Способ получения биомиметического кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора синовиальной жидкости человека

Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского назначения, которые могут быть использованы при создании биоактивных кальций-фосфатных покрытий на имплантатах, при создании бифазных композитов на основе фосфатов кальция и сплавов титана. Заявлен способ получения биомиметического кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора синовиальной жидкости человека, в котором готовят раствор состава: CaCl2 - 1,3431 г/л, Na2HPO4·12H2O - 7,4822 г/л, NaCl - 2,8798 г/л, MgCl2·6H2O - 0,4764 г/л, Na2SO4 - 1,6188 г/л, KCl - 0,3427 г/л, NaHCO3 - 2,0160 г/л, осаждают две твердые фазы карбонатгидроксилапатита и октакальция фосфата при температуре 22-25°C, значении pH=7,4±0,05, в течение 7 дней. Затем фильтруют и сушат при 100°C в течение 2-3 часов до удаления химически несвязанной воды и готовят водную суспензию при концентрации фосфата кальция 5-10 мас.%. Полученную суспензию наносят капиллярным методом на сплав титана, сушат при температуре 20-25°C в течение 24 часов. Изобретение обеспечивает получение качественного покрытия на сплавах из титана, состоящего из карбонатгидроксилапатита и октакальция фосфата. 2 табл., 3 ил.

 

Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского назначения, которые могут быть использованы при создании биоактивных кальций-фосфатных покрытий на имплантатах, при создании бифазных композитов на основе фосфатов кальция и сплавах титана.

Известен способ нанесения покрытий на изделия из титана (патент RU 2453630), технический результат, в котором достигается за счет обработки поверхности титана углекислым газом, образующимся при реакции разложения гидрокарбоната кальция в водном растворе при соблюдении следующих условий: раствор гидрокарбоната натрия (ч.д.а.) приливают к раствору нитрата или хлорида кальция (х.ч.), соблюдая стехиометрическое соотношение реагентов 2:1. После начала выделения углекислого газа в реакционную смесь помещают титановые или с титановым покрытием изделия, например, пластины или штифты. Для устранения концентрационных потоков при формировании кристаллов смесь периодически перемешивают, при этом начинается более интенсивное выделение пузырьков углекислого газа. Толщина и адгезия покрытия, а также размер образующихся на титане кристаллов карбоната кальция изменяются в зависимости от времени протекания реакции и температуры. Прочные покрытия можно получить как минимум через десять минут после начала реакции при 20°C. Промытые пленки оставляют как минимум на сутки в контакте с раствором 0.6 М (NH4)2HPO4, затем как минимум на сутки в растворе одномолярного Ca(NO3)2, затем как минимум на сутки в растворе 0.6 М (NH4)2HPO4. Образцы промывают дистиллированной водой, сушат на воздухе при температуре 20°C. Для получения композиционных покрытий, содержащих биополимеры, титан с полученным кальцитным покрытием погружают в раствор желатина и/или хондроитинсульфата. Другие модификаторы вводят в систему с самого начала синтеза кальцитного покрытия. Недостатком данного способа является его многостадийность, сложность контролирования величины адгезии и толщины кальцитного покрытия, невозможность получения биомиметического кальций-фосфатного покрытия.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения биомиметического покрытия в среде синтетической жидкости (SBF), (Xiaohua Yu, Mei Wei Controlling Bovine Serum Albumin Release from Biomimetic Calcium Phosphate Coatings // Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology, 2011, 2, 28-35). По данному способу пластины титана вертикально помещают в 1,5 мл пробирку, содержащую 1,0 мл M-SBF, затем инкубируют в водяной бане при 42°C в течение 24 час. Затем в каждую пробирку, после того как пластинка была погружена добавляли бычий сывороточный альбумин (BSA), в течение 0, 4, 6 и 8 ч соответственно. В результате чего конечная концентрация бычьего сывороточного альбумина (BSA) соответствовала 50 мкг/мл. После 24 ч инкубации в SBF, все пластинки вынимают, тщательно промывают деионизированной водой и сушат при комнатной температуре. Недостатком данного способа является его сложность и использование дорогостоящих компонентов, например сывороточного альбумина (BSA).

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения биомиметического кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора синовиальной жидкости человека.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ получения биомиметического кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора синовиальной жидкости человека, в котором готовят раствор состава: CaCl2 - 1.3431 г/л, Na2HPO4·12H2O - 7.4822 г/л, NaCl - 2.8798 г/л, MgCl2·6H2O - 0.4764 г/л, Na2SO4 - 1.6188 г/л, KCl - 0.3427 г/л, NaHCO3 - 2.0160 г/л, осаждают две твердые фазы: карбонатгидроксилапатита и октакальция фосфата при температуре Т1=22÷25°C, значении pH=7,4±0,05, в течение 7 дней, фильтруют и сушат при T2=100°C в течение 2÷3 часов, до удаления химически несвязанной воды, затем готовят водную суспензию при концентрации фосфата кальция ω=5÷10 мас. %, наносят суспензию капиллярным методом на сплав титана, сушат при температуре T3=20÷25°C, в течение 24 часов.

Для каждой из суспензии измеряли краевой угол смачивания и поверхностное натяжение приготовленных суспензий. Затем на основании уравнения Юнга-Дюпре рассчитывали энергию адгезии наносимой суспензии фосфата кальция к твердой поверхности титановых образцов.

Wa01(1+cosΘ),

где Wa - энергия адгезии, σ01 - поверхностное натяжение на границе газ - жидкость cosΘ - косинус краевого угла смачивания.

Полученные расчеты характеристик поверхностного натяжения, угла смачивания, энергии адгезии и когезии представлены в Таблице 1.

Таблица 1
Адгезионные характеристики суспензии фосфата кальция на титане
ω, мас. % σ01, МДж/м2 cosΘ Wa, МДж/м2 Wk, МДж/м2 Wa/Wk hпокр, мкм
5 81,40 0,71 139,19 162,80 0,86 220
10 91,90 0,17 107,52 183,80 0,60 320
20 101,75 -0,25 76,31 203,50 0,38 480

Установлено, что с увеличением концентрации фосфата кальция в водной суспензии происходит рост поверхностного натяжения и краевого угла смачивания, это обусловлено частичным растворением полученного фосфата кальция и образованием в растворе неорганических ПИВ (поверхностно инактивных веществ). Что при концентрации суспензии более 10% приводит к несмачиваемости поверхности титанового сплава (табл.1).

Для характеристики получаемых покрытий важным является соотношение значений энергии адгезии и когезии. Для установления соотношения между энергиями адгезии и когезии (Wk) преобразуем уравнения Юнга-Дюпре:

W a σ 01 = 1 + cos θ ,    ( 1 )

W a 2 σ 01 = 1 + cos θ 2 ,    ( 2 ) ,

так как W k = 2 σ 01 ,    ( 3 ) , то

W a W k = 1 + cos θ 2 ,    ( 4 )

Известно, что если это соотношение близко к единице, то наблюдается хорошее смачивание и т.д.

W a W к = 1   х о р о ш е е  смачивание , W a W к = 0,5  переход к  несмачиванию ,    ( 5 ) W a = 0- полное несмачивание .

При этом установлено, что с ростом концентрации фосфата кальция в наносимой суспензии происходит уменьшение энергии адгезии, которая характеризует взаимодействия наносимой дисперсной системы с поверхностью титанового образца. Так, при увеличении содержания фосфата кальция вдвое, энергия адгезии уменьшается в 1,294 раза, а энергии когезии увеличивается в 1,129 раза, что связано с увеличением толщины покрытия в 1,454 раза с 220 мкм до 320 мкм (табл.1). Для оценки параметров смачивания обычно используют соотношение этих двух энергий, при этом, если оно близко к 1, то наблюдается смачивание, и т.д.

Полученные покрытия были проанализированы с помощью электронной растровой микроскопии. На всех микрофотографиях покрытий, полученных из всего диапазона концентрации фосфата кальция 5÷20 мас.% суспензии присутствуют агрегаты палочкообразные (в виде игл), и глобуллярные (каплеобразные). На фиг.1 представлена микрофотография агрегатов на поверхности титана при концентрации фосфата кальция ω=5 мас.%, на фиг.2 агрегаты при концентрации фосфата кальция ω=10 мас.%, на фиг.3 агрегаты при концентрации ω=20 мас.%. Различие между этими микрофотографиями агрегатов состоит в изменении морфологии и средних абсолютных размеров, которые представлены в виде таблицы 2.

Таблица 2
Геометрические параметры агрегатов на поверхности титана, в зависимости от концентрации водной суспензии фосфата кальция
ω, мас.% Палочкообразные Длина, мкм Палочкообразные Ширина, мкм Глобулярные d, мкм
5 ~8 ~4 ~4
10 ~44 ~2 ~6
20 -37 -1 ~7

Данная морфология характерна для октакальция фосфата, карбонатгидроксилапатита, гидроксилапатита. При увеличении концентрации фосфата кальция в используемой суспензии для нанесения покрытия заметно, что агрегаты характеризуются различными размерами, так, геометрические параметры палочкообразных агрегатов уменьшаются, а сферических возрастают (табл.2), вероятно, это обусловлено наличием большего количества центров кристаллизации при более высоких концентрациях фосфата кальция в суспензии.

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить качественное покрытие состоящие из двух фаз карбонатгидроксилапатит и октакальция фосфат, при концентрации фосфата кальция в суспензии от 5÷10 мас.%

Способ получения биомиметического кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора синовиальной жидкости человека, в котором готовят раствор состава: CaCl2 - 1.3431 г/л, Na2HPO4·12H2O - 7.4822 г/л, NaCl - 2.8798 г/л, MgCl2·6H2O - 0.4764 г/л, Na2SO4 - 1.6188 г/л, KCl - 0.3427 г/л, NaHCO3 - 2.0160 г/л, осаждают две твердые фазы карбонатгидроксилапатита и октакальция фосфата при температуре T1=22-25°C, значении pH=7,4±0,05, в течение 7 дней, фильтруют и сушат при T2=100°C в течение 2-3 часов, до удаления химически несвязанной воды, затем готовят водную суспензию при концентрации фосфата кальция ω=5-10 мас.%, наносят суспензию капиллярным методом на сплав титана, сушат при температуре T3=20-25°C, в течение 24 часов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению керамики на основе ортофосфатов редкоземельных элементов и может быть использовано для изготовления конструктивных элементов в энергетических установках, в частности, в высокотемпературных микротурбогенераторных установках для малой энергетики.

Изобретение относится к композиционным материалам на основе кальцийфосфатной керамики с улучшенными прочностными характеристиками и может быть использовано для заполнения костных дефектов в травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии.

Изобретение относится к химической технологии, конкретно к способу получения гидроксиапатита (ГА), обладающего антимикробной активностью, который может использоваться в медицине в качестве материала для замещения костных дефектов, в фармации, косметике, стоматологии, перевязочных средствах и в различных областях техники.

Изобретение относится к области медицинского материаловедения и может быть использовано при создании материалов для травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, а также в качестве носителей для лекарственных средств.
Изобретение относится к области керамических материалов для медицины, а именно для травматологии и реконструктивно-восстановительной хирургии, стоматологии и к системе доставки лекарственных препаратов.

Изобретение относится к области формования керамических изделий из материалов, содержащих низкотемпературные фосфатные связующие, и может быть использовано для изготовления заготовок композиционных керамических изделий, в том числе для радиоэлектроники.

Изобретение относится к области материалов для костных имплантантов и может быть использован для заполнения костных дефектов. .

Изобретение относится к области получения керамического материала для медицины, который может быть использован в травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, а также в качестве носителя лекарственных средств.

Изобретение относится к области медицинского материаловедения и может быть использовано при изготовлении материалов для костных имплантантов. .
Изобретение относится к получению керамических масс для изготовления керамических плиток. .

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к биоматериалам, представляющим собой наночастицы биорезорбируемого аморфного гидроксиапатита, которые могут использоваться в медицине и в косметике, например, в качестве материала, стимулирующего регенерацию мягкой и костной ткани, в т.ч.

Изобретение относится к способу получения биологически активного кремниймодифицированного порошка гидроксиапатита с использованием СВЧ-излучения. Способ включает приготовление и перемешивание водных растворов нитрата кальция, гидрофосфата аммония и аммиака и раствора тетраэтоксисилана в этаноле с последующим воздействием СВЧ-излучения, отстаиванием, сушкой при температуре 90°С в течение 3 часов и прокаливанием при 800°С в течение 1 часа.
Изобретение относится к области технологии неорганических материалов, в частности к способу получения гидроксиапатита. Гидроксиапатит получают путем смешения 1-1,5%-ной водной суспензии карбоната кальция, насыщенной углекислым газом в концентрации 1-1,5 г/л, и 1-1,5%-ного водного раствора гидроортофосфата натрия при температуре 20-37°С, при постоянном перемешивании и при мольном соотношении CaCO3/Na2HPO4=5-7.

Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, которые могут быть использованы для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, в том числе в стоматологии.

Изобретение относится к способу получения канафита, т.е. гидратированного двойного пирофосфата натрия кальция (Na2Ca2PO7*4H2O).
Изобретение может быть использовано для очистки фосфатсодержащих сточных вод. Для осуществления способа проводят обработку сточной воды гидроксидом кальция с образованием нерастворимых частиц трикальцийфосфата и выводят из обработанной воды твердые продукты очистки.

Изобретение относится к пористой трехмерной матрице из монетита, который является биосовместимым, имеет структурированную пористость и предварительно заданную структуру и обладает способностью к реабсорбции, а также к способу синтеза, обеспечивающему получение указанного материала, и применению этого материала.

Изобретение относится к области химии, а именно к механохимическим способам получения нанокристаллического кремний-замещенного гидроксилапатита, являющегося биологически активным материалом, который может быть использован для покрытия металлических и керамических имплантатов, в качестве наполнителя для восстановления дефектов костной ткани при изготовлении медицинской керамики и композитов для стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, а также лечебных паст.
Изобретение относится к химической и медицинской промышленности и может быть использовано в производстве исходного биосовместимого материала, пригодного для изготовления в стоматологии имплантов, при протезировании, пломбировании зубов и др.

Изобретение относится к области синтеза материалов, используемых для изготовления технической и медицинской керамики, а также в качестве ионообменников. .
Изобретение относится к медицине. Описан двухфазный материал заменителя костной ткани на основе фосфата кальция / гидроксиапатита (САР/НАР), включающий ядро из спеченного CAP и как минимум один равномерный и закрытый эпитаксически нарастающий слой нанокристаллического НАР, нанесенный сверху на ядро из спеченного CAP, причем эпитаксически нарастающие нанокристаллы имеют такой же размер и морфологию, что и у минерала костей человека, то есть длину от 30 до 46 нм и ширину от 14 до 22 нм.

Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского назначения, которые могут быть использованы при создании биоактивных кальций-фосфатных покрытий на имплантатах, при создании бифазных композитов на основе фосфатов кальция и сплавов титана. Заявлен способ получения биомиметического кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора синовиальной жидкости человека, в котором готовят раствор состава: CaCl2 - 1,3431 гл, Na2HPO4·12H2O - 7,4822 гл, NaCl - 2,8798 гл, MgCl2·6H2O - 0,4764 гл, Na2SO4 - 1,6188 гл, KCl - 0,3427 гл, NaHCO3 - 2,0160 гл, осаждают две твердые фазы карбонатгидроксилапатита и октакальция фосфата при температуре 22-25°C, значении pH7,4±0,05, в течение 7 дней. Затем фильтруют и сушат при 100°C в течение 2-3 часов до удаления химически несвязанной воды и готовят водную суспензию при концентрации фосфата кальция 5-10 мас.. Полученную суспензию наносят капиллярным методом на сплав титана, сушат при температуре 20-25°C в течение 24 часов. Изобретение обеспечивает получение качественного покрытия на сплавах из титана, состоящего из карбонатгидроксилапатита и октакальция фосфата. 2 табл., 3 ил.

Наверх