КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИАПАТИТА И КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ РЕКОНСТРУКТИВНО-ПЛАСТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ Российский патент 2011 года по МПК A61L27/02 A61L27/12 B82B1/00 

Описание патента на изобретение RU2429885C1

Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, и может использоваться для заполнения костных дефектов.

Биокерамика на основе гидроксиапатита (ГА) применяется в качестве биоактивных материалов для новых технологий замещения или регенерации костных тканей, поврежденных в результате патологических заболеваний, травм, оперативных вмешательств. Одним из недостатков, препятствующих использованию данных материалов в качестве имплантатов при замещении костных дефектов, является низкая резорбция, что приводит к «замуровыванию» имплантированного материала на стадиях in vivo или очень длительному процессу восстановления костной ткани - более 1-2 года. Повысить резорбируемость возможно за счет создания композитов, содержащих более резорбируемые биоактивные компоненты, например карбонат кальция (КК) и карбонатгидроксиапатит (КГА).

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту является композит гидроксиапатит - карбонат кальция, спекающийся при температуре 850°С в среде углекислого газа (F.Heilmann О.С.Standard F.A.Muller M.Hoffman Development of graded hydroxyapatite/СаСО3 composite structures for bone ingrowth // J Mater Sci: Mater Med (2007) 18:1817-1824). Недостатком данного материала является высокая температура обжига в среде углекислого газа, что требует применения специального оборудования, приводящего к увеличению стоимости материла. Высокие температуры обжига выше 800°С могут приводить к образованию токсичного оксида кальция в результате термического разложения карбоната кальция. Кроме того, данные материалы характеризуются низкой прочностью 20-80 МПа при сжатии в зависимости от состава композиционного материала, что является следствием неравномерности структуры, состоящей из крупнокристаллического гидроксиапатита с размером кристаллов около 3,3 мкм и крупных неплотных зерен кальцита размером несколько сотен мкм.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании композиционного материала на основе гидроксиапатита - карбоната кальция, спекающегося при низкой температуре и имеющего повышенную резорбируемость по сравнению с материалами на основе гидроксиапатита.

Технический результат предлагаемого изобретения - получение композиционного керамического материала на основе системы ГА (КГА)-КК, содержащего от 20 до 80 мас.% КК, спекающегося до плотного состояния (открытая пористость менее 2-4%) при температурах до 720°С и характеризующегося мелкокристаллической структурой с размером кристаллов менее 500 нм и прочностью при сжатии более 100 МПа.

Технический результат достигается тем, что композиционный материал на основе гидроксиапатита и карбоната кальция для заполнения костных дефектов при реконструктивно-пластических операциях содержит карбонатгидроксиапатит и добавку карбоната калия и/или карбоната натрия при следующем соотношении компонентов в материале, мас.%:

Гидроксиапатит и/или карбонатгидроксиапатит - 20-80

Карбонат кальция 20-80,

и добавка в количестве 0,5-10 мас.% взятая сверх 100% по отношению к гидроксиапатиту и карбонату кальция. При следующем соотношении компонентов добавки, мас.%

Карбонат калия до 100,

Карбонат натрия до 100,

Керамический материал указанного состава неизвестен.

При обжиге добавка карбоната калия или карбоната натрия диссоциирует с образованием катионов и карбонат-анионов, при взаимодействии с которыми в решетке спекаемого материала образуются многочисленные дефекты как по аниону, так и по катиону, что способствует спеканию по твердофазному механизму при более низких температурах. Также в процессе обжига при взаимодействии указанных карбонатов образуются низкотемпературные расплавы, что способствует спеканию по жидкофазному механизму. Кроме того, высокая концентрация карбонат-ионов приводит к стабилизации состава композиционной керамики при температурах 600-720°С и препятствует образованию токсичного оксида кальция.

Полученная керамика характеризуется более высокой прочностью по сравнению с прототипом и спекается при более низких температурах менее 720°С (открытая пористость до 4%). Введение добавки менее 1,0 мас.% (сверх 100% по отношению к КК и ГА) не позволяет получать прочный материал. При этом увеличение температуры выше 720°С приводит к разложению образцов и потере их целостности. При содержании добавки более 10 мас.% (сверх 100% по отношению к КК и ГА) может происходить деформация образцов композиционной керамики и падение их прочности. При получении композитов с содержанием КК более 80 мас.% материал плохо спекается и имеет низкую прочность. При содержании КК менее 20 мас.% в материале фактически не увеличивается резорбируемость композита, возникающая при использовании КК в качестве второго компонента.

Пример. 1. Композиционную керамику получали смешением компонентов. Для этого смешивали 40 г порошка КГА и 60 г КК (где смесь КГА и КК взяты за 100%) с последующим введением добавки 2 г карбоната калия и 2 г карбоната натрия (где смесь карбоната калия и карбоната натрия взяты в количестве 4 мас.% по отношению к смеси КГА и КК). Затем порошки прессовали и обжигали при 670°С. В результате получали прочный композит 40 мас.% КГА и 60 мас.% КК, содержавшего добавки карбоната калия и натрия - 4 мас.% со средним размером частиц до 200 нм и прочностью при сжатии 210 МПа.

Пример 2. Композиционную керамику получали осаждением солей в водных растворах. Для этого в водный раствор нитрата кальция добавляли раствор карбоната и фосфата аммония (компоненты взяты из расчета получения композита с соотношением КК и ГА - 50/50 мас.%). После сушки осадка получали мелкодисперсный порошок. Затем в 10 г порошка вводили добавку в количестве 0,5 г (5 мас.% сверх 100% по отношению к порошку КК и ГА), содержащую карбонат натрия в количестве - 0,25 г (2,5% сверх 100% по отношению к порошку КК и ГА) и карбоната калия - 0,25 г (2,5% сверх 100% по отношению к порошку КК и ГА). После чего прессовали образцы и обжигали при 680°С. В результате получали прочный композит 40 мас.% ГА и 60 мас.% КК, содержавшего добавки карбоната калия и натрия - 5 мас.% сверх 100% по отношению к КК и ГА со средним размером частиц до 400 нм и прочностью при сжатии 330 МПа.

Пример 3. Композиционную керамику получали твердофазовым синтезом. Для этого порошки оксид кальция, карбонат аммония и гидрофосфат аммония смешивали в заданном соотношении в планетарной мельнице, затем сушили и прокаливали. В результате получали композиционные порошки, содержащие 20 мас.% ГА и 80 мас.%

КК. В полученные прокаленные порошки вводили добавку 10 мас.% карбоната калия (сверх 100% по отношению к порошку КК и ГА). Затем прессовали образцы и обжигали при 660°С. В результате получена композиционная керамика состава - 20 мас.% ГА и 80 мас.% КК, содержание добавки 10 мас.% (сверх 100% по отношению к ГА и КК) со средним размером частиц до 400-500 нм и прочностью при сжатии 120 МПа.

Пример 4. Композиционную керамику получали осаждением солей в водных растворах. Для этого в водный раствор нитрата кальция добавляли раствор карбоната и фосфата аммония (компоненты взяты в заданном соотношении). Полученный осадок сушили и прокаливали. В результате получали композиционные порошки, содержащие 50 мас.% ГА и 50 мас.% КК. В прокаленный порошок в количестве 4 г вводили добавку карбоната натрия в количестве - 0,02 г (0,5 мас.% сверх 100% по отношению к порошку ГА и КК). Затем прессовали образцы и обжигали при 680°С. В результате получали композиционную керамику состава 50 мас.% ГА и 50 мас.% КК, содержавшую добавку 0,5 мас.% карбонат натрия (сверх 100% по отношению к ГА и КК) со средним размером частиц до 400 нм и прочностью при сжатии 150 МПа.

Были изготовлены образцы композиционной керамики, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.

Похожие патенты RU2429885C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШИХТЫ ДЛЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ И ГИДРОКСИАПАТИТА И/ИЛИ КАРБОНАТГИДРОКСИАПАТИТА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ ПРИ РЕКОНСТРУКТИВНО-ПЛАСТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ 2013
  • Смирнов Валерий Вячеславович
  • Гольдберг Маргарита Александровна
  • Баринов Сергей Миронович
RU2523453C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ГРАНУЛ НА ОСНОВЕ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ И ГИДРОКСИАПАТИТА И/ИЛИ КАРБОНАТГИДРОКСИАПАТИТА ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ РЕКОНСТРУКТИВНО-ПЛАСТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ 2014
  • Смирнов Валерий Вячеславович
  • Гольдберг Маргарита Александровна
  • Комлев Владимир Сергеевич
  • Баринов Сергей Миронович
RU2555348C1
ПОРИСТЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ 2007
  • Баринов Сергей Миронович
  • Смирнов Валерий Вячеславович
  • Федотов Александр Юрьевич
  • Комлев Владимир Сергеевич
  • Фадеева Инна Вилоровна
  • Сергеева Наталья Сергеевна
  • Свиридова Ирина Константиновна
  • Кирсанова Валентина Александровна
  • Ахмедова Сурая Абдулла Кызы
RU2376019C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ЗАМЕЩЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОЛИТИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ 2015
  • Филиппов Ярослав Юрьевич
  • Сафронова Татьяна Викторовна
  • Путляев Валерий Иванович
  • Ларионов Дмитрий Сергеевич
  • Ковальков Валерий Константинович
  • Соколов Андрей Владимирович
RU2599022C1
Способ введения спекающей добавки на основе тройного карбоната кальция, калия и натрия 2022
  • Фадеева Инна Вилоровна
  • Баринов Сергей Миронович
  • Форысенкова Анна Александровна
RU2787478C1
ГИДРОГЕЛЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ АКТИВНОСТЬЮ ДЛЯ ЗАМЕЩЕНИЯ КОСТНО-ХРЯЩЕВЫХ ДЕФЕКТОВ МЕТОДОМ 3D ПЕЧАТИ 2016
  • Комлев Владимир Сергеевич
  • Сергеева Наталья Сергеевна
  • Федотов Александр Юрьевич
  • Тетерина Анастасия Юрьевна
  • Баринов Сергей Миронович
  • Свиридова Ирина Константиновна
  • Тютькова Юлия Борисовна
  • Каралкин Павел Анатольевич
  • Кирсанова Валентина Александровна
  • Кувшинова Екатерина Алексеевна
  • Каприн Андрей Дмитриевич
RU2632431C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО СКЭФФОЛДА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ КОСТНОЙ ТКАНИ 2016
  • Городжа Светлана Николаевна
  • Сурменев Роман Анатольевич
  • Сурменева Мария Александровна
  • Сыромотина Дина Сергеевна
RU2624854C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБОНАТГИДРОКСИАПАТИТА И БРУШИТА 2014
  • Солоненко Анна Петровна
  • Голованова Ольга Александровна
RU2546539C1
МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЗАКРЫТИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ РЕКОНСТРУКТИВНО-ПЛАСТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ 2006
  • Чиссов Валерий Иванович
  • Баринов Сергей Миронович
  • Сергеева Наталия Сергеевна
  • Решетов Игорь Владимирович
  • Свиридова Ирина Константиновна
  • Кирсанова Валентина Александровна
  • Фадеева Инна Вилоровна
  • Комлев Владимир Сергеевич
  • Ахмедова Сурая Абдулла Кызы
  • Филюшин Михаил Михаилович
RU2333010C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОЙ КЕРАМИКИ ИЗ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ДЕФЕКТОВ КОСТНОЙ ТКАНИ 2015
  • Баринов Сергей Миронович
  • Фадеева Инна Вилоровна
  • Фомин Александр Сергеевич
  • Петракова Наталия Валерьевна
RU2578435C1

Реферат патента 2011 года КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИАПАТИТА И КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ РЕКОНСТРУКТИВНО-ПЛАСТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ

Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, и может использоваться для заполнения костных дефектов. Изобретение представляет композиционный материал на основе гидроксиапатита и карбоната кальция, содержащий от 20 до 80 мас.% карбоната кальция, спекающийся до плотного состояния (открытая пористость менее 2-4%) при температурах до 720°С. Композиционный материал отличается высокой биорезорбируемостью, за счет содержания резорбируемых фаз карбонатгидроксиапатита и карбоната кальция. Использование добавки на основе карбоната калия и карбоната натрия в количестве до 10% сверх 100% по отношению к основным компонентам (гидроксиапатиту и карбонатгидроксиапатиту и карбонату кальция) препятствует термическому разложению керамического материала при обжиге и позволяет получить мелкокристаллическую структуру с размером кристаллов менее 500 нм и высокую прочность при сжатии от 100 до 330 МПа. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 429 885 C1

Композиционный материал для заполнения костных дефектов при реконструктивно-пластических операциях, содержащий гидроксиапатит и карбонат кальция, отличающийся тем, что содержит дополнительно карбонатгидроксиапатит и добавку, способствующую спеканию, карбонат калия и/или карбонат натрия при следующем соотношении компонентов в материале, мас.%:
Гидроксиапатит и карбонатгидроксиапатит 20-80 Карбонат кальция 20-80,


и добавка в количестве 0,5-10 мас.%, взятом сверх 100% по отношению к смеси гидроксиапатита, карбонатгидроксиапатита и карбоната кальция.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2429885C1

НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЙ КАЛЬЦИЙФОСФАТНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ТРИКАЛЬЦИЙФОСФАТ-ГИДРОКСИАПАТИТ ДЛЯ РЕКОНСТРУКЦИИ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ 2007
  • Смирнов Валерий Вячеславович
  • Фомин Александр Сергеевич
  • Баринов Сергей Миронович
RU2359708C1
HEILMANN F, STANDARD ОС, MÜLLER FA, HOFFMAN M., Development of graded hydroxyapatite/CaCO(3) composite structures for bone ingrowth., J Mater Sci Mater Med
Пресс для выдавливания из деревянных дисков заготовок для ниточных катушек 1923
  • Григорьев П.Н.
SU2007A1
АМОРФНЫЙ, КАРБОНИРОВАННЫЙ И ФТОРИРОВАННЫЙ ГИДРОКСИАПАТИТ ДЛЯ ЗУБНЫХ ПАСТ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 1999
  • Арсеньев П.А.
  • Балин В.Н.
  • Дощицын Ю.Ф.
  • Евдокимов А.А.
  • Пташко А.В.
  • Феоктистов А.Ф.
RU2179437C2

RU 2 429 885 C1

Авторы

Баринов Сергей Миронович

Смирнов Валерий Вячеславович

Гольдберг Маргарита Александровна

Чиссов Валерий Иванович

Сергеева Наталья Сергеевна

Свиридова Ирина Константиновна

Кирсанова Валентина Александровна

Ахмедова Сурая Абдулла Кызы

Даты

2011-09-27Публикация

2010-06-16Подача