Вуглецевмісний біоматеріал

Вуглецевмісний біоматеріал, що містить біологічний гідроксіапатит "Остеоапатит", натрієвоборосилікатну склофазу та вуглець, який відрізняється тим, що збагачений додатково вуглецем, масова частка якого складає 0,1-0,9мас.% при такому співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,1-0,9 біологічний гідроксіапатит "Остеоапатит" 60,9-72,1 натрієвоборосилікатна склофаза решта. (19) (21) u200805247 (22) 22.04.2008 (24) 25.11.2008 (46) 25.11.2008, Бюл.№ 22, 2008 р. (72) ПАРХОМЕЙ ОЛЕКС АНДР РОСТИСЛАВОВИЧ, UA, ІВАНЧЕНКО ЛІАНА АН АТОЛІЇВН А, UA, ЛУЧКО РОМАН ВОЛОДИ МИРОВИЧ, UA, ПІНЧУК НАТАЛІЯ ДМИТРІВНА, U A (73) ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ІМ. І.М. ФРАНЦЕВИЧА Н АН УКРАЇНИ, UA 3 37194 форми та структури одержаного матеріалу. Наприклад, в керамічному остеоапатиті, описаному в Прикладі 3 вищевказаного Патенту №61938, який одержаний в два етапи при температурах спікання Т1>750 та Т2 ³ 1100°С, кількість вуглецю не перевищує 0,15% мас. При цьому не вказується значення механічної міцності одержаних зразків матеріалу, але відмічено, що вони відрізняються за ступенем біодеградації і мають різну швидкість біорозчинності, тому цей матеріал потребував оптимізації фізико-хімічних характеристик у відповідності до вимог щодо застосування його в хірургічній травматології і ортопедії на сучасному рівні. Задачею корисної моделі, що заявляється, є новий вуглецевмісний композиційний біоматеріал типу БГАп-скло з залишковим вуглецем завдяки чому досягається поєднання необхідної біорезорбційності та остеокондуктивної властивості з достатньою механічною міцністю біоматеріалу для застосування в хір ургічній остеопластиці. Суть корисної моделі: 1. Вуглецевмісний біоматеріал, що містить біологічний гідроксіапатит "Остеоапатит", натрієвоборосилікатну склофазу та вуглець, який відрізняється тим, що збагачений додатково вуглецем, масова частка котрого складає 0,1-0,9% мас. при такому співвідношенні компонентів, % мас: вуглець 0,1-0,9 біологічний гідроксиапатит "Остеоапатит" 60,9-72,1 натрієвоборосилікатна склофаза решта. 2. Спосіб одержання вуглецевмісного біоматеріалу, що передбачає використання квазівільного попереднього спікання шихти із суміші вихідних компонентів біологічного гідроксіапатиту "Остеоапатиту" та натрієвоборосилікатної склофази, охолодження попередньо спеченого матеріалу, подрібнення до порошку та формування у вигляді блоків заданих форми та розмірів перед кінцевим спіканням, який відрізняється тим, що перед попереднім спіканням до шихти вводять спочатку частину біологічного гідроксіапатиту "Остеоапатиту" у вигляді 40-47% мас. кісткового борошна, застосовуючи його одночасно як вуглецемістку складову компоненту, та натрієвоборосилікатну склофазу, а перед кінцевим спіканням додається решта від необхідної кількості мінеральної фази біологічного гідроксиапатиту "Остеоапатиту". Спосіб одержання вуглецевмісного біоматеріалу передбачає застосування, як вихідних матеріалів, кісткового борошна за ТУ У 46 246-97 перед 1-м спіканням, а перед 2-м спіканням використання порошку фракції 0,16-1мм БГАп=біологічний гідроксіапатит "Остеоапатит", який отримується відпалом кісткового борошна згідно ТУ У 22965991.001-2000. Натрієвоборосилікатна склофаза біоматеріалу складається з оксидів натрію, бору і кремнію та містить, % мас.: 28,15Na2O+22,76В2О3+49,09SiO2. Приклади здійснення корисної моделі Приклад 1 Відповідно до корисної моделі порошки "Остеоапатиту" та склофази засипають без ущільнення в алундовий тигель, нагрівають зі швидкістю £ 90°С/хв., спікають протягом 0,25год. при 4 Т ³ 1000°С, охолоджують зі швидкістю ³ 20°С/хв, подрібнюють до гранул необхідного розміру (таблиця, склад 1а). Композиційний матеріал, одержаний в результаті одностадійного високотемпературного спікання, має найменший вміст залишкового вуглецю не більше 0,02% мас. Приклад 2 Відповідно до корисної моделі приготування зразків проводиться як в прикладі 1, але використовують у ви хідній шихті кісткове борошно замість "Остеоапатиту" при 1-спіканні, далі діють як в прикладі 2, але перед другим спіканням порошок одержаного композиту змішують з додатковою кількістю "Остеоапатиту", щоб його загальна кількість у біоматеріалі складала 60,9-72,1% мас. Біорозчинність гранул кінцевого матеріалу залежить від їх розміру: максимальне значення розчинності характерне для гранул з найменшими розмірами (таблиця, 2а). Приклад 3 Відповідно до корисної моделі одержують матеріал складу За способом, який відрізняється від наведених вище прикладів введенням кісткового борошна з розрахунку необхідної кількості "Остеоапатиту" як на 1-му так і на 2-му етапах спікання, перед 2-спіканням застосовують ущільнення шихти, надалі діють як в прикладі 3.Одержують гранули з розмірами 0,16-5мм. Біорозчинність одержаного матеріалу менша у порівнянні із тим же параметром гранул складу 2а. Приклад 4 Відповідно до корисної моделі на 1-етапі спікання діють у відповідності прикладу 5, але при Т £ 900°С, що дає можливість у спеченому матеріалі зберегти до 0,2% мас. вуглецю; на 2-етапі спікання діють як в прикладі 3. Одержують матеріал складу 4, в якому кількість вуглецю та розчинність значно зменшені у порівнянні з тими, що наведені для складів 2а,б. З таблиці видно, що загальна біорозчинність матеріалу складу 2а значно перевищує той же параметр для матеріалів, одержаних згідно всіх інших складів. Таким чином, оптимальним способом одержання заявленого матеріалу є той, що описаний в Прикладі 4, який дозволяє одержати матеріал у вигляді крупних гранул до 5мм з біорозчинністю >0,5% мас. за добу. Прогнозовано очікувані властивості матеріалу, одержаного за заявленим способом, ілюструються на медичному прикладі, який використовували у вигляді гранул з розмірами 1-5мм для пластики дефектів кісток, що виникали після видалення патологічних вогнищ при оперативному лікуванні пухлиноподібних захворювань та доброякісних пухлин у дітей. Відразу після імплантації в оперованій ділянці кістки розвивається комплекс змін, які починаються зі структурної перебудови імплантата з подальшим залученням в процес прилеглих кісткових тканин і більш віддалених ділянок кісток. На Фіг.1 наведені відбитки рентгенограм ураженої верхньої кінцівки (плеча) до операції хворої Л-ко Т., 14 років, історія хвороби №458168 (ДУ ІТО АМНУ). Д-з: хондробластома голівки правої пле 5 37194 чової кістки. Відображено дефект кістки. На Фіг.2 через 1 день після операції внутрішньокісткової резекції патологічного вогнища з пластикою дефекту гранулами із заявленого матеріалу. На Фіг.3 через 4 місяці після пластики дефекту. На Фіг.4 через 8міс. після пластики дефекту: рентгенологічно виявлена кісткова тканина в зоні дефекту, імплантований матеріал на 80% заміщений новоутвореною кістковою тканиною в той час як за майже такий термін матеріал з прототипу резорбується лише на 50-60%, що надає можливість стверджувати про прискорення остеогенезу, тобто регенерації дитячої кістки, за рахунок посилення біорезорбційної та остеокондуктивної властивостей заявленого вуглецевмісного біоматеріалу. 6 У клініці з використанням заявленого вуглецемісткого біоматеріалу за прикладом 3 виконано 36 операцій. У всіх випадках отримано позитивний результат. Термін спостережень становить від 3 місяців до 2 років. Розроблений біоматеріал може бути використаний в медичній галузі (ортопедія, травматологія та протезування) як матеріал для імплантації у пацієнтів дитячого віку завдяки наявності в ньому залишкової кількості вуглецю, що зумовило в заявленому біоматеріалі при тому ж співвідношенні Са/Р і макроструктури зразків поєднання достатньо високої біорозчинності 0,5-1% мас та підвищеної в порівнянні з найближчим аналогом в 1,2-1,5 рази остеокондуктивності з необхідною механічною міцністю на стискання до 90МПа. Таблиця Основні характеристики вуглецемісткого біоматеріалу в залежності від складу ши хти перед 1- та 2спіканням відповідно до прикладів конкретного здійснення № Вихідні склади на 1, Кінцева Спосіб одер- Вміст вуг- Розчинність, Міцність на Зміни рН через 5 форма жання на 1-му лецю, % % мас. за стискання, складу 2 етапах спікання та 120хв. зразків та 2-му етапах мас. добу МПа 60% "Остеоапатиту" Гранули Квазівільне 2,6; 1a 0,02 До 0,50 + СКЛО,