СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШИХТЫ ДЛЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ И ГИДРОКСИАПАТИТА И/ИЛИ КАРБОНАТГИДРОКСИАПАТИТА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ ПРИ РЕКОНСТРУКТИВНО-ПЛАСТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ Российский патент 2014 года по МПК A61L27/02 A61L27/10 A61L27/12 

Описание патента на изобретение RU2523453C1

Композиционные материалы на основе карбоната кальция (КК) и гидроксиапатита (ГА) являются одними из наиболее перспективных материалов для применения в медицине для новых технологий регенерации костных тканей. Благодаря высокой биорезорбции КК применение имплантатов на основе данной системы будет способствовать быстрому восстановлению костной ткани. Получение керамических материалов, содержащих КК, является сложной технологической задачей, связанной с низкой термической устойчивостью КК, который при температурах выше 600-700°C начинает разлагаться с образованием оксида кальция и углекислого газа. Избежать разложения можно снижением температуры спекания при использовании специальных методов спекания, например газостатического или горячего прессования. Однако данными методами можно получать изделия только несложной формы, кроме того, они малопроизводительные и дорогостоящие. Получить спеченные материалы возможно также за счет отработки технологии спекания и применения добавок, повышающих термическую стойкость или способствующих снижению температуры спекания материалов.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту являются керамические композиционные материалы на основе карбоната кальция и гидроксиапатита (и/или карбонатгидроксиапатита), содержащие различное количество гидроксиапатита (ГА) и/или карбонатгидроксиапатита (КГА) от 20 до 80 масс.% [Баринов С.М., Смирнов В.В., Гольдберг М.А. и др. Композиционный материалы на основе гидроксиапатита и карбоната кальция для заполнения костных дефектов при реконструктивно-пластических операциях. Патент РФ №2429885]. Использование гидроксиапатита способствовало увеличению прочности и повышению термической стабильности. Недостатком данных материалов является низкая прочность при сжатии, особенно при преобладании КК, например, при 60 масс.% - 210 МПа, при 80 масс.% - 120 МПа. Низкая прочность таких материалов ограничивает их применение в качестве имплантатов, способных выдерживать физиологические нагрузки в организме.

Технический результат предлагаемого изобретения - для получения композиционного керамического материала с более высокой прочностью при сжатии (305-590 МПа)и меньшей пористостью (менее 0,5%) использовали шихту на основе системы карбонат кальция - гидроксиапатит и/или карбонатгидроксиапатит, содержащую ,ГА/или КГА в количестве 5-40 масс.% и добавку карбоната натрия в количестве 0,25-5,0 масс.%, взятого по отношению к карбонату кальция и гидроксиапатиту и/или карбонатгидроксиапатиту, при этом шихту получают в результате дополнительного помола порошка после синтеза.

Технический результат достигается тем, что шихту для композиционного материала на основе карбоната кальция и гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических операциях получают из синтезированного путем осаждения солей в водных растворах порошка при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Карбонат кальция 60-95,

Гидроксиапатит и/или карбонатгидроксиапатит 5-40

и дополнительно полученный порошок подвергают помолу, карбонат натрия вводят в порошок до или после помола в количестве 0,25-5,0 масс.%, взятого по отношению к карбонату кальция и гидроксиапатиту и/или карбонатгидроксиапатиту.

Полученная керамика характеризуется более высокой прочностью по сравнению с прототипом - 305-590 МПа при сжатии. Введение добавки менее 0,25 масс.% по отношению к КК и КГА и/или ГА не позволяет получать прочный материал. При содержании добавки более 5 масс.% может происходить деформация образцов композиционной керамики после спекания и падение их прочности. Получение композитов с содержанием КК более 95 масс.% и менее 60 масс.% материал имеет низкую прочность. В случае отсутствия операции дополнительного помола образцы после спекания имели низкую прочность менее 250 МПа. После обжига материалы, не прошедшие помол, имеют низкую прочность и более высокую пористость. Это связано с приданием порошковым материалам, подвергшимся помолу, более высокой активности к спеканию, что способствует получению после спекания керамических материалов с более высокой прочностью и более низкой пористостью. Повышение активности к спеканию порошковых материалов является следствием увеличения дефектности кристаллической решетки кристаллов КК, выражающиеся в изменение параметров кристаллической ячейки, оцененных по результатам исследований рентгенофазового анализа. Так, после помола КК с кристаллической решеткой кальцита параметр ячейки а уменьшается при увеличении параметра c, что свидетельствует об увеличении дефектности элементарной ячейки. При этом размер частиц порошка, оцененный методом низкотемпературной адсорбции азота (БЭТ) практически не изменялся (таблица).

Пример 1. Композиционную керамику получали осаждением солей в водных растворах (компоненты взяты из расчета получения композита с соотношением КК и ГА - 80/20 масс.%). После сушки продуктов реакции получали мелкодисперсный порошок, который подвергали дополнительному помолу. Удельная поверхность порошка составила 10-15 м2/г. Затем в 9,8 г полученного порошка вводили добавку в количестве 0,2 г (2 масс.% по отношению к порошку КК и ГА). После введения добавки прессовали образцы и обжигали при 680°C. В результате получали прочный композиционный материал с прочностью при сжатии до 590 МПа и пористостью менее 0,5%.

Пример 2. Композиционную керамику получали осаждением солей в водных растворах (компоненты взяты из расчета получения композита с соотношением КК и КГА - 60/40 масс.%). В полученные композиционные порошки массой 7,5 г, содержащие 60 г КК и 40 г КГА, вводили добавку 0,25 г карбоната натрия (0,25 масс.%). Полученную шихту подвергали дополнительному помолу. Порошки имели удельную поверхность 11-15 м2/г. Затем прессовали образцы и обжигали при 670°C. В результате получена композиционная керамика с прочностью при сжатии 305 МПа и пористостью менее 0,5%.

Пример 3. Композиционные порошки получали осаждением солей в водных растворах из расчета получения композита с соотношением КК и ГА - 80/20 масс.%. После сушки порошки подвергали дополнительному помолу. Порошки имели удельную поверхность 11-14 м2/г. Затем в 9,5 г полученного порошка вводили добавку в количестве 0,5 г (5 масс.% по отношению к порошку КК и ГА). Полученный порошок прессовали и спекали при 660°C. В результате, получали плотный композиционный керамический материал с прочностью при сжатии 544 МПа и пористостью менее 0,5%.

Аналогично примеру №1 были получены образцы без применения помола шихты. После спекания полученная керамика характеризуются более низкой прочностью - 100 МПа при сжатии и большей пористостью 4,0% (таблица, пример 5).

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

Таблица 1 Состав и свойства керамических материалов Образец Способ подготовки шихты (последовательность технологических операций) Состав шихты Помол Удельная поверхность порошка, м2 Температура обжига °C Пористость, % Прочность, при сжатии, МПа Примечание Соотношение компонентов после синтеза в порошке, масс.% Количество добавки по отношению к порошку, масс.% ГА и/или КГА КК 1 Осаждение солей из водных растворов помолом и последующим введением добавки 20 80 2 + 10-14 680 менее 0,5 590 2 Осаждение солей из водных растворов помолом и последующим введением добавки 40 60 0,25 + 11-15 670 менее 0,5 305 3 Осаждение солей из водных растворов, помол и последующее введение добавки 20 80 5 + 11-14 660 менее 0,5 544 4 Осаждение солей из водных растворов, помол и последующее введение добавки 5 95 5 + 10-13 640 менее 0,5 450 5 Осаждение солей из водных растворов, введение добавки (без помола) 20 80 2 - 10-14 680 4,0 100 6 (прототип) Твердофазовый синтез и введение добавки (без помола) 20 80 10% добавки сверх 100% - - 660 менее 4 120 7 (прототип) Механическое смешение и введение добавки (без помола) 40 60 4% добавки сверх 100%- - - 670 менее 3 210 8 Осаждение солей из водных растворов, введение добавки и последующий помол 60 40 0 + 10-15 640 15 8 9 Осаждение солей из водных растворов, введение добавки (без помола) 0 100 10 + 10-15 680 20 35 Растрескивание образца

Похожие патенты RU2523453C1

название год авторы номер документа
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИАПАТИТА И КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ РЕКОНСТРУКТИВНО-ПЛАСТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ 2010
  • 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
RU2429885C1
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
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБОНАТГИДРОКСИАПАТИТА И БРУШИТА 2014
  • Солоненко Анна Петровна
  • Голованова Ольга Александровна
RU2546539C1
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 ПОРИСТОЙ КЕРАМИКИ ИЗ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ДЕФЕКТОВ КОСТНОЙ ТКАНИ 2015
  • Баринов Сергей Миронович
  • Фадеева Инна Вилоровна
  • Фомин Александр Сергеевич
  • Петракова Наталия Валерьевна
RU2578435C1
Способ введения спекающей добавки на основе тройного карбоната кальция, калия и натрия 2022
  • Фадеева Инна Вилоровна
  • Баринов Сергей Миронович
  • Форысенкова Анна Александровна
RU2787478C1
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
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 ПРИГОТОВЛЕНИЯ ШИХТЫ ДЛЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБОНАТГИДРОКСИАПАТИТА 2007
  • Сафронова Татьяна Викторовна
  • Путляев Валерий Иванович
  • Корнейчук Светлана Александровна
  • Третьяков Юрий Дмитриевич
RU2391317C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО БИОДЕГРАДИРУЕМОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ РЕНАНИТА 2007
  • Сафронова Татьяна Викторовна
  • Путляев Валерий Иванович
  • Стеклов Михаил Юрьевич
  • Третьяков Юрий Дмитриевич
RU2362538C2

Реферат патента 2014 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШИХТЫ ДЛЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ И ГИДРОКСИАПАТИТА И/ИЛИ КАРБОНАТГИДРОКСИАПАТИТА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ ПРИ РЕКОНСТРУКТИВНО-ПЛАСТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ

Изобретение относится к способу получения шихты для композиционного материала на основе карбоната кальция - гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических операциях. Заявленный способ включает получение шихты для спекания керамических материалов из синтезированного путем осаждения солей в водных растворах порошка при соотношении компонентов: 60-95 масс.% карбоната кальция и 5-40 гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита. Также заявленный способ включает дополнительный помол полученного порошка и введение в порошок до или после помола карбоната натрия в количестве 0,25-5,0 масс.%, взятого по отношению к карбонату кальция и гидроксиапатиту и/или карбонатгидроксиапатиту. Изобретение направлено на получение композиционного керамического материала с более высокой прочностью при сжатии - 305-590 МПа, и меньшей пористостью - менее 0,5%. 1 табл., 4 пр.

Формула изобретения RU 2 523 453 C1

Способ получения шихты для композиционного материала на основе карбоната кальция - гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических операциях, включающий получение шихты для спекания керамических материалов из синтезированного путем осаждения солей в водных растворах порошка при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Карбонат кальция 60-95 Гидроксиапатит и/или карбонатгидроксиапатит 5-40


дополнительный помол полученного порошка и введение в порошок до или после помола карбоната натрия в количестве 0,25-5,0 масс.%, взятого по отношению к карбонату кальция и гидроксиапатиту и/или карбонатгидроксиапатиту.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2523453C1

КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИАПАТИТА И КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ РЕКОНСТРУКТИВНО-ПЛАСТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ 2010
  • 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
RU2429885C1

RU 2 523 453 C1

Авторы

Смирнов Валерий Вячеславович

Гольдберг Маргарита Александровна

Баринов Сергей Миронович

Даты

2014-07-20Публикация

2013-03-07Подача