наноструктурированный кальцийфосфатный керамический материал на основе системы трикальцийфосфат-гидроксиапатит для реконструкции костных дефектов

Классы МПК:A61L27/10 керамика или стекло
C01B25/32 фосфаты магния, кальция, стронция или бария 
B82B1/00 Наноструктуры
C04B35/622 способы формования; обработка порошков неорганических соединений перед производством керамических изделий
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2007-12-05
публикация патента:

Изобретение относится к медицине. Описан наноструктурированный кальцийфосфатный материал на основе системы трикальцийфосфат-гидроксиапатит для реконструкции костных дефектов Изобретение относится к кальцийфосфатным керамическим материалам, предназначенным для изготовления костных имплантатов и/или замещения дефектов при различных костных патологиях. Материал по своему химическому составу близок к естественной костной ткани (состав соответствует системе гидроксиапатит-трикальцийфосфат). Уникальная ультрадисперсная структура материала формируется за счет использования исходных кальцийфосфатных нанодисперсных порошков и добавки. В результате низкотемпературного спекания получают плотный керамический материал с равномерной структурой со средним размером частиц менее 100 нм. 1 табл.

Формула изобретения

Наноструктурированный кальцийфосфатный материал на основе системы трикальцийфосфат-гидроксиапатит для реконструкции костных дефектов, отличающийся тем, что трикальцийфосфат-гидроксиапатитовая керамика содержит дополнительно добавку - карбонат калия, и/или карбонат лития, и/или карбонат кальция при следующем соотношении компонентов в керамике, мас.%:

Гидроксиапатит и/или трикальцийфосфат 80-99,5
добавка 0,5-20


при следующем соотношении компонентов в добавке, мас.%:

кабонат калия и/или лития до 80
карбонат литиядо 80
карбонат кальция до 60

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, в частности к кальцийфосфатным керамическим материалам, предназначенным для изготовления костных имплантатов и/или замещения дефектов при различных костных патологиях.

Фосфаты кальция являются главными составляющими элементами кости и широко используются в качестве материалов для регенерации костной ткани и изготовления прочных костных имплантатов, применяемых в ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и др. К наиболее применяемым в медицине фосфатам кальция относятся трикальцийфосфат - Са 3(РО4)2 (TCP) и гидроксиапатит - Са5(PO4)3ОН (ГА) или бифазные материалы основанные на системе ТКФ-ГА. Биологические и механические свойства кальцийфосфатной керамики, определяются фазовым составом и структурой, которые в основном зависят от температуры обжига и размера исходных частиц порошка керамики. Одним из методов повышения механических характеристик и снижения температуры спекания керамики является применение керамических ультрадисперсных порошков с размером частиц менее 1 мкм.

В работе (A.Tampieri, G.Celotti, F.Szontagh and E.Landi «Sintering and characterization of HA and TCP bioceramics with control of their strength and phase purity» J. of Materials Sciance: Materials in Medicine 8 (1997) 29-37) были получены кальцийфосфатные материалы на основе ТКФ и ГА из порошков со средним размером кристаллов 0,5 мкм. Полученные материалы характеризовались мелкокристаллической структурой со средним размером кристаллов 1-2 мкм, пористостью менее 7%. Недостатком данного материала являлась высокая температура обжига 1220-1300°С. Кроме того, при температуре выше 1250°С наблюдается снижение прочности и частичное разложение ГА с образованием токсичного оксида кальция.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту является кальцийфосфатные материалы на основе системы трикальцийфосфат-гидроксиапаптит (S.Raynaud, E.Champion*, D.Bernache-Assollant «Calcium phosphate apatites with variable Ca/P atomic ratio II. Calcination and sintering», Biomaterials 23 (2002) 1073-1080) получаемые в результате спекания нанокристаллических порошков при температуре 1100-1150°С. В данной работе снизить температуру спекания удалось за счет использования нанокристаллических порошков и применения метода горячего прессования. В результате были получены бифазные материалы системы ТКФ-ГА, которые характеризовались мелкодисперсной структурой со средним кристаллом 200 нм. Недостатком данной керамики является высокая температура обжига и применение метода горячего прессования, что приводит к значительному удорожанию готовой продукции.

Технический результат предлагаемого изобретения - получение наноструктурированного керамического материала на основе системы ГА-ТКФ со средним размерами частиц не более 100 нм, спекающегося до плотного состояния (открытая пористость менее 4%) при температурах до 700°С.

Для достижения технического результата предлагается кальцийфосфатная керамика на основе системы из ГА-ТКФ 80-99,5 мас.% и добавки 0,5-20 мас.%. Добавка имеет следующий состав мас.%: карбоната калия до 80%, карбонат лития до 80% и карбонат кальция до 60%. Керамический материал указанного состава неизвестен.

При обжиге добавка (смесь карбонатов калия, лития и кальция) диссоциирует с образованием катионов и карбонатанионов, при взаимодействии с которыми в решетке спекаемого материала образуются многочисленные дефекты, как по аниону, так и по катиону, что способствует спеканию по твердофазовому механизму при более низких температурах. Кроме того, спекание идет и по жидкофазному механизму, т.к. смесь солей карбоната калия, натрия и кальция образует низкотемпературные расплавы, что тоже снижает температуру спекания материала. При введении добавки в количестве менее 0,5 мас.% материал характеризовался высокой пористостью и спекался до плотного состояния выше 700-750°С. При использовании добавки выше 20 мас.% образцы керамики получались деформированными. Введение в добавку карбонатов калия более 80 мас.%, лития более 80 мас.% и кальция более 60 мас.% приводит к повышению температуры спекания более 700°С и росту пористости более 5%.

Пример. 1 Порошок на основе системы ГА-ТКФ с атомарным соотношением Са/Р, равным 1,66-1,68, с удельной поверхностью 120 м2/г смешивают с добавкой в количестве 7 мас.% состава: карбонат калия - 40 мас.%, карбонат лития 40 мас.% и карбонат кальция 20 мас.%. Затем порошковую смесь формуют в виде балочек размером 50×6×6. Отформованные образцы обжигают при 640°С. В результате получают 100% ГА керамические образцы с пористостью не более 1% и со средним размером частиц около 60 нм.

Пример 2. Получение образцов аналогично примеру 1. Отличием является использование порошка на основе системы ГА-ТКФ с атомарным соотношением Са/Р, равным 1,49-1,51, с удельной поверхностью 130 м2/г и добавки в количестве 0,5 мас.%, при этом добавка состоит из карбоната лития 20 мас.% и карбоната калия 80 мас.%. Спекание проводили при 680°С. В результате получают 100% ТКФ керамические образцы с пористостью не более 4% и со средним размером частиц около 70 нм.

Пример 3. Получение образцов аналогично примеру 1. Отличием является - использование порошка системы ГА-ТКФ с атомарным расчетным соотношением Са/Р, равным 1,52-1,54, и удельной поверхностью 115 м /г и добавки в количестве 10 мас.%, при этом добавка состоит из карбоната лития 80 мас.% и карбоната кальция 20 мас.%. Спекание проводили при 650°С. В результате получают керамические образцы. содержащие 76-80 мас.% ТКФ и 20-24 мас.% ГА с пористостью не более 3% и со средним размером частиц около 90 нм.

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

наноструктурированный кальцийфосфатный керамический материал   на основе системы трикальцийфосфат-гидроксиапатит для реконструкции   костных дефектов, патент № 2359708

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2359708

patent-2359708.pdf

Класс A61L27/10 керамика или стекло

способ получения шихты для композиционного материала на основе карбоната кальция и гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических операциях -  патент 2523453 (20.07.2014)
способ получения канафита -  патент 2499767 (27.11.2013)
брушитовый цемент для костной хирургии -  патент 2490031 (20.08.2013)
способ изготовления пористых керамических изделий из -трикальцийфосфата для медицинского применения -  патент 2481857 (20.05.2013)
глазной кадаверный протез -  патент 2464954 (27.10.2012)
способ получения пористого стеклокристаллического материала -  патент 2462272 (27.09.2012)
биоактивный микропористый материал для костной хирургии и способ его получения -  патент 2452515 (10.06.2012)
способ подготовки шихты для получения биокерамики -  патент 2431627 (20.10.2011)
биотрансплантат на основе пенокерамических носителей системы оксид циркония - оксид алюминия и мультипотентных стромальных клеток костного мозга человека для восстановления протяженных дефектов костной ткани и способ его получения -  патент 2386453 (20.04.2010)
рассасывающиеся керамические композиции -  патент 2379061 (20.01.2010)

Класс C01B25/32 фосфаты магния, кальция, стронция или бария 

биорезорбируемый материал на основе аморфного гидроксиапатита и способ его получения -  патент 2510740 (10.04.2014)
способ получения кремниймодифицированного гидроксиапатита с использованием свч-излучения -  патент 2507151 (20.02.2014)
способ получения гидроксиапатита -  патент 2505479 (27.01.2014)
способ получения нанокристаллического кремнийзамещенного гидроксиапатита -  патент 2500840 (10.12.2013)
способ получения канафита -  патент 2499767 (27.11.2013)
трехмерные матрицы из структурированного пористого монетита для тканевой инженерии и регенерации кости и способ их получения -  патент 2491960 (10.09.2013)
способ получения нанокристаллического кремний-замещенного гидроксилапатита -  патент 2489534 (10.08.2013)
способ получения аморфного трикальцийфосфата -  патент 2478570 (10.04.2013)
способ получения апатита кальция -  патент 2473461 (27.01.2013)
способ получения дикальцийфосфата -  патент 2467988 (27.11.2012)

Класс B82B1/00 Наноструктуры

многослойный нетканый материал с полиамидными нановолокнами -  патент 2529829 (27.09.2014)
материал заменителя костной ткани -  патент 2529802 (27.09.2014)
нанокомпозитный материал с сегнетоэлектрическими характеристиками -  патент 2529682 (27.09.2014)
катализатор циклизации нормальных углеводородов и способ его получения (варианты) -  патент 2529680 (27.09.2014)
способ определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом -  патент 2529657 (27.09.2014)
способ формирования наноразмерных структур -  патент 2529458 (27.09.2014)
способ бесконтактного определения усиления локального электростатического поля и работы выхода в нано или микроструктурных эмиттерах -  патент 2529452 (27.09.2014)
способ изготовления стекловидной композиции -  патент 2529443 (27.09.2014)
комбинированный регенеративный теплообменник -  патент 2529285 (27.09.2014)
способ изготовления тонкопленочного органического покрытия -  патент 2529216 (27.09.2014)

Класс C04B35/622 способы формования; обработка порошков неорганических соединений перед производством керамических изделий

способ изготовления высокопрочного магнийсиликатного проппанта -  патент 2521989 (10.07.2014)
лазерная фторидная нанокерамика и способ ее получения -  патент 2484187 (10.06.2013)
способ изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант -  патент 2476478 (27.02.2013)
способ изготовления композиционного магнийсиликатного проппанта и проппант -  патент 2476477 (27.02.2013)
способ изготовления керамического проппанта и проппант -  патент 2476476 (27.02.2013)
прозрачный керамический материал и способ его получения -  патент 2473514 (27.01.2013)
рама для устройства для изготовления трехмерного объекта и устройство для изготовления трехмерного объекта с такой рамой -  патент 2469860 (20.12.2012)
способ получения изделий из кварцевой керамики -  патент 2466965 (20.11.2012)
волокна из поликристаллического корунда и способ их получения -  патент 2465247 (27.10.2012)
способ изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант -  патент 2463329 (10.10.2012)
Наверх