Способ получения гранул Mg-гидроксилапатит-хитозан Российский патент 2023 года по МПК C04B35/447 A61L27/46 A61L27/58 

Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского назначения, которые могут быть использованы при создании полифазных композитов на основе Mg-гидроксилапатита и полимерной матрицы, при заполнении костных дефектов в травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии.

Известен способ получения пористых сферические гранулы гидроксилапатита (Min-Ho Hon, Jun-Sik Son, Kwang-Mahn Kim, Myungho Han, Daniel S. Oh, Yong-Keun Lee Drug-loaded porous spherical hydroxyapatite granules for bone regeneration// J Mater Sci: Mater Med V. 22, 2011, P. 349-355) при котором готовят суспензию гидроксилапатита, в качестве связующего и для улучшения спекание и стабильность используют (3% высокомолекулярный поливиниловый спирт, 3% карбоксиметилцеллюлоза, и 5% полиакрилата аммония). Для изготовления гранул суспензии гидроксилапатита получали путем постепенного увеличение соотношение Н₂О/Гидроксилапатит (1,5, 2 и 4), и постепенно увеличивая содержание NaCl 3, 15 и 30 мас.%. Суспензию перемешивали в несколько этапов при низкой скорости вращения 1000 оборотов в минуту. Температуру суспензии доводили до комнатной температуры при низкой скорости перемешивания. Когда суспензия становилась гомогенной, скорость вращения была увеличена до 5000 оборотов в минуту и суспензии перемешивали в течение 10 ч при этой скорости вращения, температура суспензии также была снижена до 15°С в течение высокоскоростного перемешивания.

Недостаткам данного решения является сложность пробоподготовки формирования гранул гидроксилапатита, добавления в суспензию синтетических компонентов чужеродных для человеческого организма.

Известен способ изготовления пористых керамических гранул фосфатов кальция (патент РФ №2299869), заключающийся в приготовлении суспензии предварительно синтезированного порошка фосфата кальция с соотношением Са/Р от 1,5 до 1,67 с 10%-ным раствором желатина в соотношении от 0,5 до 3,0 мл раствора желатина на 1 г порошка при температуре раствора от 10 до 39°С с получением суспензии порошка в растворе желатина, добавление этой суспензии в растительное масло, перемешивание смеси лопастной мешалкой со скоростью ее вращения от 100 до 1500 об/мин с последующей промывкой гранул и их термической обработкой при температуре от 900 до 1250°С.

Недостатком данного решения является использование фосфатов кальция, которые не соответствуют неорганической составляющей костной ткани человека, не описаны методы синтеза используемых фосфатов кальция, используются высокие температуры термической обработки, не указано время перемешевания.

Технической задачей, заявляемого решения является получение гранул Mg- гидроксилапатит-хитозан.

Техническим результатом, заявляемого решения является получение гранул гидроксилапатит-хитозан, обладающих большей резорбцией с течением времени.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ получения гранул Mg-гидроксилапатит-хитозан, заключающийся в том, что смешивают до однородной массы порошок Mg-гидроксилапатита с 2 мас.% раствором хитозана в 0,5% уксусной кислоте при соотношении: на 1 грамм Mg-гидроксилапатита 10,5 мл раствора хитозана, затем полученную смесь диспергируют через капилляр диаметром 1,5-2,5 мм в 5% раствор NaOH при температуре Т₁=20-26°С, полученные гранулы деконтируют от щелочного раствора и сушат при температуре Т₂=27-28°С на воздухе в течение не менее 6 часов.

Возможность достижения технического результата обеспечивается тем, что более меньший радиус иона и высокая энергия ионизации иона Mg²⁺ формирует наиболее крепкие связи, чем ион Са²⁺. Именно поэтому он считается наиболее активным катализатором ферментативных процессов. Ионы магния по сравнению с ионами кальция имеют меньший радиус и поэтому оказывают дестабилизирующее воздействие па структуру ГА.

Разработка методики получения гранул Mg-гидроксилапатит в полимерной матрице хитозана проводилась методом подбора следующих параметров:

- концентрация геля на основе хитозана;

- соотношение твердой фазы и объема геля для смешивания;

- размер капилляра;

- раствор для диспергирования суспензии и образования гранул.

При подборе соотношения масса Mg-гидроксилапатита объем геля хитозана было выяснено, что для гранул на основе Mg-гидроксилапатита оптимальное соотношение составляет 1 г/10,5 мл. Данное соотношение, выбрано исходя из того, что полученные гранулы обладают более качественными характеристиками (сферическая форма, механическая прочность).

Размер капилляра подбирался таким образом, чтобы достичь оптимальных условий получения гранул. Установлено, что размер капилляра равный 2,5 мм наиболее полно соответствует предъявляемым требованиям. При использовании капилляра меньше 1,5 мм прохождение через него смеси становилось невозможным.

В качестве раствора для диспергирования суспензии фосфат кальция/гель хитозана был выбран 5% раствор NaOH.

При взаимодействии геля хитозана с Mg-гидроксилапатитом кристаллы Mg-гидроксилапатита а встраиваются между волокнами хитозана через взаимодействие протонированой аминогруппы хитозана с ОН^- и РО₄^3--группами гидроксилапатита.

При диспергировании полученной суспензии в 5% щелочной раствор под действием сил поверхностного натяжения образуется капля. При этом структура хитозана превращается в компактную конформацию «случайный клубок» и осаждается:

R-NH₃⁺+ОН^-→R-NH₂(↓)+H₂O

После извлечения образовавшихся гранул из щелочного раствора их оставляли на воздухе при комнатной температуре для высушивания. При удалении воды в гранулах образовывались поры

На фиг. 1 представлены ИК-спектры гранулированного Mg-гидроксиапатит-хитозана.

Методом ИК-Фурье-спектроскопии установлено, что в составе гранул Mg-гидроксиапатит-хитозан проявляются полосы, обусловленные колебаниями связей О-Р-О в тетраэдрах РО₄^3-. Пик с ν=1025 и 1109 см^-1 вызваны антисимметричными валентными колебаниями связи О-Р-О. Интенсивности с максимумами поглощения при 545, 602 и 616 см^-1 обусловлены валентными колебаниями О-Р-О. Интенсивные пики с частотой 884 см^-1 и 1476 см^-1 относятся к колебаниям СО₃^2- групп.

Для хитозана наблюдаются слабовыраженный пик с частотой 3548 см^-1, вызванный колебаниями связи О-Н. При частоте 3337 см^-1 проявляется валентное колебание группы NH₂. Поглощение на частоте 1658 см^-1 соответствует валентным колебаниям (-С=O) связей в группе CONHR, на частоте 1405 см^-1 - деформационным колебаниям аминогруппы -NH₂.

Пример 1

Смешивают порошок Mg-гидроксилапатита с 2 мас.% раствором хитозана в 0,5% уксусной кислоте при соотношении 0,2 г порошка к 2,1 мл раствора до однородной массы, затем полученную смесь диспергируют в течение 4 минут через каппиляр диаметром 1,5 мм в 5% раствор NaOH объемом 100 мл при температуре T₁=20°С, полученные гранулы деконтируют от щелочного раствора, затем сушат при температуре Т₂=27°С на воздухе в течение не менее 6 часов.

Пример 2

Смешивают порошок Mg-гидроксилапатита с 2 мас.% раствором хитозана в 0,5% уксусной кислоте при соотношении 0,4 г порошка к 4,2 мл раствора до однородной массы, затем полученную смесь диспергируют в течение 8 минут через каппиляр диаметром 2,0 мм в 5% раствор NaOH объемом 100 мл при температуре T₁=23°С, полученные гранулы деконтируют от щелочного раствора, затем сушат при температуре Т₂=27,5°С на воздухе в течение не менее 6.5 часов.

Пример 3

Смешивают порошок Mg-гидроксилапатита с 2 мас.% раствором хитозана в 0,5% уксусной кислоте при соотношении 0,8 г порошка к 8,4 мл раствора до однородной массы, затем полученную смесь диспергируют в течение 16 минут через каппиляр диаметром 2,5 мм в 5% раствор NaOH объемом 100 мл при температуре Т₁=26°С, полученные гранулы деконтируют от щелочного раствора, затем сушат при температуре Т₂=28°С на воздухе в течение не менее 7 часов.

Для определения оптимального содержания хитозана в 0,5% уксусной кислоте изучали зависимость значений динамической вязкости от содержания масс % хитозана.

В таблице 1 представлены результаты определения оптимального содержания хитозана в 0,5% уксусной кислоте, мас.% и соответствующие этому содержанию значения динамической вязкости.

Исходя из данных табл. 1, наибольшие значения динамической вязкости соответствуют содержанию хитозана в 0,5% уксусной кислоте - 2% мас.%, дальнейшее увеличение содержания хитозана в 0,5% уксусной кислоте не приводит к увеличению динамической вязкости.

Кроме этого были проведены расчеты удельной поверхности получаемых гранул по уравнению Брунауэра, Эммета и Теллера (БЭТ), которое является одним из наиболее распространенных и общепринятых в настоящее время. Измерение удельной поверхности и пористости образцов производился по методу БЭТ (S_БЭТ-N2) на анализатора Gemini 2365 по адсорбции стандартного газа азота при 77.4 К. Диапазон измерения удельной поверхности от 0.5 до 999 м²/г. Предел допускаемой относительной погрешности измерений удельной поверхности в режиме многократного измерения не более 5%.

В таблице 2 представлены результаты измерений удельной поверхности, полученных гранул при заданных размерах и распределение по размерам.

Кроме того, был проведен отжиг гранул Mg-гидроксилапатит-хитозан при температурах 200°С, 400°С, 600°С, 800°С. Результаты проведения отжига представлены в таблице 3.

Исходя из данных табл. 3, что все гранулы сохраняют сферическую форму

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить гранулы на основе Mg- гидроксилапатита в матрице хитозана с диаметром 1,5-2,5 мм, обладающих термической стабильностью в диапазоне температур от 200°С до 800°С.

Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского назначения, которые могут быть использованы при создании полифазных композитов на основе Mg-гидроксилапатита и полимерной матрицы, при заполнении костных дефектов в травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии. Предложенный способ получения гранул Mg-гидроксилапатит-хитозан заключается в том, что смешивают порошок Mg-гидроксилапатита с 2 мас.% раствором хитозана в 0,5% уксусной кислоте при соотношении: на 1 грамм Mg-гидроксилапатита 10,5 мл раствора хитозана до однородной массы, затем полученную смесь диспергируют через капилляр диаметром 1,5-2,5 мм в 5% раствор NaOH при температуре T₁=20-26°С. Полученные гранулы деконтируют от щелочного раствора и сушат при температуре Т₂=27-28°С на воздухе в течение не менее 6 часов. Технический результат заявляемого решения - разработка способа получения гидроксилапатита обладающего большей резорбцией и остеокондуктивностью с течением времени. 1 ил., 3 пр., 3 табл.

Способ получения гранул Mg-гидроксилапатит-хитозан, заключающийся в том, что смешивают до однородной массы порошок Mg-гидроксилапатита с 2 мас.% раствором хитозана в 0,5% уксусной кислоте при соотношении: на 1 грамм Mg-гидроксилапатита 10,5 мл раствора хитозана, затем полученную смесь диспергируют через капилляр диаметром 1,5-2,5 мм в 5% раствор NaOH при температуре T₁=20-26°С, полученные гранулы деконтируют от щелочного раствора и сушат при температуре T₂=27-28°С на воздухе в течение не менее 6 часов.