Композиційний матеріал і спосіб його одержання

1 Композиційний матеріал, що включає біологічно активний компонент у вигляді мінеральної фази кісток і неорганічний наповнювач, який відрізняється тим, що як біологічно активний компонент він містить мінеральну фазу нативної кістки ссавців, а як неорганічний наповнювач - суміш оксидів кальцію і натрію із склотвірними сполуками при наступному співвідношенні складових, мас % мінеральна фаза нативної кістки ссавців 1,5-30 суміш оксиду натрію №гО і оксиду кальцію СаО 16,4-43,34 склотвірні сполуки - суміш оксиду кремнію S12O3 та оксиду бору Вг2О3 до 100 З Спосіб одержання композиційного матеріалу, що передбачає одержання суміші біологічно активного компонента і неорганічного наповнювача, обробку одержаної суміші, який відрізняється тим, що біологічно активний компонент одержують відпалом нативної кістки ссавців при температурі 700-750°С протягом 4-6 годин, подрібненням одержаної мінеральної фази до розміру часток 40-100 мкм, змішуванням з неорганічним наповнювачем і спіканням усієї суміші 4 Спосіб за п 3, який відрізняється тим, що для виготовлення композиційного матеріалу мінеральну фазу нативної кістки ссавців сплавлюють з неорганічним наповнювачем із суміші оксидів кальцію і натрію із склотвірними складовими при температурі 1000-1100°С з витримуванням розплаву протягом 10-15 хвилин при цій температурі, після чого розплав скла виливають у воду 5 Спосіб за п 3, який відрізняється тим, що для виготовлення композиційного матеріалу мінеральну фазу нативної кістки ссавців вводять у два етапи, на першому з яких її спікають з неорганічним наповнювачем із суміші оксидів натрію і кальцію із склотвірними складовими при температурі 400420°С протягом однієї години, а на другому етапі одержаний продукт подрібнюють і знову спікають з мінеральною фазою нативної кістки ссавців при температурі 700-750°С протягом 2-3 годин 6 Спосіб за п 3, який відрізняється тим, що для виготовлення композиційного матеріалу мінеральну фазу нативної кістки ссавців змішують з неорганічним наповнювачем із суміші карбонатів натрію і кальцію і безпосередньо перед використанням виготовленого композиційного матеріалу як імплантату в одержану суміш додають фізіологічний розчин, після чого композиційний матеріал залишають у заданому МІСТІ дефекту кістки при температурі 36-37°С протягом 10-12 годин для затвердіння Винахід належить до біологи, медицини та медичної техніки, а саме, до матеріалу для хірургічного лікування, протезування і способу його одержання Найближчим композиційним матеріалом до винаходу, що заявляється, є композиційний матеріал, який складається з біологічно активного компонента і неорганічного наповнювача - скла у спів відношенні 1 4 [1] Відомий матеріал використовується у випадку заповнення дефектів кістки Проте, внаслідок того, що він містить штучний чужорідний пдроксиапатит як біологічно активний компонент у вказаному співвідношенні з неорганічним наповнювачем, при використанні цього препарату регенеративний процес тканини є доволі тривалим, крім того, до CM О ю со CM CM 23250 складовими при температурі 1000-1100°С з витримкою розплаву протягом 10-15 хвилин при цій температурі, після чого розплав скла виливають у воду Для виготовлення композиційного матеріалу "остеокераміка ПІ-2" мінеральну фазу нативної кістки ссавців вводять у два етапи, на першому з яких її опікають з неорганічним наповнювачем із суміші оксидів кальцію і натрію із склотвірними складовими при температурі 400-420°С протягом однієї години, а на другому етапі одержаний продукт подрібнюють і потім знову опікають з мінеральною фазою нативної кістки ссавців при температурі 700-750°С протягом 2-3 годин Для виготовлення композиційного матеріалу "остеоцемент ПІ-3" мінеральну фазу нативної кістки ссавців змішують з неорганічним наповнювачем із суміші карбонатів натрію і кальцію безпосередньо перед використанням виготовленого композиційного матеріалу як імплантату, в одержану суміш додають фізіологічний розчин, після чого композиційний матеріал витримують при температурі 3637°С протягом 10-12 годин для затвердіння Як результат здійснення винаходів, які заявляються, сукупність усіх ознак поданих рішень дозволяє одержати композиційний матеріал підвищеної біологічної активності з поліпшеною здібністю цього матеріалу до біохімічної взаємодії з живою кістковою тканиною, що дозволяє прискорити процес регенерації і скоротити його тривалість на 12-17% При цьому забезпечується більш якісний регенерат, механічна МІЦНІСТЬ одержаного композиційного матеріалу, що співпадає з МІЦНІСТЮ нативної кістки Здійснення даного способу дозволяє також зменшити енерговитрати на 9-11% Поза нижньою межею КІЛЬКІСНОГО вмісту мінеральної фази нативної кістки ссавців в композиційному матеріалі не досягається біологічна активність, яка дозволяє прискорити регенеративний процес кісткової тканини і скоротити його тривалість у порівнянні з прототипом КІЛЬКІСНИЙ ВМІСТ мінеральної фази нативної кістки ссавців, що перевищує верхню межу, не є доцільним, тому що при імплантації може виникнути небажаний ефект створення кальцитів у м'яких тканинах пацієнтів Межі, режимних параметрів способу одержання композиційного матеріалу, що заявляється, також визначені кінцевим технічним результатом за межами параметрів, що заявляються, технічний результат не може бути досягнуто Композиційний матеріал і спосіб його одержання, що заявляються, у разі використання в його складі як біологічно активного компонента мінеральної фази нативної кістки ссавців у суміші з неорганічними наповнювачами і особливості технологи виготовлення дозволяють одержати швидко ДІЮЧІ бюактивні препарати, які вступають в природний метаболізм кісткової тканини в процесі й регенерації Явище регенерації базується на здатності композиційного матеріалу розчинятися в природному середовищі організму людини і заміщатися новою кістковою тканиною Препарати, що швидко деградують, необхідні, наприклад, у відновлювальній та реконструктивній хірурги, коли необхідно усунути дефекти кісток, що складу шихти відомого матеріалу входить також оксид фосфору, який належить до токсичних речовин Найближчим способом до винаходу, що заявляється, є спосіб, який передбачає одержання суміші біологічно активного компонента і неорганічного наповнювача, їх обробку [1] Проте, такий спосіб потребує високих енергетичних витрат і не забезпечує одержання композиційного матеріалу з високим рівнем біологічної активності В основу винаходів поставлено завдання створення композиційного матеріалу і способу його одержання, в яких ВІДПОВІДНО В композиційному матеріалі за рахунок біологічно активного компонента у вигляді мінеральної фази нативної кістки ссавців, що вміщує природний біологічно активний кістковий гідроксиапатит, і неорганічного наповнювача у визначених співвідношеннях, а в способі - методом здійснювання процесу при ВІДПОВІДНИХ режимних параметрах було б забезпечене зростання біологічної активності композиційного матеріалу з ВІДПОВІДНИМ підвищенням здатності цього матеріалу до біохімічної взаємодії з живою кістковою тканиною та скороченням регенеративного процесу Крім того, здійснення поданого способу повинно дозволити скоротити енергетичні витрати, забезпечити економію процесу Винаходи, що заявляються, дозволяють одержати композиційний матеріал з різними ступенями деградації, тобто біохімічної взаємодії з живою кістковою тканиною, розчинення в тканинах організму - названі нами "оетеоскло ПІ-1", "остеокераміка ПІ-2", "остеоцсмент ПІ-3", які використовуються за ВІДПОВІДНИМИ медичними призначеннями Поставлене завдання вирішується тим, що композиційний матеріал, який включає біологічно активний компонент у вигляді мінеральної фази кісток і неорганічний наповнювач, згідно з винаходом, як біологічно активний компонент містить мінеральну фазу нативної кістки ссавців, а як неорганічний наповнювач - суміш оксидів кальцію і натрію із склотвірними сполуками при наступному співвідношенні складових, мас % мінеральна фаза нативної кістки ссавців 1,5-30 суміш оксиду натрію Na2O і оксиду кальцію СаО 16,4-43,34 склотвірні сполуки - суміш оксиду кремнію S12O3 та оксиду бору ВггОз до 100 Друге поставлене завдання вирішується тим, що у способі одержання композиційного матеріалу, який передбачає одержання суміші біологічно активного компонента і неорганічного наповнювача та обробку одержаної суміші, згідно з винаходом, біологічно активний компонент одержують відпалом нативної кістки ссавців при температурі 700-750°С протягом 4-6 годин, подрібненням одержаної мінеральної фази до розміру часток 40ЮОмкм, змішуванням з неорганічним наповнювачем і спіканням усієї суміші Для виготовлення композиційного матеріалу "оетеоскло ПІ-1" мінеральну фазу нативної кістки ссавців сплавляють з неорганічним наповнювачем із суміші оксидів кальцію і нагрію з склотвірними 23250 створюються як наслідок травм або в процесі хіруодержання дозволяють при практичному ргічних операцій використанні і здійсненні підвищити процес Механізм створення зв'язку бюматеріалу з кісрегенерації кісткових тканин і скоротити його ткою є комплексом поверхневих та глибинних протривалість на 12-17%, крім того, зменшити цесів і явищ, в результаті яких на межі імплантат енерговитрати при одержанні окремих зразків кістка з'являється проміжна зона, що характеризуматеріалу на 9-11% Крім того, подані технічні ється визначеним градієнтом концентрації окрерішення не передбачають використання у складі мих компонентів Оскільки мінеральна фаза натишихти токсичних сполук фосфору вної кістки містить кістковий гідрокси апатит, бюакТаким чином, композиційний матеріал і спосіб тивність імплантату можна пояснити необхідністю його одержання, що заявляються, відповідають створення апатитоподібного шару у перехідній критеріям "новизна" і "винахідницький рівень" зоні імплантат - кістка Суть винаходів ілюструється такими прикладами Автори винаходів, що заявляються, дослідили і експериментально виявили, що енергії атомноПРИКЛАД 1 Композиційний матеріал "остеомолекулярної структури гідроксиапатиту мінераскло ПІ-1", що містить біологічно активний компольної фази нативної кістки ссавців перевищують нент - мінеральну фазу нативної кістки ссавців, деякі аналогічні енергії гідроксиапатиту вулканічної неорганічний наповнювач, який містить оксиди та штучної природи, тому слід очікувати, що імунатрію і кальцію - №гО і СаО, склотвірні оксиди нологічні та біологічні параметри гідроксиапатиту S1O2 і В2Оз, одержують таким чином нативні кістки нативної кістки будуть мати максимальну сумісссавців, що звільнені від м'яких тканин внаслідок ність з бюструктурами живої кістки реципієнтів кип'ятіння В окропі або сушіння при температурі 150±3°С впродовж 4 годин у КІЛЬКОСТІ 300Г кладуть в алундовий тигель і відпалюють при температурі Вміст біологічно активної основи композицій705±5°С Потім одержану мінеральну фазу нативного матеріалу, що заявляється, у широкому діаної кістки ссавців подрібнюють до розміру часток пазоні КІЛЬКІСНИХ співвідношень, а саме, від 1,5 до 90-ЮОмкм ЗОмас % мінеральної фази нативної кістки ссавців у суміші з наповнювачами от 70 до 98,5мас % пеОдержують порошок мінеральної фази нативредбачає створення композиційного матеріалу із ної кістки ссавців, вмістом якої є головним чином заданими властивостями, а саме, з різними ступепдроксиапатит біологічної природи Готують наванями деградації "остеоскло ПІ-1" і "остеокераміка жку кожної складової у грамах ВІДПОВІДНО кількісПІ-2" із склотвірними складовими належать до ному співвідношенню в мас % вищезазначеного бюматеріалів зі змінними ступенями деградації, а складу композиційного матеріалу, а саме, склотві"остеоцемент ПІ-3" що вміщує цементоутворюючі рну суміш - 23,6г S1O2 змішують з 2,14г В2О3 із елементи, є матеріалом з максимальним ступенем 13,1г №гО і СаО, потім додають 2,4г мінеральної деградації Композиційний матеріал, за даними фази нативної кістки ссавців Змішують у шароводосліджень авторів, містить вищий рівень енергій му млині, кладуть до алундового тигля, нагрівають сили зчеплення міжатомних зв'язків і тому СТІЙКІдо повного розплаву в електричній печі, витримуШИЙ по відношенню до пошкоджувальних факторів ють впродовж 10 хвилин при температурі процесу старіння, в основі якого лежить взаємодія 1045±5°С, після чого розплав виливають у кварцосукупності фонових, малих, постійнодіючих енергій вий сосуд з водою Одержаний продукт подрібнюФундаментальних Фізичних Сил Природи з енергіють до розміру зерен 100-бООмкм ями живої і неживої природи з розривом або ствоОдержують бюактивний композиційний матеренням при цьому нових фізико-хімічних зв'язків ріал "остеоскло ПІ-1", що у разі використання його ХІМІЧНИХ елементів на всіх рівнях їх атомнояк імплантату дозволяє скоротити регенеративний молекулярної організації [2] При цьому автори процес кісткових тканин на 15-16% у порівнянні з рішень, що заявляються як винаходи, подають аналогічним матеріалом, поданим у прототипі назви матеріалів "остеоскло ПІ-1", "остеокераміка ПРИКЛАД 2 Для одержання композиційного ПІ-2", "остеоцемент ПІ-3" вперше серед аналогічматеріалу "остеоскло ПІ-1" із внутрішньою порисних бюматеріалів різних авторів тістю процес його виготовлення здійснюють, як в Прикладі 1, але замість суміші оксидів натрію і кальцію додають суміш їх карбонатів в загальній КІЛЬКОСТІ 22,4г, внаслідок чого в процесі плавлення Даний спосіб одержання композиційного матесуміші виникає литючий оксид вуглецю СОг Наявріалу передбачає відпал нативної кістки при ність пор в частках "остеоскла ПІ-1" необхідна для температурах 700-750°С При одержанні композиприскорення процесу його біохімічної взаємодії із ційного матеріалу у вигляді "остеоскла ПІ-1" здійсживою кісткою Такий композиційний матеріал, нюється швидке охолодження його розплаву від який пройшов випробування "in vitro", виявляє температур 1000-1100°С до 20-23°С При вилиефект бюактивності через 2 доби, в той час як ванні розплаву у воду мікропори, що повинні існуаналогічний матеріал, поданий у прототипі, вияввати у структурі розплавленого скла, зберігаються ляє той самий ефект через 7-14 діб у кінцевому продукті, що зрештою спричиняє прискорення регенераци живої тканини при ПРИКЛАД 3 Композиційний матеріал "остеоімплантації створеного зразка матеріалу Така кераміка ПІ-2", що містить мінеральну фазу нативтехнологія розроблена у комплексі з ПОСЛІДОВНІСТЮ ної кістки ссавців, неорганічний наповнювач з вивідтворення всього технологічного циклу одержанкористанням шихти склотвірної суміші оксидів ня нового композиційного матеріалу кремнію, бора, натрію і кальцію, одержують таким чином нативні кістки ссавців, що звільнені від м'яКомпозиційний матеріал і спосіб його одер 23250 8 м'яких тканин внаслідок кип'ятіння в окропі або впродовж 12 годин Суміш твердішає, досягає МІЦсушіння при температурі 150±3°С впродовж 4 гоНОСТІ, близької до МІЦНОСТІ пористої нативної кістки дин у КІЛЬКОСТІ 400г кладуть до алундового тигля і (максимальна сила стиснення «55МПа), Зміна об'відпалюють при температурі 730±5°С Потім одерємного співвідношення тверда фаза - рідка фаза в жану мінеральну фазу нативної кістки ссавців поскладі "остеоцементу ПІ-3" дозволяє готувати бюдрібнюють до розміру часток - 90-100мкм Отрипластичний матеріал, призначений для заповненмують порошок мінеральної фази нативної кістки ня важкодоступних порожнин складних форм, що ссавців, вміст якої є головним чином пдроксиапаіснують у травмованих або хворих кістках і хрящах тит біологічної природи Готують наважку кожної пацієнтів складової у грамах ВІДПОВІДНО кількісному співвідВипробування композиційного матеріалу "осношенні в мас % вищевказаного складу композитеоцемента ПІ-3", який містить мінеральну фазу ційного матеріалу, а саме, склотвірну суміш - 23,6г нативної кістки ссавців у КІЛЬКОСТІ 12мас% і неорSiO2 змішують з 2,14г В2О3 із 13,1г Na2O і СаО у ганічний наповнювач у КІЛЬКОСТІ 88мас %, "in vitro" сумі, потім додають 2,4г мінеральної фази нативвпродовж 2 діб при температурі 37°С показали, що ної кістки ссавців, змішують у шаровому млині, його біоактивність на 7% перевищує біоматеріал з пресують при значенні тиску 1,471±0,015МПа аналогічним ступенем деградації, який описано у 2 (150±1кг/см ), одержують таблетки з діаметром прототипі 2 2 1,5см і товщиною 1,5см , спікають при температуКомпозиційний матеріал "остеоцемент ПІ-3", рі 400±5°С впродовж 1 години Одержаний продукт одержання якого подано в наданому прикладі, охолоджують, подрібнюють до часток з розмірами, утворює хірургічну пасту, яка після введення у меншими ЮОмкм, потім на другому етапі введення дефектну кістку твердішає в заданому МІСЦІ протямінеральної фази нативної кістки ссавців її додагом 12 годин, утримується впродовж 12-14 діб і є ють у КІЛЬКОСТІ 12г Одержану суміш змочують 5%своєрідним будівельним матеріалом для моделюним розчином перекису водню, готують таблетки вання нової кісткової тканини Зменшення енерготих же розмірів при тому самому тиску, що і на витрат на виготовлення зразків такого "остеоцепершому етапі Повторне спечення проводять при менту ПІ-3" досягає 12-15% у порівнянні з прототемпературі 750±5°С впродовж 2 годин типом Таким чином одержують композиційний матеНаведені приклади підтверджують, що компоріал "остеокераміка ПІ-2" з відкритою пористістю зиційний матеріал і спосіб його одержання, що 18% і бюактивністю, що дозволяє скоротити регезаявляються, забезпечують досягнення технічного неративний процес кісткових тканин на 12-14% результату і вирішення поставленої задачі ОдерЗменшення енергетичних витрат при проведенні жано біологічно активний композиційний матеріал, процесу одержання окремих зразків такого матерівикористання якого як оперативно лікувального алу способом, що заявляється, досягає 11% медичного препарату дозволяє підвищити процес ПРИКЛАД 4 Композиційний матеріал "остеорегенерації кісткової тканини і скоротити його трицемент ПІ-3", що містить мінеральну фазу нативвалість на 12-17% Зменшення енергетичних виної кістки ссавців і неорганічний наповнювач з витрат при здійсненні способу одержання бюматерікористанням цементуючої суміші карбонатів кальалу що заявляється, досягає 9-11% цію і натрію, одержують таким чином мінеральну Подані рішення дозволяють одержати компофазу нативної кістки ссавців готують так, як описазиційний матеріал, що використовується при відно у Прикладах 1 і 2, потім готують наважки кожноповідному призначені як "остеоскло ПІ-1", "остекего компонента у грамах ВІДПОВІДНО кількісному раміка ПІ-2", "остеоцемент ПІ-3" співвідношенні у мас % складу, що заявляється, а Джерела інформації саме, 2г мінеральної фази нативної кістки ссавців 1 Хавала В Биоактивные стекла и материалы с змішують з 1,5г карбонатів натрію і кальцію регулируемой растворимостью для костного зубо(ЫагСОз+СаСОз), додають штучний фізіологічний протезирования Автореферат на соискание учерозчин з буфером "Трис" [(CH2OH)3CNH2 HCI], ной степени к х н /Российский химикотехнологиконцентрація якого є 7,877г на 1л води, при цьому ческий институт им Д И Менделеева / Москва, об'ємне співвідношення рідкої і твердої частин 1994-прототип складає 1 1 Одержану суміш кладуть до сушиль2 Подрушняк Е П Діалектика життя і старіння ної шафи Висушують при температурі 36±1°С Київ," Наукова думка", 1993 Комп'ютерна верстка Е Гапоненко Підписано до друку 06 10 2003 Тираж 39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет', вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна