Композит для 3d-печати медицинских изделий

Авторы патента:

A61L27/48 - с высокомолекулярными наполнителями

A61L27/46 - с фосфорсодержащими неорганическими наполнителями

Владельцы патента RU 2679127:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к композиционным материалам медицинского назначения, а именно к высокомолекулярным материалам с фосфорсодержащими неорганическими наполнителями, и может быть использовано для изготовления изделий медицинского назначения методом 3D-печати путем послойного нанесения расплава материала. Композит для 3D-печати медицинских изделий содержит полилактид, гидроксиапатит дисперсностью 20-100 нм и глицерин при следующем соотношении компонентов, мас.%: полилактид 12,5-98,9; гидроксиапатит 1,0-75,0; глицерин 0,1-12,5. Технический результат: увеличение прочности и улучшение биологических свойств медицинских изделий, изготовленных из композита предложенного состава. 1 табл.

Известен полимерный композит для 3D-печати медицинских изделий [RU 2631890 С1, МПК (2006.01) A61L 27/12, A61L 27/14, A61L 27/46, опубл. 28.09.2017], состоящий из «жесткой» и «мягкой» фаз на основе биоразлагаемых и биосовместимых полимерных композиций. «Жесткая» фаза представлена кристаллической фазой полимерной матрицы, химическими и физическими сшивками и биоактивным компонентом в виде гидроксиапатита с размером частиц от 100 до 1000 нм, а «мягкая» фаза представлена аморфной фазой полимерной матрицы и пластификатором в виде полиэтиленгликоля при следующем соотношении компонентов, мас. %:

полилактид	80-47
гидроксиапатит	15-35
полиэтиленгликоль	4,6-15
химический агент для сшивки	0,4-3,0.

Однако, этот композит имеет низкое содержание гидроксиапатита, что ограничивает сферу его применения. Высокая дисперсность гидроксиапатита не обеспечивает необходимую пластичность композита для высокой точности печати. Предел прочности на растяжение образцов, полученных из этого композита, составляет 43 МПа, а предел прочности на сжатие составляет 96 МПа.

Предлагаемое изобретение позволяет увеличить прочность и улучшить биологические свойства медицинских изделий, изготовленных из композитов предложенного состава.

Композит для 3D-печати медицинских изделий также как в прототипе, содержит полилактид и гидроксиапатит дисперсностью 20-100 нм.

Согласно изобретению используют гидроксиапатит с размером частиц 20-99 нм и дополнительно вводят глицерин при следующем соотношении компонентов мас. %:

полилактид	12,5-98,9
гидроксиапатит	1,0-75,0
глицерин	0,1-12,5

Гидроксиапатит вводят в полимер в нанодисперсном состоянии совместно с глицерином, придавая расплаву композита высокую пластичность, что позволяет печатать изделия сложной формы с точными геометрическими размерами методом послойной 3D-печати. Использование наноразмерного гидроксиапатита позволяет увеличить его содержание в композите. Использование глицерина позволяет увеличить содержание гидроксиапатита, обеспечивая однородность смешения его с полилактидом. Совокупность этих факторов позволяет повысить прочностные характеристики.

Композит обладает совокупностью прочностных характеристик: предел прочности на сжатие увеличен до 98 МПа, предел прочности на растяжение - до 48 МПа. Количество циклов нагружения до полного разрушения составляет 4500-5200 циклов.

Так как повышение содержания гидроксиапатита улучшает биологические свойства материала, предложенный состав композита, по сравнению с прототипом, обеспечивает улучшение биологических свойств (биосовместимость и приживаемость) медицинских изделий из него и сферу его применения [Akkouch A.; Zhang Z.; Rouabhia М.A novel collagen/hydroxyapatite/poly(lactide-co-ε-caprolactone) biodegradable and bioactive 3D porous scaffold for bone regeneration. Journal of Biomedical Materials Research Part A 2011, Vol. 96, Iss. 4. - pp. 693-704. DOI: 10.1002/jbm.a.33033].

Присутствие гидроксиапатита способствует приведению рН в диапазон нормальных значений (7,3-7,4), что важно при деградации полилактида, значительно снижающего рН, и благоприятно влияет на приживаемость материала композита [Agrawal С.М.; Athanasiou K.A. Technique to control рН in vicinity of biodegrading PLA-PGA implants. Journal of Biomedical Materials Research 1997, Vol. 38, Iss. 2, - pp. 105-114. DOI: 10.1002/(SICI)1097-4636(199722)38:2<105::AID-JBM4>3.0.CO;2-U].

В таблице 1 приведены составы композитов и их механические свойства.

Пример 1.

В заранее приготовленный раствор полилактида (98,9 мас. %) (Natural Works Ingeo 40-43d, NatureWorks LLC, USA) в трихлорметане с вязкостью 1,5-2 Па⋅с добавили глицерин (0,1 мас. %) при постоянном перемешивании. Полученную массу поместили в ультразвуковую ванну (42 кГц) с механическим перемешивающим устройством и примешивали гидроксиапатит (1 мас. %), синтезированный по жидкофазному методу [Toropkov N.E.; Vereshchagin V.I.; Petrovskaya T.S.; Antonkin N.S. Influence of synthesis conditions on the crystallinity of hydroxyapatite obtained by chemical deposition. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2016, Vol. 156, №1. - pp. 6-13, DOI: 10.1088/1757-899X/156/1/012038], малыми порциями до получения однородной массы. При продолжении перемешивания массу высушивали и доводили до значения вязкости 5-7 Па⋅c. Вязкость определяли с помощью вискозиметра. Массу выливали на фторопластовую подложку и высушивали в сушильном шкафу при температуре 75-80°С в течение 6-7 часов до полного прекращения потери массы. В результате масса превратилась в твердый композит.

Композит измельчили в роторной дробилке до частиц со средним размером 1-4 мм (гранулят). Полученный гранулят загрузили в бункер шестеренчатого питателя печатной головки 3D-принтера.

Образцы для испытания механических характеристик печатали и испытывали в соответствии со стандартами: ГОСТ 33519-2015, ГОСТ 32656-2014, ГОСТ Р 57143-2016. Испытания прочности образцов на сжатие и разрыв проводили на испытательной машине Instron 5985, на циклическую усталость - Instron 8801.

Примеры 2 и 3 готовили аналогичным образом, меняя содержание гидроксиапатита, полилактида и глицерина. Как видно из таблицы 1 механические свойства композитов, предложенных составов, превосходят свойства прототипа.

Композит для 3D-печати медицинских изделий, содержащий полилактид и гидроксиапатит дисперсностью 100 нм, отличающийся тем, что содержит гидроксиапатит с размером частиц 20-99 нм и дополнительно глицерин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полилактид	12,5-98,9
гидроксиапатит	1,0-75,0
глицерин	0,1-12,5

Изобретение относится к медицине. Описаны имплантируемая структура, способ получения структуры и способ применения структуры, где структура включает комбинацию нерассасывающихся и рассасывающихся компонентов, а имплантируемая структура имеет разупорядоченную однородную матрицу материалов.

Неупорядоченный однородный трехмерный тканевый каркас из рассасывающегося и нерассасывающегося материала // 2662556

Изобретение относится к медицине. Описана имплантируемая структура, способ получения структуры и способ применения структуры, где структура включает в себя комбинацию нерассасывающихся и рассасывающихся компонентов, а имплантируемая структура имеет неупорядоченную однородную матрицу материалов.

Способ восстановления связки или сухожилия // 2629809

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, и может быть использовано для восстановления у пациента связки или сухожилия. Для этого на связку или сухожилие накладывают лоскут, который является гибким и биосовместимым и содержит опорный слой, состоящий из листового коллагена и являющийся проницаемым для клеток, а также расположенный на опорном слое матриксный слой, проницаемый для клеток и представляющий собой коллагеновую прокладку с распределенными в ней коллагеновыми волокнами и природной гиалуроновой кислотой, диспергированной в свободных пространствах коллагеновых волокон.

Композитная деталь для внутрикостной имплантации и способ изготовления такой детали // 2609870

Изобретение относится к медицине и представляет собой имплантат для внутрикостной имплантации, выполненный из материала, содержащего: термопластическое органическое связующее, представляющее собой полиэфирэфиркетон; волоконный наполнитель, волокна которого выполнены из поли(амида-имида); наполнитель из соединения на основе кальция, представляющего собой трехкальциевый фосфат Са3(PO4)2 с гексагональной β-структурой.

Инъецируемый композитный материал, пригодный для использования в качестве заменителя костной ткани // 2407552

Имплантат для восстановления позвонков и трубчатых костей // 2261116

Изобретение относится к медицине, а именно к созданию имплантатов, предназначенных для, как минимум, частичного создания, восстановления или стабилизации тел позвонков или трубчатых костей.

Эндопротез с долговременной стабильностью // 2260446

Изобретение относится к медицине, а именно к применению комплекса активных ингредиентов, предназначенного для получения костей. .

Имплантируемая паста и ее применение // 2678590

Группа изобретений относится к медицине, конкретно к имплантируемой пасте, содержащей биологически активный стеклянный порошок, имеющий распределение размеров, составляющее 0,5-45 мкм, биологически активные стеклянные гранулы, имеющие распределение размеров между 100 и 4000 мкм, полиэтиленгликоль с низкой молекулярной массой, имеющий диапазон молекулярной массы, составляющий 200-700 г/моль, полиэтиленгликоль со средней молекулярной массой, имеющий диапазон молекулярной массы, составляющий 700-2500 г/моль, полиэтиленгликоль с высокой молекулярной массой, имеющий диапазон молекулярной массы, составляющий 2500-8000 г/моль, и глицерин.

Биомиметический коллаген-гидроксиапатитный композитный материал // 2662326

Изобретение относится к медицине. Описан биомиметический коллаген-гидроксиапатитный композитный материал, включающий частично волоконный коллагеновый каркас, включающий зрелые природные коллагеновые волокна, которые характеризуются тройной спиральностью по данным спектроскопии кругового дихроизма, причем эти зрелые природные волокна коллагена по крайней мере частично покрыты эпитаксиально выращенными кристаллами нанокристаллического гидроксиапатита и при этом эпитаксиально выращенные нанокристаллы характеризуются морфологией и размерами, аналогичными костному минералу человека, то есть длина составляет от 30 до 50 нм, а ширина от 14 до 25 нм.

Способ получения керамического порошка на основе гидроксиапатита и волластонита // 2657817

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения композитных порошков из двухкомпонентных смесей гидроксиапатита и волластонита, которые являются биологически совместимыми с костной тканью человека, при этом смешивают водные растворы гидроксида кальция, ортофосфорной кислоты и пятиводного силиката натрия, отношение концентраций реагентов Ca/P задают равным 1.67, a Ca/Si=1.00, количества Са(ОН)2, H3PO4 и Na2SiO3 рассчитывают исходя из значений Са/Р и Ca/Si и выбранной пропорции гидроксиапатит/волластонит в порошке требуемой массы, pH поддерживают на уровне 12.00±0.05, после осаждения полученную твердую фазу выдерживают под маточным раствором в течение 24 часов при температуре 22-25°C, отфильтровывают, промывают дистиллированной водой, высушивают при 90°C до постоянной массы и прокаливают при 1000°C в течение 2 часов.

Полимерный композит с эффектом памяти формы для 3d-печати медицинских изделий // 2631890

Изобретение относится к композиционным материалам медицинского назначения и может быть использовано при изготовлении костных имплантатов. Полимерный композит с памятью формы состоит из «жесткой» и «мягкой» фаз.

Способ получения гидроксиапатит-коллагенового композита // 2631594

Изобретение относится к медицине, в частности к способу получения пористого гидроксиапатит-коллагенового композита, который характеризуется тем, что гидроксиапатит, полученный конденсационным способом с использованием гидроакустического преобразователя, смешивают с коллагеном, полученную гидроксиапатит-коллагеновую смесь гомогенизируют в ультразвуковом поле с частотой (22÷44) кГц, плотностью мощности (1÷10) Вт/см3 в течение (10÷400) с.

Способ получения остеопластического материала // 2624873

Изобретение относится к медицине, в частности к способу получения остеопластического материала в виде многослойных гранул из рентгеноконтрастных β-трикальцийфосфата 20% и гидроксиапатита 80% в полилактидгликолидной матрице с добавлением во внутренний слой гиалуроновой кислоты, а во внешний слой - гидрокортизона, хлоргексидина и лидокаина.

Способ обработки кальций-фосфатных покрытий на имплантатах // 2617252

Изобретение относится к медицине. Описан способ, который включает внесение фосфата кальция в 5-20% раствор ортофосфорной кислоты до насыщения, затем имплантат помещают в этот раствор и проводят гальваническое нанесение кальция-фосфатного покрытия при напряжении 80-400 В, частоте импульсов 50-150 Гц, плотности тока 0,2-1,0 А/мм2, в течение 10-60 мин, времени импульсов 50-300 мкс, рН электролита 6,5-8,0 и температуре электролита 25-40°С, и изделие промывают дистиллированной водой, проводят обжиг изделия при температуре 400-1200°С в течение 30-60 мин до образования коралловидной разветвленной структуры покрытия толщиной 5-80 мкм, затем изделие помещают в раствор с метаболитами лактобактерий или колибактерий на 10-30 мин при температуре 18-25°С.

Композитная деталь для внутрикостной имплантации и способ изготовления такой детали // 2609870

Способ получения композиционного трехмерного каркаса для замещения костно-хрящевых дефектов // 2606041

Изобретение относится к медицине и представляет собой способ получения композиционного трехмерного каркаса для замещения костно-хрящевых дефектов, включающий приготовление текучего гидрогеля, содержащего альгинат натрия и кальцийфосфатный наполнитель, нанесение гидрогеля на платформу, формирование трехмерного каркаса с последующей фиксацией структуры.

Имплантат // 2589839

Изобретение относится к области медицины, а именно к имплантату для применения при замещении кости, содержащему, по меньшей мере, два слоя, изготовленных из волокон, и биоактивный материал, который выбирают из биоактивного стекла, гидроксиапатита, трикальцийфосфата и их смесей в виде частиц, расположенный между указанными, по меньшей мере, двумя слоями, в котором, по меньшей мере, один из слоев в основном образован из сетки, изготовленной из стекловолокон, имеющих диаметр 3-100 мкм, и размер сетки выбирают таким образом, чтобы биоактивный материал оставался внутри имплантата, при этом слои заделаны в матрицу, изготовленную из смолы, выбранной из замещенных и незамещенных диметакрилатов и метакрилатов, и слои прикреплены друг к другу вдоль контура имплантата.