Состав для получения композиционного биоматериала на основе гидроксиапатита Российский патент 2024 года по МПК A61L27/42 A61L27/12 C04B35/447 A61L27/56 C04B35/626 C04B35/64 

Изобретение относится к области композиционных биологически активных медицинских материалов, используемые в хирургии при восстановлении и лечении костной ткани.

Известен биоактивный композиционный материал на основе гидроксиапатита, в котором диспергирован монооксид титана. Материал содержит в качестве монооксида титана сверхсте-хиометрический монооксид титана TiO_1,22 при следующем соотношении компонентов, мас. %: гид-роксиапатит - 77-79, монооксид титана TiO_1,22 - 21-23, (патент RU 2724611; МПК A6IL 27/40. A61L 27/42, A61L 2/28; 2020 год).

Недостатком известного материала являются: использование монооксида титана (TiO_1,22) который необходимо получать в вакууме при высоких температурах спекания (1470-1485°С) с последующей закалкой. Также и отжиг смеси гидроксиапатита с монооксидом титана проводят в вакууме, и в результате твердость композиционного материала менее 200 МПа, что обусловливает его низкую износостойкость, а пористость около 0,6 м²/г, что обусловливает низкий уровень интеграции с костной тканью.

Известен композиционный материал на основе гидроксиапатита для костных имплан-татов, содержащий диоксид циркония и оксид кремния при следующем соотношении компонентов (масс. %): гидроксиапатит - 78,0÷82; диоксид циркония - 5,5÷11,0; оксид кремния - 11,0÷12,5 (патент RU 2771382; МПК A61L 27/02, A61L 27/12; 2022 год).

Известный материал характеризуется высокой пористостью порядка 4,6 м²/г, что обеспечивает высокий уровень его интеграции с костной тканью, однако наряду с этим он имеет невысокую твердость (300-305 МПа), что обусловливает его невысокую износостойкость.

Известен биоактивный композиционный материал для замещения костных дефектов, содержащий гидроксиапатит и фторид кальция в следующем соотношении (масс. %); - гидроксиапатит - 84÷86; - фторид кальция - 14÷16 (патент RU 2683255; МПК A61L 27/12, A61F 2/28; 2019 год).

Известный материал имеет очень высокую износостойкость, поскольку его твердость равна 900-980 МПа, однако очень низкие значения пористости (0.36 м²/г) не обеспечивают хорошей интеграции с костной тканью.

Известен биоматериал на основе гидроксиапатита, полученного путем химического осаждения из водных растворов, содержащий фторид кальция и диоксид циркония при следующем соотношении компонентов, мас. %: гидроксиапатит 76-79; фторид кальция 15-16; диоксид циркония 6-8; при этом гранулированный состав всех компонентов составляет 20-40 мкм (патент RU 2735032; МПК A61L 27/02, А61К 6/80; 2020 год)(прототип).

Известный материал характеризуется высокой пористостью порядка 4,0 м²/г, что обеспечивает высокий уровень его интеграции с костной тканью, однако наряду с этим он имеет невысокую твердость (350-380 МПа), что обусловливает его невысокую износостойкость.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать состав для получения композиционного биоактивного материала, характеризующегося одновременным сочетанием высокой износостойкости за счет достаточно высокого уровня твердости и способностью к хорошей интеграции к костной ткани за счет достаточно высокого уровня пористости.

Поставленная задача решена в составе для получения композиционного биоактивного материала на основе гидроксиапатита, содержащего фторид кальция и оксид металла, отличающийся тем, что в качестве оксида металла он содержит нестехиометрический оксид титана TiO_1.6-1.9 при следующем соотношении компонентов, имеющих начальный размер не более 128 мкм, мас. %:

гидроксиапатит Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ 65÷70 нестехиометрический оксид титана TiO_1.6-1.9 18÷15 фторид кальция CaF₂ 17÷15

В настоящее время из патентной и научно технической литературы не известен состав для получения биоматериала на основе гидроксиапатита, упрочненный нестехиометрическим оксидом титана и фторидом кальция, содержащий компоненты в предлагаемых пределах.

В ходе исследований, проводимых авторами, был сделан вывод, что успешное использование композиционного материала на основе гидроксиапатита в качестве костного имплантата возможно в случае одновременного наличия у него высокой износостойкости, обеспечивающий низкий уровень деградации имплантата, и высокого уровня интеграции к костной ткани. Характеристики материала, предлагаемого авторами, а именно микротвердость порядка 400-420 МПа и пористость порядка 2,5 м²/г, обеспечивают при его использовании комплекс необходимых свойств, позволяющих одновременно получить хорошую износостойкость и высокий уровень интеграции к костной ткани. При этом при содержании менее 15 мас. % нестехиометрического оксида титана (TiO_1.6-1.9) не наблюдается равномерной пористости, а при более 18 мас. % начинает падать прочность биоактивного материала, также прочность падает при увеличении содержания фторида кальция более 17 мас. % CaF₂, снижение же содержания менее 15 мас. % CaF₂ приводит к снижению термоустойчивости гидроксиапатита и к его частичному разложению до трикальций фосфата.

Биоактивный материал на основе гидроксиапатита с использованием предлагаемого исходного состава может быть получен следующим образом: исходные компоненты -гидроксиапатит, нестехиометрический оксид титана (TiO_1.6-1.9) и фторид кальция (CaF₂), в соотношении (мас. %): гидроксиапатит - 65÷70; нестехиометрический оксид титана (TiO_1.6-1.9) -18÷15, который получают при сжигании порошка металлического титана в печи при температуре 600-800°С выдержанном в воздушной атмосфере в течение 8-16 часов; фторид кальция (CaF₂) - 17÷15, помещают в мельницу, измельчают до размера частиц менее 128 мкм, полученную порошковую смесь прессуют в заготовки (таблетки) при давлении 20 МПа, а затем заготовки помещают в муфельную печь и подвергают отжигу при температуре 950-1000°С в течение 2-3 часов. В результате получают композиционный биоматериал Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂-TiO_x-CaF₂ в виде малопористого прочного материал имеющего площадь пор ~ 2,5 м²/г равномерно распределенных по всему объему и имеющего микротвердость 400-420 МПа. Микротвердость определялась микротвердомером ПМТ-ЗМ (нагрузка 0,98 Н (100 г), время нагружения - 10 с), пористость измерялась методом БЭТ, состав материала подтвержден рентгенофазовым анализом.

На фиг. 1 изображена микроструктура полученного композиционного биоматериала, полученная на сканирующем электронном микроскопе (пример 2).

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами: Пример 1. Берут 65 грамм порошка гидроксиапатита, 18 грамм порошка нестехиометрический оксид титана (TiO_1.6-1.9), полученного из порошка металлического титана при сжигании в печи при температуре 600°С выдержанном в воздушной атмосфере в течение 16 часов, и 17 грамм фторид кальция (CaF₂), помещают в мельницу и ведут размол до размера частиц менее 128 мкм, отделяя недоизмельченные частицы просеиванием через соответствующее сито, далее тщательно перемешивают до однородности. Полученную порошковую смесь прессуют в заготовки (таблетки) при давлении 20 МПа, а полученные заготовки помещают в муфельную печь и подвергают термообработке при температуре 1000°С в течение 2 часов. По данным рентгенофазового анализа получают композиционный материал Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂-TiO_x-CaF_2, в виде пористого прочного материала имеющего площадь пор 2,53 м²/г, равномерных по всему объему, характеризующегося микротвердостью 420 МПа.

Пример 2. Берут 70 грамм порошка гидроксиапатита, 15 грамм порошка нестехиометрический оксид титана (TiO_1.6-1.9), полученного из порошка металлического титана при неполном сжигании в печи при температуре 800°С выдержанном в воздушной атмосфере в течение 8 часов, и 15 грамм фторид кальция (CaF₂), помещают в мельницу и ведут размол до размера частиц менее 128 мкм, отделяя недоизмельченные частицы просеиванием через соответствующее сито, далее тщательно перемешивают до однородности. Полученную порошковую смесь прессуют в заготовки (таблетки) при давлении 20 МПа, а полученные заготовки помещают в муфельную печь и подвергают термообработке при температуре 1000°С в течение 3 часов. По данным рентгенофазового анализа получают композиционный материал Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂-TiO_x-CaF_2, в виде пористого прочного материала имеющего площадь пор 2,5 м²/г, равномерных по всему объему, характеризующегося микротвердостью 400 МПа.

Пример 3. Берут 68 грамм порошка гидроксиапатита, 16 грамм порошка нестехиометрический оксид титана (TiO_1.6-1.9), полученного из порошка металлического титана при сжигании в печи при температуре 700°С выдержанном в воздушной атмосфере в течение 10 часов, и 16 грамм фторид кальция (CaF₂), помещают в мельницу и ведут размол до размера частиц менее 128 мкм, отделяя недоизмельченные частицы просеиванием через соответствующее сито, далее тщательно перемешивают до однородности. Полученную порошковую смесь прессуют в заготовки (таблетки) при давлении 20 МПа, а полученные заготовки помещают в муфельную печь и подвергают термообработке при температуре 1000°С в течение 2,5 часов. По данным рентгенофазового анализа получают композиционный материал Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂-TiO_x-CaF₂, в виде пористого прочного материала имеющего площадь пор 2,52 м²/г, равномерных по всему объему, характеризующегося микротвердостью 420 МПа.

Таким образом, авторами предлагается состав для получения биологическиактивного композиционного материала, обладающего повышенной механической твердостью, обеспечивающий высокую износостойкость и высокую пористость, обеспечивающий высокую биосовместимость с костной тканью.

Изобретение относится к области композиционных биологически активных медицинских материалов, используемых в хирургии при восстановлении и лечении костной ткани. Состав для получения композиционного биоактивного материала на основе гидроксиапатита содержит фторид кальция и нестехиометрический оксид титана TiO_1,6-1,9 при следующем соотношении компонентов, имеющих начальный размер не более 128 мкм, мас. %: гидроксиапатит Са₁₀(РO₄)₆(ОН)₂ 65-70; нестехиометрический оксид титана ТiO_1,6-1,9 18-15; фторид кальция СаF₂ 17-15. Изобретение позволяет получить биологически активный композиционный материал, обладающий повышенной механической твердостью, обеспечивающей высокую износостойкость, и высокой пористостью, обеспечивающей высокую биосовместимость с костной тканью. 1 ил., 3 пр.

Состав для получения композиционного биоактивного материала на основе гидроксиапатита, содержащий фторид кальция и оксид металла, отличающийся тем, что в качестве оксида металла он содержит нестехиометрический оксид титана TiO_1,6-1,9 при следующем соотношении компонентов, имеющих начальный размер не более 128 мкм, мас. %:

гидроксиапатит Са₁₀(РO₄)₆(ОН)₂ 65÷70 нестехиометрический оксид титана ТiO_1,6-1,9 18÷15 фторид кальция СаF₂ 17÷15