ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ получения шихты для композиционного материала на основе карбоната кальция и гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических операциях

Классы МПК:A61L27/02 неорганические материалы
A61L27/10 керамика или стекло
A61L27/12 фосфорсодержащии материалы, например апатит
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-03-07
публикация патента:

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.

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
ОбразецСпособ подготовки шихты (последовательность технологических операций) Состав шихтыПомол Удельная поверхность порошка, м2 Температура обжига °C Пористость, %Прочность, при сжатии, МПаПримечание
Соотношение компонентов после синтеза в порошке, масс.% Количество добавки по отношению к порошку, масс.%
ГА и/или КГАКК
1Осаждение солей из водных растворов помолом и последующим введением добавки 2080 2+10-14 680менее 0,5590 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
2 Осаждение солей из водных растворов помолом и последующим введением добавки4060 0,25+ 11-15670менее 0,5305способ получения шихты для композиционного материала на основе   карбоната кальция и гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита   для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических   операциях, патент № 2523453
3 Осаждение солей из водных растворов, помол и последующее введение добавки2080 5+ 11-14660менее 0,5544способ получения шихты для композиционного материала на основе   карбоната кальция и гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита   для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических   операциях, патент № 2523453
4 Осаждение солей из водных растворов, помол и последующее введение добавки595 5+ 10-13640менее 0,5450способ получения шихты для композиционного материала на основе   карбоната кальция и гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита   для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических   операциях, патент № 2523453
5 Осаждение солей из водных растворов, введение добавки (без помола) 2080 2-10-14 6804,0100 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
6 (прототип) Твердофазовый синтез и введение добавки (без помола) 208010% добавки сверх 100%-- 660менее 4 120способ получения шихты для композиционного материала на основе   карбоната кальция и гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита   для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических   операциях, патент № 2523453
7 (прототип) Механическое смешение и введение добавки (без помола) 40604% добавки сверх 100%--- 670менее 3 210способ получения шихты для композиционного материала на основе   карбоната кальция и гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита   для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических   операциях, патент № 2523453
8 Осаждение солей из водных растворов, введение добавки и последующий помол6040 0+ 10-1564015 8способ получения шихты для композиционного материала на основе   карбоната кальция и гидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита   для восстановления костной ткани при реконструктивно-пластических   операциях, патент № 2523453
9 Осаждение солей из водных растворов, введение добавки (без помола) 0100 10+10-15 68020 35Растрескивание образца

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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 кальция60-95
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.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2523453

patent-2523453.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс A61L27/02 неорганические материалы

Патенты РФ в классе A61L27/02:
многокомпонентное биоактивное нанокомпозиционное покрытие с антибактериальным эффектом -  патент 2524654 (27.07.2014)
способ изготовления внутрикостных имплантатов с антимикробным эффектом -  патент 2512714 (10.04.2014)
покрытие на имплант из титана и его сплавов и способ его приготовления -  патент 2502526 (27.12.2013)
способ модифицирования титановой поверхности -  патент 2495678 (20.10.2013)
композиционный материал на основе кальцийфосфатного цемента для заполнения костных дефектов -  патент 2484850 (20.06.2013)
способ получения нетоксичного пористого имплантата из полимолочной кислоты для замещения костных дефектов длинных трубчатых костей -  патент 2465017 (27.10.2012)
способ изготовления внутрикостного стоматологического имплантата с ионно-лучевой модификацией плазмонапыленного многослойного биоактивного покрытия -  патент 2458707 (20.08.2012)
костно-протезный материал и способ его изготовления -  патент 2457000 (27.07.2012)
способ изготовления внутрикостных имплантатов -  патент 2443434 (27.02.2012)
способ получения наноразмерного порошка для биоматериалов -  патент 2440149 (20.01.2012)

Класс A61L27/10 керамика или стекло

Патенты РФ в классе A61L27/10:
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)
наноструктурированный кальцийфосфатный керамический материал на основе системы трикальцийфосфат-гидроксиапатит для реконструкции костных дефектов -  патент 2359708 (27.06.2009)

Класс A61L27/12 фосфорсодержащии материалы, например апатит

Патенты РФ в классе A61L27/12:
материал заменителя костной ткани -  патент 2529802 (27.09.2014)
способ получения карбонатгидроксилапатита из модельного раствора синовиальной жидкости человека -  патент 2526191 (20.08.2014)
способ изготовления внутрикостных имплантатов с антимикробным эффектом -  патент 2512714 (10.04.2014)
отверждаемый биокомпозиционный материал для замещения костных дефектов -  патент 2508131 (27.02.2014)
остеогенный биорезорбируемый материал для замещения костных дефектов и способ его получения -  патент 2504405 (20.01.2014)
биоматериалы на основе фосфата кальция -  патент 2501571 (20.12.2013)
способ получения нанокристаллического кремнийзамещенного гидроксиапатита -  патент 2500840 (10.12.2013)
способ получения канафита -  патент 2499767 (27.11.2013)
пористые микросферы на основе биофосфатов кальция и магния с регулируемым размером частиц для регенерации костной ткани -  патент 2497548 (10.11.2013)
способ получения биологического гидроксиапатита -  патент 2494751 (10.10.2013)


Наверх