модифицированный гидроксиапатит

Формула изобретения

Модифицированный гидроксиапатит, включающий синтезированный неорганический материал со структурой гидроксиапатита, отличающийся тем, что в качестве модифицирующих добавок он содержит ионы иттербия и эрбия или иттербия и тулия в соответствии с формулой

Ca₉Yb_x[Er,Tm]_y(PO₄ )(OH)₂,

где x=0,4-0,95, y=0,05-0,6, x+y=1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, а именно к материалам, совмещаемым с тканями человеческого организма, и может быть использовано, в частности, для заполнения дефектов в костной ткани и наблюдений за поведением костной ткани в различных областях хирургии и травматологии путем облучения заданных участков организма инфракрасным излучением и наблюдением визуализации инфракрасного излучения в виде красного, зеленого и синего свечения, а также для скрытой записи информации в областях науки и техники, требующих применения антистоксовских люминофоров.

Известен материал для заполнения костных дефектов, представляющий из себя чистый гидроксиапатит (патент Японии №62-29366, кл. С 01 В 25/32, 1987).

Известен также модифицированный гидроксиапатит, а именно аморфный, карбонизованный и фторированный гидроксиапатит для зубных паст, содержащий карбонатные и фтор-группы в соответствии с формулой Са₁₀(РО₄) ₆(ОН)_2-х-у(СО₃)_х/2F _y (где x=0.01-0.3 и y=0.01-0.4) (патент РФ №2179437, кл. А 61 К 7/16, 1999).

Это техническое решение является наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому. Известные материалы близки по своему составу костной ткани и могут быть использованы для замещения костных дефектов. При этом модифицированный гидроксиапатит рекомендуется только для зубных паст вследствие близости его состава именно к составу зубной эмали.

В то же время при использовании известных материалов в медицинской практике не представляется возможным осуществить наблюдение за поведением костной ткани организма в лечебном процессе. Поэтому актуальной является задача по разработке материала, близкого по составу с тканями человеческого скелета и совместимого с ним, одновременно позволяющего осуществлять наблюдение за поведением костной ткани в различных областях хирургии и травматологии.

Технический результат достигается тем, что модифицированный гидроксиапатит, включающий синтезированный неорганический материал со структурой гидроксиапатита, в качестве модифицирующих добавок содержит ионы иттербия и эрбия или иттербия и тулия в соответствии с формулой Са₉Yb_х[Еr,Тm]_у(РO ₄)₆(ОН)₂, где х=0,4-0,95, у=0,05-0,6, x+y=1.

Для решения поставленной задачи в качестве сенсибилизатора выбраны ионы иттербия, а активатора - ионы эрбия или тулия. Выбор этих элементов определен структурой штарковских уровней ионов, а концентрация их определена экспериментально.

Наблюдение за поведением костной ткани осуществляют следующим образом.

Заданные участки организма облучают излучением полупроводникового лазера (ИК-диапазона). В процессе принимает участие система, состоящая из двух ионов редкоземельных элементов. Один из них является сенсибилизатором. Он поглощает ИК-излучение полупроводникового лазера (излучение накачки материала) и передает его ионам активатора, за счет переходов между штарковскими уровнями которых возникает более коротковолновое красное, зеленое, синее излучение, т.е. система работает как антистоксовский люминофор. Так, например, при введении заявленного материала в локальный дефект происходит зарастание его, о котором можно судить по расширению области свечения заявленного материала за пределы локального дефекта. Кроме того, следует отметить, что при облучении тканей лазерным излучением достигается дополнительный эффект - снятие воспалительного процесса за счет стерилизации (уничтожения бактерий) возникающим коротковолновым излучением.

Исходя из структуры материала, другой технический результат может быть достигнут при использовании его в качестве люминофора для скрытой записи информации.

Предлагаемый материал является аналогом костной ткани, а примеси ионов редкоземельных элементов не влияют на его биосовместимость с костной тканью, поскольку эти ионы в трехвалентном состоянии в виде окислов практически не растворимы и не взаимодействуют с биологической жидкостью.

Ниже приведенные примеры иллюстрируют, но не ограничивают изобретение.

Пример 1.

Окись кальция, взятую в стехиометрическом количестве, добавляют в дистиллированную воду, взятую в количестве, необходимом для получения 7% геля гидроксиапатита (ГА). Окислы иттербия и эрбия, взятые в стехиометрическом количестве растворяют в соляной кислоте и затем добавляют к образовавшейся суспензии гидроокиси кальция, затем к полученной суспензии добавляют ортофосфорную кислоту с плотностью 50 г/л. Введение ортофосфорной кислоты в суспензию проводится со скоростью 5 л/час до полной нейтрализации системы. Получают гель предлагаемого материала с концентрацией 6-8%. Конечный продукт может использоваться в четырех формах: гель с концентрацией ГА 5-20%, высушенный порошок с размером частиц 0.1-1 мкм, гранулы с размерами 0.25-2 мкм и объемные образцы различных форм.

Для решения задачи устранения микродефектов в эмали зуба на него в несколько слоев кисточкой наносится предлагаемый материал. После каждого нанесения эмаль промывается. В том случае, если материал входит в микрополости, то под действием излучения полупроводникового лазера будет наблюдаться интенсивное свечение в видимом диапазоне.

Наличие в кристаллической решетке материала ионов редкоземельных элементов доказывается способностью материала к антистоксовской люминесценции (в противном случае антистоксовской люминесценции не будет). Предлагаемый материал характеризуется также параметрами элементарной ячейки, аналогичными для других материалов, имеющих структуру гидроксиапатитов. Результаты исследований методом рентгенофазового анализа представлены в таблице.

Как отмечалось выше, предлагаемый материал может иметь и другое применение, а именно использоваться для маркировки, например ценных бумаг или документов, аналогично другим люминофорам.

Пример 2.

Для скрытия информации на объект (это может быть бумага, ткань и т.п.) наносится метка из предлагаемого материала. В случае твердой поверхности может наноситься суспензия предлагаемого материала в прозрачном лаке, олифе и т.д. При облучении метки полупроводниковом лазером наблюдается спектр люминесценции, соответствующий паспорту люминофора (предлагаемого материала). Процесс отождествления может быть полностью автоматизирован применением набора (полоски) из полупроводниковых фотоприемников.