует кинетике реакции первого порядка, поэтому в качестве количественной меры растворения можно рассматривать начальную скорость растворения, определенную, как тангенс угла наклона линейного участка прямой, построенной в координатах pCa=f(τ).
В таблице 1 представлены данные при заданных: среде, соотношении смеси фосфатов кальция к альгинату натрия - соответствующие им начальная скорость растворения, удельная поверхность, получаемых композитных материалов.
Из полученных данных таблицы 1 следует, что резорбируемость полученных композитов тем выше, чем меньше соотношение смесь фосфатов кальция/альгинт натрия при увеличении соотношения смесь фосфатов кальция/альгинт натрия и увеличении температуры сушки композита с 200°С до 400°С резорбируемость снижается. Поэтому для композиционного материала выбрано следующее соотношением компонент, масс. %
альгинат натрия (2% водная суспензия) | 90÷80 |
смеси фосфатов кальция (ГА-20%, брушит - 30%, ОКФ-50%) | 10÷20 |
Для способа получения композиционного материала была выбрана температура сушки 200°С.
Поскольку у прототипа соотношением компонент, масс. %
альгинат натрия - | 90÷40 |
кальцийфосфатные наполнители - | 10÷60 |
следовательно исходя из таблицы 1 следует, что резорбируемость и удельная поверхность в заявляемом решении примерно на 20-25% выше, чем в прототипе в области, где у прототипа содержится следующее соотношение компонент масс %
альгинат натрия - | 80÷40 |
кальцийфосфатные наполнители - | 20÷60 |
Таким образом, решается задача заявляемого решения: повышение резорбируемости и пористости композиционного материала, создаваемого для костной трансплантации.
Claims (4)
1. Композиционный материал для заполнения костных дефектов, содержащий альгинат натрия и смеси фосфатов кальция, отличающийся следующим соотношением компонентов, мас.%:
при этом альгинат натрия представляет 2%-ную водную суспензию, а в общей массе смеси фосфатов кальция содержится: гидроксиапатит (ГА) - 20%, брушит - 30%, октакальцийфосфат (ОКФ) - 50%.
2. Способ получения композиционного материала по п. 1, включающий предварительное приготовление 2%-ной водной суспензии альгината натрия, введение в полученную суспензию порошковой смеси фосфатов кальция в составе гидроксиапатит (ГА) - 20%, брушит - 30%, октакальцийфосфат (ОКФ) - 50% в количестве 10÷20 мас.% от общей массы композиционного материала, подвергают перемешиванию в течение времени T1=10-15 мин, с помощью магнитной мешалки проводят вспенивание, затем пену помещают в тигель и высушивают при температуре 200°С в течение времени Т2=20-30 мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019114101A RU2725882C1 (ru) | 2019-05-06 | 2019-05-06 | Композиционный материал, содержащий альгинат натрия и смеси фосфатов кальция, способ получения композиционного материала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019114101A RU2725882C1 (ru) | 2019-05-06 | 2019-05-06 | Композиционный материал, содержащий альгинат натрия и смеси фосфатов кальция, способ получения композиционного материала |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2725882C1 true RU2725882C1 (ru) | 2020-07-07 |
Family
ID=71510461
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019114101A RU2725882C1 (ru) | 2019-05-06 | 2019-05-06 | Композиционный материал, содержащий альгинат натрия и смеси фосфатов кальция, способ получения композиционного материала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2725882C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2765546C1 (ru) * | 2020-08-05 | 2022-02-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Композиционный материал для заполнения костных дефектов, содержащий альгинат-хитозановый полиэлектролитный комплекс |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8697107B2 (en) * | 2012-04-27 | 2014-04-15 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Flowable implant with crosslinkable surface membrane |
RU2553368C1 (ru) * | 2014-05-19 | 2015-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ МАСТЕРСКИЕ" Федерального медико-биологического агентства | Способ замещения костной ткани |
CN105536050A (zh) * | 2016-02-05 | 2016-05-04 | 山东明德生物医学工程有限公司 | 一种氧化石墨烯改性骨水泥及制备方法和应用 |
RU2606041C2 (ru) * | 2015-10-16 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский радиологический центр" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИРЦ" Минздрава России) | Способ получения композиционного трехмерного каркаса для замещения костно-хрящевых дефектов |
RU2632431C2 (ru) * | 2016-06-29 | 2017-10-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский радиологический центр" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИРЦ" Минздрава России) | Гидрогель для получения композиционных материалов с антибактериальной активностью для замещения костно-хрящевых дефектов методом 3d печати |
-
2019
- 2019-05-06 RU RU2019114101A patent/RU2725882C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8697107B2 (en) * | 2012-04-27 | 2014-04-15 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Flowable implant with crosslinkable surface membrane |
RU2553368C1 (ru) * | 2014-05-19 | 2015-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ МАСТЕРСКИЕ" Федерального медико-биологического агентства | Способ замещения костной ткани |
RU2606041C2 (ru) * | 2015-10-16 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский радиологический центр" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИРЦ" Минздрава России) | Способ получения композиционного трехмерного каркаса для замещения костно-хрящевых дефектов |
CN105536050A (zh) * | 2016-02-05 | 2016-05-04 | 山东明德生物医学工程有限公司 | 一种氧化石墨烯改性骨水泥及制备方法和应用 |
RU2632431C2 (ru) * | 2016-06-29 | 2017-10-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский радиологический центр" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИРЦ" Минздрава России) | Гидрогель для получения композиционных материалов с антибактериальной активностью для замещения костно-хрящевых дефектов методом 3d печати |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2765546C1 (ru) * | 2020-08-05 | 2022-02-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Композиционный материал для заполнения костных дефектов, содержащий альгинат-хитозановый полиэлектролитный комплекс |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Komlev et al. | 3D printing of octacalcium phosphate bone substitutes | |
Zhou et al. | Monetite, an important calcium phosphate compound–Its synthesis, properties and applications in orthopedics | |
Jalota et al. | Using a synthetic body fluid (SBF) solution of 27 mM HCO3− to make bone substitutes more osteointegrative | |
Boudemagh et al. | Elaboration of hydroxyapatite nanoparticles and chitosan/hydroxyapatite composites: a present status | |
JP5524485B2 (ja) | 多置換されたヒドロキシアパタイトと、天然および/または合成ポリマーとの複合体と、それらの生成および使用 | |
EA000309B1 (ru) | Материал для замещения кости и способ его получения | |
US20050226939A1 (en) | Production of nano-sized hydroxyapatite particles | |
Sun et al. | Fast setting calcium phosphate cement-chitosan composite: mechanical properties and dissolution rates | |
Kaygili et al. | The effect of simulating body fluid on the structural properties of hydroxyapatite synthesized in the presence of citric acid | |
WO2016035751A1 (ja) | 製品無機化合物の製造方法及び製品無機化合物 | |
JP4854300B2 (ja) | 医療用骨補填材およびその製造方法 | |
JP4158945B2 (ja) | セメント用材料及びセメント | |
Şahin | Calcium phosphate bone cements | |
Sato et al. | Preparation of hydroxyapatite/collagen injectable bone paste with an anti-washout property utilizing sodium alginate. Part 1: influences of excess supplementation of calcium compounds | |
RU2725882C1 (ru) | Композиционный материал, содержащий альгинат натрия и смеси фосфатов кальция, способ получения композиционного материала | |
Wu et al. | Preparation and characterization of microrod hydroxyapatite bundles obtained from oyster shells through microwave irradiation | |
Shih et al. | In vivo evaluation of resorbable bone graft substitutes in beagles: histological properties | |
JP5354562B2 (ja) | セメント用材料、セメント用材料の製造方法、セメントの製造方法及びセメント | |
CN114761048A (zh) | 骨替代材料的胶原基质或颗粒共混物 | |
KR102416302B1 (ko) | 휘트록카이트 또는 하이드록시아파타이트를 포함하는 무기소재의 제조방법 및 이에 따라 제조된 무기소재 | |
Tsyganova et al. | Synthesis of a composite material based on a mixture of calcium phosphates and sodium alginate | |
El-Maghraby et al. | Preparation, structural characterization, and biomedical applications of gypsum-based nanocomposite bone cements | |
US20110189100A1 (en) | Bone substitute containing a contrast agent, method for preparing same and uses thereof | |
JP3082503B2 (ja) | 人工骨製造用前駆体および人工骨の製法 | |
EP1447104B1 (en) | Process to synthetize artificial bone tissue, and use thereof |