EP1725274A2 - Composite materials based on polysilicic acid and method for the production thereof - Google Patents

Composite materials based on polysilicic acid and method for the production thereof

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EP1725274A2
EP1725274A2 EP05716942A EP05716942A EP1725274A2 EP 1725274 A2 EP1725274 A2 EP 1725274A2 EP 05716942 A EP05716942 A EP 05716942A EP 05716942 A EP05716942 A EP 05716942A EP 1725274 A2 EP1725274 A2 EP 1725274A2
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EP
European Patent Office
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composite materials
materials according
polysilicic acid
composite
calcium phosphate
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EP05716942A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Marianne Teller
Hans-Georg Neumann
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Original Assignee
DOT GmbH
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Publication date
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    • A61L27/30—Inorganic materials
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    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants

Definitions

  • the invention relates to composite materials based on polysilicic acid, which contain as further constituents an organic polymer, at least one calcium phosphate phase and optionally application-specific additives and can be in the form of dispersions, pastes, powders, granules, layers or compact moldings.
  • the composite materials known in this connection consist either of polysilicic acid and at least one calcium phosphate phase or at least one calcium phosphate phase and an organic polymer.
  • DE10003824A1 claims a bone replacement material that, among other things, porous silicon dioxide-calcium phosphate composites, which are formed into threads via nozzles.
  • DE4132331C2 describes a calcium phosphate cement powder that contains a water-soluble polymer in addition to calcium phosphate phases.
  • the combination of calcium phosphate powders with a polysaccharide is carried out in DE69809158T2.
  • a bone replacement material - that in addition to a calcium phosphate phase, a hardening matrix, e.g. contains in the form of poly (g ⁇ ycol-co-lactic acid) and other organic components and living cells is disclosed in DE19956503 AI.
  • the bone substitute material produced is provided in a multiple syringe consisting of several syringes that are combined or a complete syringe with several chambers.
  • a 3-component osteosynthesis composite material is described in WO9911296.
  • the components consist of a bioceramic or a bioglass, a biodegradable polymer and a biodegradable polymer matrix.
  • Zhao et al in Biomaterials 2002, 23 (15), 3227-34 describe the production of a three-dimensional organic network in which hydroxyapatite granules are distributed in a chitosan-gelatin mixture.
  • phosphate and calcium-containing solutions and sodium hydroxide are dripped into an acidic solution of collagen, and the product is separated off by grinding at the end of the procedure and ground.
  • the order is modified in CN1337271.
  • a solution of calcium ions is placed in an acidic collagen solution, then drop by drop a phosphate solution is added and then the pH is adjusted with sodium hydroxide.
  • the product Collagraft Strip on the market from NeuColl is based on a composition of hydroxylapatite (65%) and tricalcium phosphate (35%) as well as high-purity collagen type.
  • the material described is compared with autogenous bone and evaluated positively (company publications at http://www.neucoll.com).
  • Bonfield et al describe a phase diagram for calcium phosphate collagen systems, taking temperature and pH into account (Bioceramics, Vol. 16, ed. MA Barbosa et al, Trans Tech Publications Ltd., Uetikon-Zurich, 2003, p 593-596).
  • WO02059395A2 claims electrochemical deposition of the components calcium phosphate and chitosan from electrolytes which contain corresponding components and precursors.
  • bioactive glasses have been converted into polymer suspensions for the purpose of injectability (WO0030561).
  • Composite materials that can be used can only be generated from two base materials, either silicon dioxide in combination with calcium phosphate (or other constituents in bio glasses) or calcium phosphate with physiologically compatible polymers.
  • the mechanical properties of the composites are determined by the main components. In the combination of silicon dioxide and calcium phosphate, there is almost no elastic behavior of the composite. Rather, the materials produced at low temperatures are brittle or the materials produced at high temperatures are characterized by high hardness.
  • the temperatures (500-1200 ° C.) used in the production or aftertreatment of the composites which are absolutely necessary for the physicochemical structuring of the materials, do not allow direct integration of organic, in particular bioorganic, polymers. Disclosure of the Invention Technical Problem
  • the structuring of the composite materials should be largely variable and include both fluid, pasty and solid forms. Bone replacement materials, bone regeneration materials and Bone cements can be realized with the composite materials. [026] The composite materials should also be able to be used for coating implant surfaces regardless of their material compositions and surface structures.
  • This object of producing composite materials based on polysilicic acid as a surface layer on human or veterinary implants or as bone substitute materials or bone regeneration materials with improved mechanical properties is achieved according to the invention in that the composite materials polysilicic acid, an organic polymer, at least one Calcium phosphate phase and optionally an application-specific additive in certain proportions. It has been found that contents of calcium phosphate materials of more than 15% by mass bring about a substantial increase in the physicochemical stability of the composite. Depending on its chemical structure and the properties associated with it in relation to the other composite components and the application requirements, the organic polymer should be in the range from 0.01 to 20% by mass.
  • the polysilicic acid can be generated from various sources, which can be used alone or in combination.
  • condensation from inorganic silicates which is usually carried out under acidic or neutral pH conditions, is possible, where the polysilicic acid matrix can contain a proportion of further metal oxides, such as titanium dioxide and aluminum oxide or their precursors.
  • Tetraalkoxysilanes or organoal oxysilanes can also be used as starting materials for the formation of polysilicic acid and corresponding derivatives.
  • Another source can be tapped from solid spherical or amorphous nano- or micro-silicate particles, whereby the chemical functionality necessary for the formation of the composite is produced via the properties of the particle surface.
  • the particle diameter used is preferably between 10 nm and 10 ⁇ m.
  • Natural, synthetic or semi-synthetic polymers can function as the organic polymer. They are used in the form of homo- or copolymers or also as polymer blends, which can have natural or synthetically inserted reactive and functional groups, sequences or substructures.
  • biopolymers as a com- positive component to a preferred role.
  • proteins and polysaccharides, their fragments and derivatives such as cellulose, laminaran, starch or their components amylose and amylopectin, glycogen, dextrins, dextran, pullulan, inulin, chitosan, xanthan, alginic acid and their salts and esters, rubber arabic, chondroitin, heparin and keratan as well as sulfates, hyaluronic acid and teichoic acids derived from them, as well as esters, collagen and gelatin derived therefrom in native or modified form.
  • synthetic polymers that have sufficient compatibility with all media involved can also be used. This applies to their sole use as well as the combination with biopolymers.
  • Such synthetic polymers originate in particular from the compound classes polyamines and imines, polyols and their ethers and esters, polycarboxylic acids including the derivatives derived therefrom, such as esters and amides.
  • other polyvinyl compounds, polyethers, polyesters, polyketones or polysulfones can also be considered as a composite component.
  • the solubility in water or the chosen reaction medium, the swellability or dispersibility of the organic polymers determine the percentage in the composite material (0.01% and 20% (w / w)).
  • the main constituent of the composite material is generally at least one calcium phosphate phase.
  • This calcium phosphate phase can be supplied prefabricated in crystalline or amorphous form to the reaction medium, or it can be prepared in situ by combining components containing calcium and phosphate under neutral or basic conditions.
  • the calcium phosphate phase maintains its morphology during the further manufacturing process, so that the end product is given a corresponding porosity.
  • Hydroxyapatite, a- or b -tricalcium phosphate, discalcium phosphate, dicalcium phosphate dihydrate, octacalcium pentaphosphate or corresponding mixed phases or mixtures can be used as calcium phosphate phases.
  • the calcium phosphate phase also contains a proportion of alkylene bisphosphonate calcium salts.
  • the calcium phosphate phase can also act as a calcium precursor for complex formation with the polymer component of the composite. This complex formation is additionally increased by the proportionate addition of alkylene bisphosphonate calcium salts.
  • other metal cations such as sodium, potassium, silver, magnesium, zinc or lithium, and fluoride, chloride, sulfate, carbonate or silicate as anions can be present in the calcium phosphate phase.
  • the composite material for the basic constituents polysilicic acid, polymer and calcium phosphate component can have an application-specific one Additive can be added.
  • This additive can be used as a chemically or morphologically modified polysilicic acid compound, organic polymer or calcium phosphate phase. It is also possible to add an additive in the form of solid nano or micro particles or capsules.
  • bioactive substances such as antibiotics, tumor statics, hormones or growth factors or a combination of these classes of substances, the bioactive substances can also be used encapsulated. As is known, a controlled release of the active substances can be achieved via the type of encapsulation.
  • the process-technical implementation of the production of the composite material begins with the addition of an organic polymer, at least one calcium phosphate phase and optionally an application-specific additive to a gel made from silica sol.
  • the preparation of a gel from a silica sol has been extensively described in the literature (H. Schmidt: "Chemistry of Material Preparation by Sol-Gel Process” in J. Non-Cryst. Solids 100, 51 (1988); J: DF Ramsay : “Sol-Gel Processing” in Controlled Particle, Droplett and Bubble Formation, Ed .: DJ Wedlock, Butterwoth-Heinemann Ltd., Oxford, 1994, p.1-36).
  • the individual components of the composite material are combined in succession or in combination depending on their chemical and physical properties. Once all the components have been combined, the mixture is homogenized depending on the viscosity of the mass using various stirring techniques (stirrers, dispersers). The subsequent shaping is also determined via the viscosity.
  • the still moist composite material can be e.g. pour, squeeze, spray or spray. Improved adhesive strength on surfaces can be achieved by depositing the composite material in a damp state with reduced pressure. In addition, the composite material can be applied to surfaces by dipping or spraying. The application is not only limited to static surfaces, but can also be expanded to rotating substrates.
  • Metallic, natural and synthetic or ceramic surfaces are suitable for coating with the composite material, regardless of their roughness, pretreatment or precoating.
  • Electrochemical (cathodic) deposition offers a completely different possibility for coating with the composite material. There are basically two options here. On the one hand, the finished component mixture is used or the components are deposited electrochemically one after the other.
  • the combination of polysilicic acid derivatives with suitable calcium phosphates and polymers with the alternative of adding application-specific ones Additives make it possible to use the composite material in conjunction with medical devices or directly as a medical device.
  • the composite material can be used directly as a base material, as a filler, depot material or as a coating.
  • the composite material can be used in the form of dispersions, pastes, powders, granules, layers or as compact moldings.
  • the composite material itself can contain an application-specific additive, this can be used directly as a medicament or in combination with medicinal products.
  • the material made according to the invention is implantable or injectable.
  • the composition of the composite material with the resulting properties makes it possible to use the composite material for bone substitution and / or for bone regeneration. This material can also be used for wound healing purposes.
  • Example 1 Production of a composite material based on polysilicic acid, polymer and a calcium phosphate phase:
  • Example 2 Production of a composite material based on polysilicic acid, polymer and two calcium phosphate phases:
  • Example 04 Production of a composite material based on polysilicic acid, polylactic acid and hydroxylapatite - 10% polymer content (w / w):
  • 13.8 ml of tetraethoxysilane are mixed with 4 ml of 0.1M hydrochloric acid and 5.5 ml of ethanol and 4 ml of water are added.
  • Example 4 Production of a composite material based on polysilicic acid, polylactic acid and hydroxylapatite - 20% polymer content (w / w):
  • 13.8 ml of tetraethoxysilane are mixed with 4 ml of 0.1M hydrochloric acid and 5.5 ml of ethanol and 4 ml of water.
  • Example 5 Production of a composite material based on polysilicic acid, active ingredient-containing polylactic acid microparticles and hydroxyapatite:
  • 14 ml of tetraethoxysilane are mixed with 4 ml of 0.1M hydrochloric acid and 5.5 ml of ethanol and 4 ml of water.
  • Example 8 Production of a composite material using epoxy-functionalized pol silica particles:
  • a polysilicic acid sol is produced from 9 ml of tetraethoxysilane, 3 ml of 0.1M hydrochloric acid and 3 ml of ethanol water.
  • 3 ml l, 5% chitosan solution are added dropwise.
  • 10 ml of the polysilicic acid sol-chitosan solution are reacted with 15.6 g of dicalcium phosphate dihydrate via a mixing cannula.
  • the composite material produced in this way does not dissolve when sprayed into SBF buffer and has pressure-elastic properties.
  • Example 10 Production of composite materials by successive electrochemical deposition of the components:
  • chitosan is electrochemically deposited from a 1.5% chitosan solution at pH 5.0. The excess gel-like chitosan film is rinsed off. Then a silicate surface is created on it by using a 0.1M sodium silicate solution as the polysilicic acid precursor. With the addition of 0.1M calcium chloride solution and 1M hydrochloric acid, the calcium-containing polysilicic acid layer is generated on the calcium phosphate-chitosan coating at a voltage between 5 and 8V.
  • 27 ml of tetraethosysilane are mixed with 8 ml of 0.1 M hydrochloric acid and 10 ml of ethanol.
  • the polysilicic acid solution in 7.5 ml collagen solution (in 10% lactic acid) added dropwise.
  • 27 g of hydroxyapatite and 18 g of ⁇ -tricalcium phosphate are introduced into the solution with stirring.
  • 2.25 g of gentamicin sulfate are dissolved in 4 ml of water and stirred into the composite material. After 30 minutes the product is poured into molds and dried at 130 ° C.

Abstract

The invention relates to composite materials based on polysilicic acid, said materials containing novel compositions which have improved material properties and can be in the form of dispersions, pastes, powders, granulated materials, layers or compact moulded bodies. The aim of the invention is to produce composite materials based on polysilicic acid with improved mechanical properties. To this end, the composite materials contain polysilicic acid, between 0.01 and 20 mass % of an organic polymer, more than 15 mass % of at least one calcium phosphate phase, and optionally a use-specific additive. The material produced according to the invention can be implanted or injected. The composition of the composite material with the resulting properties enables the composite material to be used for bone substitution and/or bone regeneration in both human medicine and animal medicine. The inventive material can also be used to heal wounds.

Description

Beschreibung Kompositmaterialien auf der Basis von Polykieselsaure und Verfahren zu deren Herstellung Technisches Umfeld Description Composite materials based on polysilicic acid and process for their production. Technical environment
[001] Die Erfindung betrifft Kompositmaterialien auf der Basis von Polykieselsaure, die als weitere Bestandteile ein organisches Polymer, mindestens eine Calciumphos- phatphase und wahlweise anwendungsspezifische Additiva enthalten und in Form von Dispersionen, Pasten, Pulvern, Granulaten, Schichten oder kompakten Formkörpern vorliegen können.The invention relates to composite materials based on polysilicic acid, which contain as further constituents an organic polymer, at least one calcium phosphate phase and optionally application-specific additives and can be in the form of dispersions, pastes, powders, granules, layers or compact moldings.
[002] Für derartige Kompositmaterialien gibt es bereits Anwendungen bzw. potentielle Anwendungsgebiete im human- und veterinärmedizinischem Bereich, insbesondere beim Einsatz als Knochenersatz- oder Knochenregenerationsmaterial oder als Beschichtung auf orthopädischen, traumatologischen und dentalen Implantaten.For such composite materials there are already applications or potential fields of application in the human and veterinary field, in particular when used as bone replacement or bone regeneration material or as a coating on orthopedic, traumatological and dental implants.
[003] Es liegt in der Natur von Kompositmaterialien, dass die an die Einzelkomponenten gebundenen Eigenschaften im Zusammenhang zur Wirkung kommen. Dieser Kombinationseffekt führt z.B. unter physiologischen Bedingungen dazu, dass sowohl anorganische als auch organische Bestandteile des Kompositmaterials als anorganische bzw. organische Stoff Wechselprodukte generiert bzw. verwertet werden können.It is in the nature of composite materials that the properties bound to the individual components come into effect in connection. This combination effect leads e.g. under physiological conditions, that both inorganic and organic constituents of the composite material can be generated or used as inorganic or organic metabolic products.
[004] Die in diesem Zusammenhang bekannten Kompositmaterialien bestehen entweder aus Polykieselsaure und mindestens einer Calciumphosphatphase oder mindestens einer Calciumphosphatphase und einem organischem Polymer. So wird in DE10003824A1 ein Knochenersatzmaterial beansprucht, dass u.a. poröse Sili- ciumdioxid-Calciumphosphat-Komposite beinhaltet, die über Düsen zu Fäden geformt werden.The composite materials known in this connection consist either of polysilicic acid and at least one calcium phosphate phase or at least one calcium phosphate phase and an organic polymer. For example, DE10003824A1 claims a bone replacement material that, among other things, porous silicon dioxide-calcium phosphate composites, which are formed into threads via nozzles.
[005] Komposite, die u.a. die chemischen Bestandteile Siliciumdioxid und Calci- umphosphat enthalten, sind auch unter der Bezeichnung Bioglas, bioaktives Glas, Biokeramik und bioaktive Keramik beschrieben worden. So werden in WO9317976, WO9404657, WO9514127 und WO9636368 Materialien beschrieben, die vorstehende Komponenten enthalten und zum Einsatz als Knochenersatzmaterialien bzw. als Template für die Synthese von Knochengewebe vorgesehen sind.Composites, which among other things. The chemical constituents containing silicon dioxide and calcium phosphate have also been described under the names bioglass, bioactive glass, bioceramics and bioactive ceramics. In WO9317976, WO9404657, WO9514127 and WO9636368 materials are described which contain the above components and are intended for use as bone replacement materials or as templates for the synthesis of bone tissue.
[006] Zur Strukturierung solcher Komposite wurde auch das Einbringen von keramischen und polymeren Fasern vorgeschlagen (US5468544). Weiterhin ist es auch möglich, in diese Kompositstrukturen biologisch aktive Moleküle zu integrieren und kontrolliert freizusetzen (US5874109).For structuring such composites, the introduction of ceramic and polymeric fibers has also been proposed (US5468544). Furthermore, it is also possible to integrate biologically active molecules into these composite structures and to release them in a controlled manner (US5874109).
[007] Weiterhin wird in US 6416774 ein Material beschrieben, dass aus nanoporösem Calciumphosphat-Partikeln besteht, die anteilig Siliciumdioxid und biologisch aktive Komponenten enthalten.Furthermore, a material is described in US 6416774 that consists of nanoporous calcium phosphate particles, the proportion of silicon dioxide and biologically active Components included.
[008] Zur Erzeugung von Kompositmaterialien aus Calciumphosphatphasen und physiologisch relevanten organischen Polymeren sind verschiedene Zusammensetzungen sowie Möglichkeiten zu deren Herstellung beschrieben worden. DE68928975T2 beansprucht Komposite, die eine Calciumphosphatphase, einem Tannin-Derivat und eine Kollagenverbindung enthalten.For the production of composite materials from calcium phosphate phases and physiologically relevant organic polymers, various compositions and possibilities for their preparation have been described. DE68928975T2 claims composites which contain a calcium phosphate phase, a tannin derivative and a collagen compound.
[009] DE4132331C2 beschreibt ein Calciumphosphat-Zementpulver, dass neben Calciumphosphatphasen ein wasserlösliches Polymer enthält. Die Kombination von Calci- umphosphatpulvern mit einem Polysaccharid wird in DE69809158T2 ausgeführt.DE4132331C2 describes a calcium phosphate cement powder that contains a water-soluble polymer in addition to calcium phosphate phases. The combination of calcium phosphate powders with a polysaccharide is carried out in DE69809158T2.
[010] Ein Knochenersatzmaterial- dass neben einer Calciumphosphatphase eine aushärtende Matrix, z.B. in Form von Poly(gιycol-co-milchsäure) sowie weitere organische Komponenten und lebende Zellen enthält, wird in DE19956503 AI offenbart. Das hergestellte Knochenersatzmaterial wird in einer Mehrfachspritze bestehend aus mehreren Spritzen, die kombiniert sind oder einer Komplettspritze mit mehreren Kammern bereitgestellt.A bone replacement material - that in addition to a calcium phosphate phase, a hardening matrix, e.g. contains in the form of poly (gιycol-co-lactic acid) and other organic components and living cells is disclosed in DE19956503 AI. The bone substitute material produced is provided in a multiple syringe consisting of several syringes that are combined or a complete syringe with several chambers.
[011] Ein 3 Komponenten beinhaltendes Osteosynthesekompositmaterial wird in WO9911296 beschrieben. Dabei bestehen die Komponenten aus einer Biokeramik bzw. einem Bioglas, einem biologisch abbaubaren Polymer und einer biologisch abbaubaren Polymermatrix.[011] A 3-component osteosynthesis composite material is described in WO9911296. The components consist of a bioceramic or a bioglass, a biodegradable polymer and a biodegradable polymer matrix.
[012] Zhao et al beschreiben in Biomaterials 2002, 23 (15), 3227-34 die Herstellung eines dreidimensionalen organischen Netzwerkes, in dem Hydroxylapatit-Granulas in einer Chitosan-Gelatine-Mischung verteilt werden.Zhao et al in Biomaterials 2002, 23 (15), 3227-34 describe the production of a three-dimensional organic network in which hydroxyapatite granules are distributed in a chitosan-gelatin mixture.
[013] In CN1338315 werden Phosphat- und Calciumhaltige-Lösungen sowie Natriumhydroxid in eine saure Lösung von Kollagen getropft, das Produkt wird am Ende der Prozedur durch Zentrifugation abgetrennt und zermahlen. In CN1337271 wird die Reihenfolge abgewandelt. Hier wird eine Lösung von Calciumionen in eine saure Kollagenlösung gegeben, dann Tropfen für Tropfen eine Phosphatlösung zusetzt und anschließend der pH- Wert mit Natriumhydroxid eingestellt.In CN1338315, phosphate and calcium-containing solutions and sodium hydroxide are dripped into an acidic solution of collagen, and the product is separated off by grinding at the end of the procedure and ground. The order is modified in CN1337271. Here, a solution of calcium ions is placed in an acidic collagen solution, then drop by drop a phosphate solution is added and then the pH is adjusted with sodium hydroxide.
[014] Das auf dem Markt befindliche Produkt Collagraft Strip der Firma NeuColl basiert auf einer Zusammensetzung aus Hydroxylapatit (65%) und Tricalciumphosphat (35%) sowie hochreinem Kollagen Typl. Das beschriebene Material wird mit autogenem Knochen vergleichend betrachtet und positiv bewertet (Firmenschriften unter http://www.neucoll.com).The product Collagraft Strip on the market from NeuColl is based on a composition of hydroxylapatite (65%) and tricalcium phosphate (35%) as well as high-purity collagen type. The material described is compared with autogenous bone and evaluated positively (company publications at http://www.neucoll.com).
[015] Bonfield et al beschreiben ein Phasendiagramm zu Calciumphosphat- Kollagen-Systemen unter Einbeziehung von Temperatur und pH- Wert (Bioceramics, Vol. 16, eds. M. A. Barbosa et al, Trans Tech Publications Ltd., Uetikon-Zürich, 2003, S. 593-596).Bonfield et al describe a phase diagram for calcium phosphate collagen systems, taking temperature and pH into account (Bioceramics, Vol. 16, ed. MA Barbosa et al, Trans Tech Publications Ltd., Uetikon-Zurich, 2003, p 593-596).
[016] In der Regel werden die vorstehend beschriebenen Kompositmaterialien durch simultane oder zeitversetzte Mischungsvorgänge erzeugt. Im Unterschied dazu wird in WO02059395A2 eine elektrochemische Abscheidung der Komponenten Calciumphosphat und Chitosan aus Elektrolyten, die entsprechende Komponenten und Vorstufen enthalten, beansprucht.In general, the composite materials described above are made by creates simultaneous or time-shifted mixing processes. In contrast to this, WO02059395A2 claims electrochemical deposition of the components calcium phosphate and chitosan from electrolytes which contain corresponding components and precursors.
[017] Scharnweber et al stellen in DE 10029520A leine knochenanaloge Beschichtung her, die biomimetisch erzeugt wird. Dabei wird die mineralisierte Kollagenmatrix schichtförmig aufgebaut. Durch Eintauchen in eine Kollagenlösung wird die organische Phase aufgebracht und anschließend durch einen elektrochemisch gestützten Prozess die Calciumphosphatphasen abgeschieden.[017] Scharnweber et al produce a bone-analogous coating in DE 10029520A that is produced biomimetically. The mineralized collagen matrix is built up in layers. The organic phase is applied by immersion in a collagen solution and then the calcium phosphate phases are separated by an electrochemically supported process.
[018] Abschließend soll auch noch erwähnt werden, dass zum Zweck der Injizierbarkeit bioaktive Gläser in Polymersuspensionen überführt wurden (WO0030561).Finally, it should also be mentioned that bioactive glasses have been converted into polymer suspensions for the purpose of injectability (WO0030561).
[019] Als Nachteile aller vorstehenden Verfahren können folgende wesentliche Punkte angeführt werden.The following essential points can be cited as disadvantages of all of the above methods.
[020] 1. Einsetzbare Kompositmaterialien können nur aus zwei Basismaterialien generiert werden, entweder Siliciumdioxid in Kombination mit Calciumphosphat (bzw. weiteren Bestandteilen bei Biogläsern) oder Calciumphosphat mit physiologisch kompatiblen Polymeren.1. Composite materials that can be used can only be generated from two base materials, either silicon dioxide in combination with calcium phosphate (or other constituents in bio glasses) or calcium phosphate with physiologically compatible polymers.
[021] 2. Kompositmaterialien auf der Basis von Biogläsern und verwandten Materialien weisen lediglich Phosphatgehalte (als P O ) unter 15% auf.2. Composite materials based on bio glasses and related materials only have phosphate contents (as P O) below 15%.
[022] 3. Die mechanischen Eigenschaften der Komposite werden durch die Hauptbestandteile bestimmt. So ist in der Kombination Siliciumdioxid und Calciumphosphat nahezu kein elastisches Verhalten des Komposites gegeben. Vielmehr sind die bei niedrigen Temperaturen erzeugten Materialien spröde bzw. die bei hohen Temperaturen erzeugten Materialien durch eine hohe Härte gekennzeichnet.3. The mechanical properties of the composites are determined by the main components. In the combination of silicon dioxide and calcium phosphate, there is almost no elastic behavior of the composite. Rather, the materials produced at low temperatures are brittle or the materials produced at high temperatures are characterized by high hardness.
[023] 4. In der Regel erlauben es die bei der Herstellung oder Nachbehandlung der Komposite angewendeten Temperaturen (500-1200°C), die für die physikalischchemische Strukturierung der Materialien zwingend erforderlich sind, keine direkte Integration von organischen insbesondere bioorganischen Polymeren. Offenbarung der Erfindung Technisches Problem4. As a rule, the temperatures (500-1200 ° C.) used in the production or aftertreatment of the composites, which are absolutely necessary for the physicochemical structuring of the materials, do not allow direct integration of organic, in particular bioorganic, polymers. Disclosure of the Invention Technical Problem
[024] Somit lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Kompositmaterialien auf der Basis von Polykieselsaure mit verbesserten mechanischen Eigenschaften zugänglich zu machen, die mehrere physiologisch relevante Komponenten anorganischer und organischer Natur enthalten.[024] It was therefore the object of the present invention to make composite materials based on polysilicic acid with improved mechanical properties accessible which contain several physiologically relevant components of an inorganic and organic nature.
[025] Die Strukturierung der Kompositmaterialien sollte weitgehend variabel sein und sowohl fluide, pastöse und solide Formen beinhalten. Als wesentliche Darreichungsformen sollen Knochenersatzwerkstoffe, Knochenregenerationswerkstoffe und Knochenzemente mit den Kompositmaterialien realisiert werden. [026] Die Kompositmaterialien sollen auch zur Beschichtung von Implantatoberflächen unabhängig von deren stofflichen Zusammensetzungen und Oberflächenstrukturen herangezogen werden können. Technische Lösung[025] The structuring of the composite materials should be largely variable and include both fluid, pasty and solid forms. Bone replacement materials, bone regeneration materials and Bone cements can be realized with the composite materials. [026] The composite materials should also be able to be used for coating implant surfaces regardless of their material compositions and surface structures. Technical solution
[027] Diese Aufgabe, Kompositmaterialien auf der Basis von Polykieselsaure als Obe rflä- chenschicht auf humanen oder veterinärmedizinischen Implantaten oder als Knochenersatzmaterialien bzw. Knochenregenerationsmaterialien mit verbesserten mechanischen Eigenschaften herzustellen, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kompositmaterialien Polykieselsaure, ein organisches Polymer, mindestens eine Calciumphosphatphase und wahlweise ein anwendungsspezifisches Additiv in bestimmten Verhältnissen enthalten. Es hat sich herausgestellt, dass Gehalte an Calciumphosphat-Ma- terialien von mehr als 15 Masse% einen wesentlichen Zuwachs der physikalischchemischen Stabilität des Komposites bewirken. Das organische Polymer sollte in Abhängigkeit von dessen chemischer Struktur und den damit verbundenen Eigenschaften in Bezug auf die anderen Kompositbestandteile sowie den applikativen Erfordernissen im Bereich von 0,01 bis 20 Masse% liegen.[027] This object of producing composite materials based on polysilicic acid as a surface layer on human or veterinary implants or as bone substitute materials or bone regeneration materials with improved mechanical properties is achieved according to the invention in that the composite materials polysilicic acid, an organic polymer, at least one Calcium phosphate phase and optionally an application-specific additive in certain proportions. It has been found that contents of calcium phosphate materials of more than 15% by mass bring about a substantial increase in the physicochemical stability of the composite. Depending on its chemical structure and the properties associated with it in relation to the other composite components and the application requirements, the organic polymer should be in the range from 0.01 to 20% by mass.
[028] Die Polykieselsaure kann dabei aus verschiedenen Quellen generiert werden, die für sich oder in Kombination verwendet werden können. Zum einen ist eine Kondensation aus anorganischen Silicaten, die üblicherweise unter sauren bzw. neutralen pH- Bedingungen ausgeführt wird, möglich, wobei die Polykieselsäurematrix anteilig weitere Metalloxide, wie Titandioxid und Aluminiumoxid oder deren Prekursoren enthalten kann. Tetraalkoxysilane bzw. Organoal oxysilane können ebenfalls als Ausgangsmaterialien zur Bildung von Polykieselsaure und entsprechenden -Derivaten eingesetzt werden. Eine weitere Quelle lässt sich über solide sphärische oder amorphe Nano- bzw. Mikro-Silikatpartikel erschließen, wobei die für die Kompositbildung notwendige chemische Funktionalität über die Eigenschaften der Partikeloberfläche hergestellt wird. Aus herstellungs- und applikationsrelevanten Gründen bewegt sich der verwendete Partikeldurchmesser bevorzugt zwischen 10 nm und 10 um.[028] The polysilicic acid can be generated from various sources, which can be used alone or in combination. On the one hand, condensation from inorganic silicates, which is usually carried out under acidic or neutral pH conditions, is possible, where the polysilicic acid matrix can contain a proportion of further metal oxides, such as titanium dioxide and aluminum oxide or their precursors. Tetraalkoxysilanes or organoal oxysilanes can also be used as starting materials for the formation of polysilicic acid and corresponding derivatives. Another source can be tapped from solid spherical or amorphous nano- or micro-silicate particles, whereby the chemical functionality necessary for the formation of the composite is produced via the properties of the particle surface. For manufacturing and application-related reasons, the particle diameter used is preferably between 10 nm and 10 μm.
[029] Der Zusatzvon organischem Polymer bewirkt eine positive Veränderung in der Elastizität des Kompositmaterials. Das hergestellte Komposit wird druckelastischer und damit weniger spröde. Als organisches Polymer können dabei natürliche, synthetische oder semisynthetische Polymere fungieren. Sie werden in Form von Homo- oder Copolymeren oder auch als Polymerblends verwendet, die über natürliche oder synthetisch eingefügte reaktive und funktionelle Gruppen, Sequenzen oder Sub- strukturen verfügen können.The addition of organic polymer causes a positive change in the elasticity of the composite material. The composite produced becomes more pressure-elastic and therefore less brittle. Natural, synthetic or semi-synthetic polymers can function as the organic polymer. They are used in the form of homo- or copolymers or also as polymer blends, which can have natural or synthetically inserted reactive and functional groups, sequences or substructures.
[030] Aus applikationstechnischer Sicht kommt dem Einsatz von Biopolymeren als Kom- positbestandteil eine bevorzugte Rolle zu. Das betrifft insbesondere Proteine und Poly- saccharide, deren Fragmente und Derivate, wie z.B. Cellulose, Laminaran, Stärke oder deren Komponenten Amylose und Amylopektin, Glycogen, Dextrine, Dextran, Pullulan, Inulin, Chitosan, Xanthan, Alginsäure und deren Salze und Ester, Gummi arabicum, Chondroitin, Heparin und Keratan sowie davon abgeleitete Sulfate, Hyaluronsäure und Teichonsäuren, sowie davon abgeleite Ester, Kollagen und Gelatine in nativer oder modifizierter Form.From an application point of view, the use of biopolymers as a com- positive component to a preferred role. This applies in particular to proteins and polysaccharides, their fragments and derivatives, such as cellulose, laminaran, starch or their components amylose and amylopectin, glycogen, dextrins, dextran, pullulan, inulin, chitosan, xanthan, alginic acid and their salts and esters, rubber arabic, chondroitin, heparin and keratan as well as sulfates, hyaluronic acid and teichoic acids derived from them, as well as esters, collagen and gelatin derived therefrom in native or modified form.
[031] Ebenso können aber auch synthetische Polymere, die über eine ausreichende Kompatibilität mit allen beteiligten Medien verfügen, zum Einsatz gelangen. Das betrifft deren alleinige Verwendung als auch die Kombination mit Biopolymeren. Solche synthetischen Polymere entstammen insbesondere den Verbindungsklassen Polyamine und -imine, Polyole sowie deren Ether und Ester, Polycarbonsäuren einschließlich der davon ableitbaren Derivate, wie Ester und Amide. Prinzipiell kommen aber auch andere Polyvinylverbindungen, Polyether, Polyester, Polyketone oder Polysulfone als Kompositbestandteil in Betracht.However, synthetic polymers that have sufficient compatibility with all media involved can also be used. This applies to their sole use as well as the combination with biopolymers. Such synthetic polymers originate in particular from the compound classes polyamines and imines, polyols and their ethers and esters, polycarboxylic acids including the derivatives derived therefrom, such as esters and amides. In principle, however, other polyvinyl compounds, polyethers, polyesters, polyketones or polysulfones can also be considered as a composite component.
[032] Insbesondere die Löslichkeit in Wasser oder dem gewählten Reaktionsmedium, die Quellfähigkeit bzw. Dispergierbarkeit der organischen Polymere bestimmen den prozentualen Anteil im Kompositmaterial ( 0,01% und 2O% (w/w)).In particular, the solubility in water or the chosen reaction medium, the swellability or dispersibility of the organic polymers determine the percentage in the composite material (0.01% and 20% (w / w)).
[033] Hauptbestandteil des Kompositmaterial ist neben der Polykieselsaure in der Regel mindestens eine Calciumphosphatphase. Diese Calciumphosphatphase kann vorgefertigt in kristalliner oder amorpher Form dem Reaktionsmedium zugeführt werden, oder sie wird in situ präpariert, indem calcium- und phosphathaltige Komponenten unter neutralen oder basischen Bedingungen zusammengeführt werden. Die Calciumphosphatphase behält ihre Morphologie während des weiteren Herstellungsprozesses bei, sodass dadurch dem Endprodukt eine entsprechende Porosität verliehen wird. Als Calciumphosphatphasen können Hydroxylapatit, a- bzw. b -Tricalciumphosphat, Di- calciumphosphat, Dicalciumphosphatdihydrat, Octacalciumpentaphosphat oder entsprechende Mischphasen bzw. Mischungen zum Einsatz gelangen. Aus therapeutischer Sicht hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass die Calciumphosphatphase in bestimmten Fällen auch anteilig Alkylenbisphosphonat-calciumsalze enthält. Die Calciumphosphatphase kann zusätzlich als Calciumprecursor für eine Komplexbildung mit dem Polymerbestandteil des Komposites wirksam werden. Diese Komplexbildung wird zusätzlich durch die anteilige Zugabe von Alkylenbisphosphonat-calciumsalzen verstärkt. Außerdem können anteilig andere Metallkationen, wie Natrium, Kalium, Silber, Magnesium, Zink oder Lithium sowie als Anionen Fluorid, Chlorid, Sulfat, Carbonat oder Silicat in der Calciumphosphatphase enthalten sein.In addition to the polysilicic acid, the main constituent of the composite material is generally at least one calcium phosphate phase. This calcium phosphate phase can be supplied prefabricated in crystalline or amorphous form to the reaction medium, or it can be prepared in situ by combining components containing calcium and phosphate under neutral or basic conditions. The calcium phosphate phase maintains its morphology during the further manufacturing process, so that the end product is given a corresponding porosity. Hydroxyapatite, a- or b -tricalcium phosphate, discalcium phosphate, dicalcium phosphate dihydrate, octacalcium pentaphosphate or corresponding mixed phases or mixtures can be used as calcium phosphate phases. From a therapeutic point of view, it has proven expedient that in certain cases the calcium phosphate phase also contains a proportion of alkylene bisphosphonate calcium salts. The calcium phosphate phase can also act as a calcium precursor for complex formation with the polymer component of the composite. This complex formation is additionally increased by the proportionate addition of alkylene bisphosphonate calcium salts. In addition, other metal cations, such as sodium, potassium, silver, magnesium, zinc or lithium, and fluoride, chloride, sulfate, carbonate or silicate as anions can be present in the calcium phosphate phase.
[034] Wahlweise kann dem Kompositmaterial zu den Grundbestandteilen Polykieselsaure, Polymer und Calciumphosphatkomponente ein anwendungsspezifisches Additiv zugesetzt werden. Dieses Additiv kann als chemisch oder morphologisch modifizierte Polykieselsäure-verbindung, organisches Polymer oder Calciumphosphatphase eingesetzt werden. Ebenfalls ist auch die Zugabe eines Additivs in Form von soliden Nano- oder Mikropartikeln bzw. -kapseln möglich. Neben der direkten Zugabe von bioaktiven Substanzen, wie beispielsweise Antibiotika, Tumorstatika, Hormonen oder Wachstumsfaktoren bzw. einer Kombination dieser Substanzklasen können die bioaktiven Substanzen auch verkapselt zum Einsatz kommen. Über die Art und Weise der Verkapselung kann bekanntermaßen eine kontrollierte Freisetzung der Wirksubstanzen erzielt werden.Optionally, the composite material for the basic constituents polysilicic acid, polymer and calcium phosphate component can have an application-specific one Additive can be added. This additive can be used as a chemically or morphologically modified polysilicic acid compound, organic polymer or calcium phosphate phase. It is also possible to add an additive in the form of solid nano or micro particles or capsules. In addition to the direct addition of bioactive substances, such as antibiotics, tumor statics, hormones or growth factors or a combination of these classes of substances, the bioactive substances can also be used encapsulated. As is known, a controlled release of the active substances can be achieved via the type of encapsulation.
[035] Die verfahrenstechnische Umsetzung der Herstellung des Kompositmaterials begin nt damit, dass einem aus Kieselsäuresol hergestelltem Gel ein organisches Polymer, mindestens eine Calciumphosphatphase und wahlweise ein anwendungsspezifisches Additiv zugesetzt werden. Die Herstellung eines Gel ausgehend von einem Kieselsäuresol ist umfangreich in der Literatur beschrieben (H. Schmidt: „Chemistry of Material Preparation by Sol-Gel-Process" in J. Non-Cryst. Solids 100, 51 (1988); J: D. F. Ramsay: „Sol-Gel-Processing" in Controlled Particle, Droplett and Bubble Formation, Ed.: D. J. Wedlock, Butterwoth-Heinemann Ltd., Oxford, 1994, p.1-36). Die einzelnen Bestandteile des Kompositmaterials werden in Abhängigkeit von ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften aufeinanderfolgend oder kombinationsweise zusammengegeben. Sind alle Komponenten zusammengegeben, erfolgt in Abhängigkeit von der Viskosität der Masse eine Homogenisierung durch verschiedene Rührtechniken (Rührwerke, Dispergatoren). Die anschließende Formgebung wird ebenfalls über die Viskosität bestimmt. Das noch feuchte Kompositmaterial lässt sich z.B. ausgießen, auspressen, spritzen oder auch versprühen. Eine verbesserte Haftfestigkeit auf Oberflächen kann man erreichen, indem das Kompositmaterial in feuchtem Zustand unter Druckminderung abgeschieden wird. Außerdem lässt sich durch Tauchung oder Besprühen das Kompositmaterial auf Oberflächen aufbringen. Dabei ist die Anwendung nicht nur auf statische Oberflächen beschränkt, sondern auch auf rotierende Substrate erweiterbar.The process-technical implementation of the production of the composite material begins with the addition of an organic polymer, at least one calcium phosphate phase and optionally an application-specific additive to a gel made from silica sol. The preparation of a gel from a silica sol has been extensively described in the literature (H. Schmidt: "Chemistry of Material Preparation by Sol-Gel Process" in J. Non-Cryst. Solids 100, 51 (1988); J: DF Ramsay : "Sol-Gel Processing" in Controlled Particle, Droplett and Bubble Formation, Ed .: DJ Wedlock, Butterwoth-Heinemann Ltd., Oxford, 1994, p.1-36). The individual components of the composite material are combined in succession or in combination depending on their chemical and physical properties. Once all the components have been combined, the mixture is homogenized depending on the viscosity of the mass using various stirring techniques (stirrers, dispersers). The subsequent shaping is also determined via the viscosity. The still moist composite material can be e.g. pour, squeeze, spray or spray. Improved adhesive strength on surfaces can be achieved by depositing the composite material in a damp state with reduced pressure. In addition, the composite material can be applied to surfaces by dipping or spraying. The application is not only limited to static surfaces, but can also be expanded to rotating substrates.
[036] Zur Beschichtung mit dem Kompositwerkstoff sind sowohl metallische, natürliche und synthetische oder keramische Oberflächen geeignet, unabhängig von ihrer Rauhigkeit, Vorbehandlung oder Vorbeschichtung.Metallic, natural and synthetic or ceramic surfaces are suitable for coating with the composite material, regardless of their roughness, pretreatment or precoating.
[037] Eine ganz andere Möglichkeit zur Beschichtung mit dem Kompositmaterial bietet die elektrochemische (kathodische) Abscheidung. Hier gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten. Zum einen wird die fertige Komponentenmischung eingesetzt oder die Komponenten werden nacheinander elektrochemisch abgeschieden.[037] Electrochemical (cathodic) deposition offers a completely different possibility for coating with the composite material. There are basically two options here. On the one hand, the finished component mixture is used or the components are deposited electrochemically one after the other.
[038] Die Kombination von Polykieselsäurederivaten mit geeigneten Calciumphosphaten und Polymeren mit der Alternative des Zusatzes von anwendungsspezifischen Additiven ermöglicht es, das Kompositmaterial in Verbindung mit Medizinprodukten oder direkt als Medizinprodukt einzusetzen. Dabei kann der Kompositwerkstoff direkt als Basismaterial, als Füllstoff, Depotmaterial oder als Beschichtung Verwendung finden. Der Kompositwerkstoff kann in Form von Dispersionen, Pasten, Pulvern, Granulaten, Schichten oder auch als kompakte Formkörper zum Einsatz kommen.The combination of polysilicic acid derivatives with suitable calcium phosphates and polymers with the alternative of adding application-specific ones Additives make it possible to use the composite material in conjunction with medical devices or directly as a medical device. The composite material can be used directly as a base material, as a filler, depot material or as a coating. The composite material can be used in the form of dispersions, pastes, powders, granules, layers or as compact moldings.
[039] Auf Grund der Möglichkeit, dass der Kompositwerkstoff selbst ein anwendungsspezifisches Additiv enthalten kann, kann dieser direkt als Arzneimittel oder in Kombination mit Arzneimitteln verwendet werden.Because of the possibility that the composite material itself can contain an application-specific additive, this can be used directly as a medicament or in combination with medicinal products.
[040] Das gemäß der Erfindung hergestellte Material ist implantierbar oder injizierbar. Die Zusammensetzung des Kompositmaterials mit den daraus resultierenden Eigenschaften ermöglicht es, den Kompositwerkstoff zur Knochensubstitution und/oder zur Knochenregeneration einzusetzen. Weiterhin kann dieses Material zum Zwecke der Wundheilung angewendet werden.The material made according to the invention is implantable or injectable. The composition of the composite material with the resulting properties makes it possible to use the composite material for bone substitution and / or for bone regeneration. This material can also be used for wound healing purposes.
[041] Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher beschrieben werden ohne darauf beschränkt zu sein.[041] The invention is to be described in more detail with reference to the following exemplary embodiments, without being restricted thereto.
[042] Beispiel 1 - Herstellung eines Kompositmaterials auf der Basis von Polykieselsaure, Polymer und einer Calciumphosphatphase:Example 1 - Production of a composite material based on polysilicic acid, polymer and a calcium phosphate phase:
[043] 9 ml Tetraethoxysilan werden mit 3 ml 0,1 M Salzsäure und 3 ml Ethanol versetzt. Das Hydrolysat wird in 3 ml l,5%ige Chitosanlösung (2%ige Milchsäure) eingerührt, sodass eine klare Lösung erhalten bleibt. Danach werden 9 g Hydroxylapatit mittels Dispergator eingetragen. Nach einer Reaktionszeit von 2h bei 50°C kann der Werkstoff verpresst werden. Die Trocknung erfolgt bei 100°C. Die Porosität des Materials beträgt 70% (nach dem archimedischen Prinzip ermittelt). Die Bestimmung der inneren Oberfläche über Gasabsorption ergibt 120 m2/g. 44% der Poren liegen im Bereich von 20-80 nm. 18% der Poren haben einen Durchmesser > 80 nm.9 ml of tetraethoxysilane are mixed with 3 ml of 0.1 M hydrochloric acid and 3 ml of ethanol. The hydrolyzate is stirred into 3 ml of 1.5% chitosan solution (2% lactic acid) so that a clear solution is retained. Then 9 g of hydroxyapatite are introduced using a disperser. After a reaction time of 2 hours at 50 ° C, the material can be pressed. Drying takes place at 100 ° C. The porosity of the material is 70% (determined according to the Archimedean principle). The determination of the inner surface via gas absorption gives 120 m 2 / g. 44% of the pores are in the range of 20-80 nm. 18% of the pores have a diameter> 80 nm.
[044] Beispiel 2 - Herstellung eines Kompositmaterials auf der Basis von Polykieselsaure, Polymer und zwei Calciumphosphatphasen:Example 2 - Production of a composite material based on polysilicic acid, polymer and two calcium phosphate phases:
[045] 8 ml Aminopropyl-trimethoxysilan werden mit 3 ml 0. IM Salzsäure und 3 ml Ethanol versetzt. Nach Beendigung der Hydrolyse wird die Polykieselsäαrelösung unter Rühren in 5 ml 0,5%ige Kollagenlösung (in 10%iger Milchsäure) getropft. Anschließend werden 6 g ß-Tricalciumphosphat und 12 g Hydroxylapatit nacheinander eingerührt. Das Kompositmaterial wird gleich in die gewünschte Form gebracht. Nach einer weiteren Reaktionszeit von 2h bei 50°C wird das Kompositmaterial bei 100°C getrocknet. Das Material weist eine innere Oberfläche von 138 m /g auf. Der Porengrö- ßenbereich von 20-80 nm ist mit 46% vertreten.8 ml of aminopropyltrimethoxysilane are mixed with 3 ml of 0. 1M hydrochloric acid and 3 ml of ethanol. After the hydrolysis has ended, the polysilicic acid solution is added dropwise to 5 ml of 0.5% collagen solution (in 10% lactic acid) with stirring. Then 6 g of β-tricalcium phosphate and 12 g of hydroxyapatite are stirred in one after the other. The composite material is immediately brought into the desired shape. After a further reaction time of 2 hours at 50 ° C, the composite material is dried at 100 ° C. The material has an inner surface of 138 m / g. The pore size range of 20-80 nm is represented with 46%.
[046] Beispiel 3 - Herstellung eines Kompositmaterials auf der Basis von Polykieselsaure, Polymilchsäure und Hydroxylapatit - 10% Polymeranteil (w/w):Example 04 - Production of a composite material based on polysilicic acid, polylactic acid and hydroxylapatite - 10% polymer content (w / w):
[047] 13,8 ml Tetraethoxysilan werden mit 4 ml 0,1M Salzsäure und 5,5 ml Ethanol und 4 ml Wasser versetzt. 2 g Polymilchsäure (Poly-(D,L-lactid), inhärente Viskosität = 0,16-0,24 dl g, mittlere Molmasse 2000 g/mol) und 14 g Hydroxylapatit werden homogen vermischt und in das auf 10°C abgekühlte Polykieselsäuresol innerhalb von 3 min dispergiert. Die homogene Masse wird ca. 2h bei 50°C gehalten. Anschließend kann sie einer Formgebung durch Auspressen unterzogen werden. Der Kompositwerkstoff wird 24h zur Aushärtung bei Raumtemperatur belassen und anschließend bei 100°C getrocknet.13.8 ml of tetraethoxysilane are mixed with 4 ml of 0.1M hydrochloric acid and 5.5 ml of ethanol and 4 ml of water are added. 2 g of polylactic acid (poly- (D, L-lactide), inherent viscosity = 0.16-0.24 dl g, average molar mass 2000 g / mol) and 14 g of hydroxyapatite are mixed homogeneously and into the polysilicic acid sol cooled to 10 ° C. dispersed within 3 min. The homogeneous mass is kept at 50 ° C. for about 2 hours. It can then be shaped by pressing. The composite material is left to cure at room temperature for 24 hours and then dried at 100 ° C.
[048] Beispiel 4 - Herstellung eines Kompositmaterials auf der Basis von Polykieselsaure, Polymilchsäure und Hydroxylapatit - 20% Polymeranteil (w/w):Example 4 - Production of a composite material based on polysilicic acid, polylactic acid and hydroxylapatite - 20% polymer content (w / w):
[049] 13,8 ml Tetraethoxysilan werden mit 4 ml 0.1M Salzsäure und 5,5 ml Ethanol und 4 ml Wasser versetzt. 4 g Polymilchsäure (Poly-(D,L-lactid), inhärente Viskosität = 0,16-0,24 dl/g, mittlere Molmasse 2000 g/mol) und 12,3 g Hydroxylapatit werden homogen vermischt und in die auf 10°C abgekühlte Polykieselsaure innerhalb von 3 min dispergiert. Die homogene Masse wird ca. 2h bei 50°C gehalten. Anschließend kann sie einer Formgebung durch Auspressen unterzogen werden. Der Kompositwerkstoff wird 24h zur Aushärtung bei Raumtemperatur belassen und anschließend bei 100°C getrocknet.13.8 ml of tetraethoxysilane are mixed with 4 ml of 0.1M hydrochloric acid and 5.5 ml of ethanol and 4 ml of water. 4 g of polylactic acid (poly- (D, L-lactide), inherent viscosity = 0.16-0.24 dl / g, average molar mass 2000 g / mol) and 12.3 g of hydroxyapatite are mixed homogeneously and into the at 10 ° C cooled polysilicic acid dispersed within 3 min. The homogeneous mass is kept at 50 ° C. for about 2 hours. It can then be shaped by pressing. The composite material is left to cure at room temperature for 24 hours and then dried at 100 ° C.
[050] Beispiel 5 - Herstellung eines Kompositmaterials auf der Basis von Polykieselsaure, wirkstoffhaltigen Polymilchsäure-Mikropartikeln und Hydroxylapatit:Example 5 - Production of a composite material based on polysilicic acid, active ingredient-containing polylactic acid microparticles and hydroxyapatite:
[051] 14 ml Tetraethoxysilan werden mit 4 ml 0,1M Salzsäure und 5,5 ml Ethanol und 4 ml Wasser versetzt. 2 g Poly(milchsäure-co-glycolsäure)mikiOpartikel (hergestellt aus Poly(D,L-lactid-co-glycolid) (inhärente Viskosität 0,16-0,24 dl/g, mittlere -Molmasse 17000 g/mol), d = 48 μm), die 20% Vancomycinhydrochlorid enthalten, und 14 g Hydroxylapatit werden homogen vermischt und in das auf 10°C abgekühlte Polykieselsäuresol 3 min dispergiert. Die homogene Masse wird ca. 2h bei 50°C gehalten. Anschließend kann sie einer Formgebung durch Auspressen unterzogen werden. Der Kompositwerkstoff wird 24h zur Aushärtung bei Raumtemperatur belassen und anschließend bei 100°C getrocknet.14 ml of tetraethoxysilane are mixed with 4 ml of 0.1M hydrochloric acid and 5.5 ml of ethanol and 4 ml of water. 2 g poly (lactic acid-co-glycolic acid) micro particles (made from poly (D, L-lactide-co-glycolide)) (inherent viscosity 0.16-0.24 dl / g, average molar mass 17000 g / mol), i.e. = 48 μm), which contain 20% vancomycin hydrochloride, and 14 g of hydroxyapatite are homogeneously mixed and dispersed in the polysilicic acid sol cooled to 10 ° C. for 3 minutes. The homogeneous mass is kept at 50 ° C. for about 2 hours. It can then be shaped by pressing. The composite material is left to cure at room temperature for 24 hours and then dried at 100 ° C.
[052] Beispiel 6 ■ Herstellung eines Kompositmaterials unter Verwendung von Poly- kieselsäure-Nanopartikeln:Example 6 Production of a Composite Material Using Polysilicic Acid Nanoparticles:
[053] 36 g kolloiddisperse Polykieselsäure-Nanopartikel (34 Masse% SiO , Oberfläche 110-150 m Ig) werden mit 14 ml 0,1 M Salzsäure versetzt und 10 min im XJltra- schallbad aktiviert. Diese Lösung wird in 15 ml Chitosanlösung (l,5%ig in 2% Milchsäure) eingerührt. Anschließend werden in die weiße, homogene Lösung 11,9 g Hydroxylapatit dispergiert. Nach 1 h Inkubationszeit bei 50°C wird das Kompositmaterial einer Formgebung durch Auspressen oder Ausstreichen unterworfen. Das Material wird bei 100°C getrocknet. [054] Beispiel 7 - Herstellung eines Kompositmaterials unter Verwendung von Poly- kieselsäure-Mikropartikeln:36 g of colloidally disperse polysilicic acid nanoparticles (34 mass% SiO, surface 110-150 m Ig) are mixed with 14 ml 0.1 M hydrochloric acid and activated for 10 min in an XJ ultrasonic bath. This solution is stirred into 15 ml of chitosan solution (1.5% in 2% lactic acid). Then 11.9 g of hydroxyapatite are dispersed in the white, homogeneous solution. After an incubation time of 1 h at 50 ° C., the composite material is subjected to shaping by pressing or spreading. The material is dried at 100 ° C. EXAMPLE 7 Production of a Composite Material Using Polysilicic Microparticles:
[055] 3 g Polykieselsäure-Mikropartikel (unporös, piain, 7 umol g Si-OH, d=lμm) werden in 8 ml 0,1M Salzsäure suspendiert. Nach einer Aktivierungszeit von 10 min im Ultraschallbad werden 15 g Hydroxylapatit eingerührt bis eine homogene Konsistenz erreicht ist. Die ausgepresste Masse wird 24 h an der Luft getrocknet und abschließend bei 100°C getrocknet.3 g of polysilicic acid microparticles (non-porous, piain, 7 µmol g Si-OH, d = 1 μm) are suspended in 8 ml of 0.1 M hydrochloric acid. After an activation time of 10 min in an ultrasonic bath, 15 g of hydroxyapatite are stirred in until a homogeneous consistency is achieved. The pressed mass is air-dried for 24 hours and finally dried at 100 ° C.
[056] Beispiel 8 - Herstellung eines Kompositmaterials unter Verwendung von epoxy-funktionalisierten Pol kieselsäurepartikeln:Example 8 - Production of a composite material using epoxy-functionalized pol silica particles:
[057] 1 g Polykieselsäure-Nanopartikel (unporös, epoxy-funktionalisiert, sphärisch, 8 μmol/g, d= 300 nm) werden in 15 ml 2%iger Natriumalginatlösung mittels Ultraschall resuspendiert. Man lässt 15 min nachrühren. Anschließend werden als Calciumphosphatphase 9,5g Hydroxylapatit eingebracht. Die Masse wird 1 h bei 50°C gehalten und anschließend in die gewünschte Form gebracht. Das Kompositmaterial wird bei 100°C getrocknet.1 g of polysilicic acid nanoparticles (non-porous, epoxy-functionalized, spherical, 8 μmol / g, d = 300 nm) are resuspended in 15 ml of 2% sodium alginate solution by means of ultrasound. The mixture is left to stir for 15 minutes. Then 9.5 g of hydroxyapatite are introduced as the calcium phosphate phase. The mass is kept at 50 ° C for 1 h and then brought into the desired shape. The composite material is dried at 100 ° C.
[058] Beispiel 9 - Herstellung eines injizierbaren Kompositmaterials ausgehend von Polykieselsaure, Polymer und einer Calciumphosphatphase:Example 9 Production of an Injectable Composite Material Starting from Polysilicic Acid, Polymer and a Calcium Phosphate Phase:
[059] Für die Herstellung eines injizierbaren Kompositmaterials wird ein Polykieselsäuresol aus 9 ml Tetraethoxysilan, 3 ml 0,1M Salzsäure und 3 ml Ethanol Wasser erzeugt. Dazu werden tropfenweise 3 ml l,5%ige Chitosanlösung (in 2%iger Milchsäure) zugegeben. 10 ml der Polykieselsäuresol-Chitosan-Lösung werden mit 15,6 g Dicalciumphosphatdihydrat über eine Mischkanüle miteinander zur Reaktion gebracht. Das so erzeugte Kompositmaterial löst sich beim Ausspritzen in SBF-Puffer nicht auf und besitzt druckelastische Eigenschaften.[059] For the production of an injectable composite material, a polysilicic acid sol is produced from 9 ml of tetraethoxysilane, 3 ml of 0.1M hydrochloric acid and 3 ml of ethanol water. For this purpose, 3 ml l, 5% chitosan solution (in 2% lactic acid) are added dropwise. 10 ml of the polysilicic acid sol-chitosan solution are reacted with 15.6 g of dicalcium phosphate dihydrate via a mixing cannula. The composite material produced in this way does not dissolve when sprayed into SBF buffer and has pressure-elastic properties.
[060] Beispiel 10 - Herstellung von Kompositmaterialien durch aufeinanderfolgende elektrochemische Abscheidung der Komponenten:Example 10 - Production of composite materials by successive electrochemical deposition of the components:
[061] Auf einer elektrochemisch abgeschiedenen Calciumphosphatphase ( omposit aus schwerer und leichter löslichen Calciumphosphatphasen) wird aus einer l,5%igen Chitosanlösung bei pH 5,0 Chitosan elektrochemisch abgeschieden. Der überschüssige gelartige Chitosanfilm wird abgespült. Anschließend wird darauf eine Silikatoberfläche erzeugt, indem als Polykieselsäureprekursor eine 0,1M Natriumsilikatlösung verwendet wird. Unter Zugabe von 0,1M Calciumchloridlösung und IM Salzsäure wird bei einer Spannung zwischen 5 und 8V die calciumhaltige Polykieselsäureschicht auf der Calciumphosphat-Chitosan-Beschichtung erzeugt.On an electrochemically deposited calcium phosphate phase (composite of heavier and more readily soluble calcium phosphate phases), chitosan is electrochemically deposited from a 1.5% chitosan solution at pH 5.0. The excess gel-like chitosan film is rinsed off. Then a silicate surface is created on it by using a 0.1M sodium silicate solution as the polysilicic acid precursor. With the addition of 0.1M calcium chloride solution and 1M hydrochloric acid, the calcium-containing polysilicic acid layer is generated on the calcium phosphate-chitosan coating at a voltage between 5 and 8V.
[062] Beispiel 11 - Herstellung von Kompositmaterial mit Gentamicinsulfat als Addi tiv:Example 06 - Production of composite material with gentamicin sulfate as additive:
[063] 27 ml Tetraethosysilan werden mit 8 ml 0, 1 M Salzsäure und 10 ml Ethanol versetzt. Nach beendeter Hydrolyse des Alkoxysilans wird die Polykieselsäurelösung in 7,5 ml Kollagenlösung (in 10% Milchsäure) tropfenweise zugegeben. 27g Hydroxylapatit und 18 g ß-Tricalciumphopshat werden in die Lösung unter Rühren eingebracht. 2,25 g Gentamicinsulfat werden in 4 ml Wasser gelöst und in das Kompositmaterial eingerührt. Nach 30 min wird das Produkt in- Formen gegossen und bei 130°C getrocknet.27 ml of tetraethosysilane are mixed with 8 ml of 0.1 M hydrochloric acid and 10 ml of ethanol. After the hydrolysis of the alkoxysilane has ended, the polysilicic acid solution in 7.5 ml collagen solution (in 10% lactic acid) added dropwise. 27 g of hydroxyapatite and 18 g of β-tricalcium phosphate are introduced into the solution with stirring. 2.25 g of gentamicin sulfate are dissolved in 4 ml of water and stirred into the composite material. After 30 minutes the product is poured into molds and dried at 130 ° C.
[064] Beispiel 12 - Herstellung von Kompositmaterial mit Vancomycinhydrochlorid als Additiv:Example 06 - Production of composite material with vancomycin hydrochloride as additive:
[065] 18 ml Tetraethoxysilan werden mit 5 ml 0, IM Salzsäure versetzt und 7 ml Ethanol zugegeben. Nach beendeter Hydrolyse wird diese Lösung zu 5 ml 0,5% Kollagenlösung (in 10% Milchsäure) gegeben. Danach werden die Calciumphosphatphasen Hydroxylapatit (18 g) und ß-Tricalcium-phosphat (12 g) eingerührt. 1,5 g Vancomycinhydrochlorid werden als Feststoff zugesetzt und das Kompositmaterial 30 Minuten mittels Magnetrührer nachgerührt. Das Kompositmaterial wird in Formen gegossen und anschließend bei 100°C getrocknet.18 ml of tetraethoxysilane are mixed with 5 ml of 0.1M hydrochloric acid and 7 ml of ethanol are added. After hydrolysis has ended, this solution is added to 5 ml of 0.5% collagen solution (in 10% lactic acid). The calcium phosphate phases hydroxylapatite (18 g) and β-tricalcium phosphate (12 g) are then stirred in. 1.5 g of vancomycin hydrochloride are added as a solid and the composite material is subsequently stirred for 30 minutes using a magnetic stirrer. The composite material is poured into molds and then dried at 100 ° C.
[066] Beispiel 13 - Herstellung von Kompositmaterial unter Zusatz von Alkylenbis- phosphonat:Example 06 - Production of composite material with the addition of alkylene bisphosphonate:
[067] 18 ml Tetraethoxysilan werden mit 5 ml 0,1M Salzsäure versetzt und 7 ml Ethanol zugegeben. Nach beendeter Hydrolyse wird diese Lösung zu 5 ml 0,5% Kollagenl ösung (in 10% Milchsäure) gegeben. Danach werden die Calciumphosphatphasen Hydroxylapatit (20 g) und ß-Tricalcium-phosphat (10 g) eingerührt. 1,0 g Natrium- clodronat (Dichloromethylen-diphosphonsäure-Dinatriumsalz) werden in 5 ml IM Cal- ciumchloridlösung gegeben. Anschließend wird diese Suspension dem Kompositmaterial zugesetzt. Es wird 30 Minuten nachgerührt. Das Kompositmaterial wird in Formen gegossen und anschließend bei 100°C getrocknet. 18 ml of tetraethoxysilane are mixed with 5 ml of 0.1M hydrochloric acid and 7 ml of ethanol are added. After hydrolysis has ended, this solution is added to 5 ml of 0.5% collagen solution (in 10% lactic acid). The calcium phosphate phases hydroxylapatite (20 g) and β-tricalcium phosphate (10 g) are then stirred in. 1.0 g sodium clodronate (dichloromethylene diphosphonic acid disodium salt) is added to 5 ml IM calcium chloride solution. This suspension is then added to the composite material. The mixture is stirred for 30 minutes. The composite material is poured into molds and then dried at 100 ° C.

Claims

AnsprücheExpectations
[001] Kompositmaterialien auf der Basis von Polykieselsaure als Oberflächenschicht auf humanen oder veterinärmedizinischen Implantaten oder als Knochenersatzmaterialien bzw. Knochenregenerationsmaterialien mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, gekennzeichnet dadurch, dass sie als wesentliche Bestandteile a) ein organisches Polymer in einem Anteil von 0,01 bis 20% (w/w) b) mindestens eine Calciumphosphatphase in einem Anteil von mehr als 15% (w/w) c) und wahlweise ein anwendungsspezifisches Additiv enthalten und nach der Trocknung bei Temperaturen unterhalb 150°C eine poröse Struktur aufweisen. [002] Kompositmaterialien nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Poly- kieselsäurematrix durch Kondensation aus anorganischen Silicaten gewonnen wird. [003] Kompositmaterialien nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Poly- kieselsäurematrix durch Kondensation aus Tetraalkoxysilanen gewonnen wird. [004] Kompositmaterialien nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Poly- kieselsäurematrix aus soliden sphärischen oder amorphen Nano- bzw. Mikro- Silicatpartikeln besteht. [005] Kompositmaterialien nach Ansprach 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Poly- kieselsäurematrix aus soliden sphärischen oder amorphen Nano- bzw. Mikro- Silicatpartikeln besteht, wobei die Partikel vorzugsweise Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 10 μm aufweisen. [006] Kompositmaterialien nach Ansprach 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Poly- kieselsäurematrix durch Kondensation von Organoalkoxysilanen durch organische Reste modifiziert wird. [007] Kompositmaterialien nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Poly- kieselsäurematrix anteilig weitere Metalloxide, wie Titandioxid und Aluminiumoxid oder deren Prekursoren enthält. [008] Kompositmaterialien nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Poly- kieselsäurematrix durch Kombination von Verbindungen, Materialien, Prekursoren oder Partikeln aus den Ansprüchen 2 bis 7 generiert wird. [009] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, dass das organische Polymer natürlicher, synthetischer oder semisynthetischer Herkunft ist. [010] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass das organische Polymer als Homo- oder Copolymer bzw. als Polymerblend vorliegt. [011] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass das organische Polymer durch reaktive oder funktionelle Gruppen, Sequenzen oder SubStrukturen derivatisiert ist. [012] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 11 , gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei dem organischen Polymer um wasserlösliche oder in Wasser di- spergierbare Verbindungen handelt. [013] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei dem organischem Polymer um Biopolymere handelt. [014] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei den Biopolymeren um Polyamide, wie Polyaminosäuren, Peptide, Proteine, deren Fragmente und Derivate handelt. [015] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei den Biopolymeren um Polysaccharide, deren Fragmente und Derivate handelt. [016] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei dem organischem Polymer um ein synthetisches Polymer bevorzugt aus dem Bereich der Polyamine oder -imine, der Polyole und ent sprechenden Ester, der Polycarbon-säuren einschließlich deren Derivate oder auf der Basis von Poly viny .Verbindungen handelt. [017] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 16, gekennzeichnet dadurch, dass als Calciumphosphatphase ein vorgefertigtes oder in situ präpariertes Calci- umphopsphat verwendet wird. [018] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass als Calciumphosphatphase u.a. Hydroxylapatit, alpha-Tricalciumphopshat, ß-Tricalcium-phosphat, Dicalciumphosphat, Dicalciumphosphatdihydrat, Octa- calciumpenta-phopsphat oder entsprechende Mischphasen bzw. Mischungen zum Einsatz gelangen. [019] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 18, gekennzeichnet dadurch, dass die Calciumphosphatphase anteilig Alkylenbisphosphonat-calciumsalze enthält. [020] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 19, gekennzeichnet dadurch, dass die Calciumphosphatphase anteilig andere Metallkationen, wie Natrium, Kalium, Silber, Magnesium, Zink oder Lithium enthält. [021] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 20, gekennzeichnet dadurch, dass die Calciumphosphatphase anteilig andere Anionen, wie Fluorid, Chlorid, Sulfat, Carbonat oder Silikat enthält. [022] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 21, gekennzeichnet dadurch, dass als anwendungsspezifisches Additiv chemisch oder morphologisch modifizierte Polykieselsäureverbindungen, organische Polymere oder Calciumphosphatphasen zugesetzt werden.Composite materials based on polysilicic acid as a surface layer on human or veterinary implants or as bone substitute materials or bone regeneration materials with improved mechanical properties, characterized in that they are essential components a) an organic polymer in a proportion of 0.01 to 20% (w / w) b) contain at least one calcium phosphate phase in a proportion of more than 15% (w / w) c) and optionally an application-specific additive and have a porous structure after drying at temperatures below 150 ° C. [002] Composite materials according to claim 1, characterized in that the polysilicic acid matrix is obtained from inorganic silicates by condensation. [003] Composite materials according to claim 1, characterized in that the polysilicic acid matrix is obtained from tetraalkoxysilanes by condensation. [004] Composite materials according to claim 1, characterized in that the polysilicic acid matrix consists of solid spherical or amorphous nano- or micro-silicate particles. Composite materials according to spoke 4, characterized in that the polysilicic acid matrix consists of solid spherical or amorphous nano- or micro-silicate particles, the particles preferably having diameters in the range from 10 nm to 10 μm. Composite materials according to spoke 1, characterized in that the polysilicic acid matrix is modified by condensation of organoalkoxysilanes by organic residues. Composite materials according to claim 1, characterized in that the polysilicic acid matrix contains a proportion of further metal oxides, such as titanium dioxide and aluminum oxide or their precursors. [008] Composite materials according to claim 1, characterized in that the polysilicic acid matrix is generated by combining compounds, materials, precursors or particles from claims 2 to 7. Composite materials according to claims 1 to 8, characterized in that the organic polymer is of natural, synthetic or semi-synthetic origin. Composite materials according to claims 1 to 9, characterized in that that the organic polymer is present as a homo- or copolymer or as a polymer blend. Composite materials according to claims 1 to 10, characterized in that the organic polymer is derivatized by reactive or functional groups, sequences or substructures. Composite materials according to claims 1 to 11, characterized in that the organic polymer is water-soluble or water-dispersible compounds. Composite materials according to claims 1 to 12, characterized in that the organic polymer is biopolymers. Composite materials according to claims 1 to 13, characterized in that the biopolymers are polyamides, such as polyamino acids, peptides, proteins, their fragments and derivatives. Composite materials according to claims 1 to 14, characterized in that the biopolymers are polysaccharides, their fragments and derivatives. Composite materials according to claims 1 to 9, characterized in that the organic polymer is a synthetic polymer preferably from the range of polyamines or imines, the polyols and corresponding esters, the polycarbonic acids including their derivatives or is based on poly viny. Composite materials according to claims 1 to 16, characterized in that a prefabricated or in situ prepared calcium phosphate is used as the calcium phosphate phase. Composite materials according to claims 1 to 17, characterized in that, as the calcium phosphate phase, inter alia, hydroxyapatite, alpha-tricalcium phosphate, ß-tricalcium phosphate, dicalcium phosphate, dicalcium phosphate dihydrate, octacalcium pentaphosphate or corresponding mixed phases or mixtures are used. Composite materials according to claims 1 to 18, characterized in that the calcium phosphate phase partially contains alkylene bisphosphonate calcium salts. Composite materials according to claims 1 to 19, characterized in that the calcium phosphate phase contains other metal cations, such as sodium, potassium, silver, magnesium, zinc or lithium. Composite materials according to claims 1 to 20, characterized in that the calcium phosphate phase contains other anions, such as fluoride, chloride, sulfate, carbonate or silicate. Composite materials according to claims 1 to 21, characterized in that chemically or morphologically modified polysilicic acid compounds, organic polymers or calcium phosphate phases are added as an application-specific additive.
[023] Kompositmaterialien nach dem Anspruch 22, gekennzeichnet dadurch, dass die anwendungsspezifischen Additiva in Form von soliden Nano- oder Mikropartikeln bzw. -kapseln zugesetzt werden.Composite materials according to claim 22, characterized in that the application-specific additives are added in the form of solid nano- or microparticles or capsules.
[024] Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 1 bis 23, gekennzeichnet dadurch, dass als anwendungsspezifisches Additiv bioaktive Substanzen, wie beispielsweise Antibiotika, Tumorstatika, Hormone oder Wachstumsfaktoren allein oder in Kombination zugesetzt werden.Composite materials according to claims 1 to 23, characterized in that bioactive substances such as antibiotics, tumor statics, hormones or growth factors are added alone or in combination as an application-specific additive.
[025] Kompositmaterialien nach dem Anspruch 24, gekennzeichnet dadurch, dass die bioaktiven Substanzen durch Verkapselung geschützt und kontrolliert freigesetzt werden.Composite materials according to claim 24, characterized in that the bioactive substances are protected by encapsulation and released in a controlled manner.
[026] Verfahren zur Herstellung von Kompositmaterialien auf der Basis von Polykieselsaure, gekennzeichnet dadurch, dass einem aus Kieselsäuresol hergestelltem Gel ein organisches Polymer und eine Calciumphosphatphase und wahlweise ein anwendungsspezifisches Additiv zugesetzt wird.A process for the production of composite materials based on polysilicic acid, characterized in that an organic polymer and a calcium phosphate phase and optionally an application-specific additive are added to a gel made from silica sol.
[027] Verfahren zur Herstellung von Kompositmaterialien nach den Ansprach 26, gekennzeichnet dadurch, dass die Herstellungsschritte aufeinanderfolgend oder kombinationsweise erfolgen.[027] Process for the production of composite materials according to spoke 26, characterized in that the production steps take place sequentially or in combination.
[028] Verfahren zur Herstellung von Kompositmaterialien nach Anspruch 26, gekennzeichnet dadurch, dass die Komponenten durch Rührprozesse homogen dispergiert werden.[028] Method for producing composite materials according to claim 26, characterized in that the components are homogeneously dispersed by stirring processes.
[029] Verfahren zur Herstellung von Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 26 bis 28, gekennzeichnet dadurch, dass es durch Ausgießen, Auspressen, Spritzen, Versprühen oder andere Methoden einer Formgebung unterzogen wird.[029] A process for the production of composite materials according to claims 26 to 28, characterized in that it is subjected to shaping by pouring, pressing, spraying, spraying or other methods.
[030] Verfahren zur Herstellung von Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 26 bis 28, gekennzeichnet dadurch, dass die Komponenten unter Druckminderung auf Oberflächen abgeschieden werden.Process for the production of composite materials according to claims 26 to 28, characterized in that the components are deposited on surfaces while reducing the pressure.
[031] Verfahren zur Herstellung von Kompositmaterialien nach Ansprüchen 26 bis 28, gekennzeichnet dadurch, dass die Komponenten durch Tauchung oder Besprühen auf Oberflächen aufgebracht werden.[031] Process for the production of composite materials according to claims 26 to 28, characterized in that the components are applied to surfaces by dipping or spraying.
[032] Verfahren zur Herstellung von Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 29 bis 31, gekennzeichnet dadurch, dass die Komponenten auf die Oberflächen rotierender Substrate aufgetragen werden.[032] A method for producing composite materials according to claims 29 to 31, characterized in that the components are applied to the surfaces of rotating substrates.
[033] Verfahren zur Herstellung von Kompositmaterialien nach den Ansprüchen 29 bis 32, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei den Oberflächen um metallische, natürliche und synthetische Polymer- oder keramische Oberflächen handelt. [034] Verfahren zur Herstellung von Kompositmaterialien nach Anspruch 26 bis 28, gekennzeichnet dadurch, dass die Komponenten elektrochemisch abgeschieden werden, [035] Verfahren zur Herstellung von Kompositmaterialien nach Anspruch 26, 27 und 34 wobei die Komponenten nacheinander abgeschieden werden. [036] Kompositwerkstoff hergestellt nach den Ansprüchen 1 bis 35, gekennzeichnet dadurch, dass er in Verbindung mit Medizinprodukten oder als Medizinprodukt eingesetzt wird. [037] Kompositwerkstoff gemäß Anspruch 36, gekennzeichnet dadurch, dass er als Basismaterial, Füllstoff, Depotmaterial oder als Beschichtung eingesetzt wird. [038] Kompositwerkstoff gemäß Anspruch 36, gekennzeichnet dadurch, dass er in Form von Dispersionen, Pasten, Pulvern, Granulaten, Schichten oder kompakten Formkörpern zum Einsatz gelangt. [039] Kompositwerkstoff gemäß Anspruch 36, gekennzeichnet dadurch dass dieser bioaktive Verbindungen als anwendungsspezifische Additiva enthält und/oder in Kombination mit Arzneimitteln eingesetzt wird. [040] Kompositwerkstoff gemäß Anspruch 36, gekennzeichnet dadurch, dass er implantierbar oder injizierbar ist. [041] Kompositwerkstoff gemäß Anspruch 36, gekennzeichnet dadurch, dass er zur Knochensubstitution und/oder zur Knochenregeneration eingesetzt wird. [042] Kompositwerkstoff, gemäß Anspruch 36, gekennzeichnet dadurch, dass er zum Zwecke der Wundheilung eingesetzt wird. [033] A method for producing composite materials according to claims 29 to 32, characterized in that the surfaces are metallic, natural and synthetic polymer or ceramic surfaces. [034] Process for the production of composite materials according to claims 26 to 28, characterized in that the components are electrochemically deposited, [035] Process for the production of composite materials according to claims 26, 27 and 34, the components being deposited one after the other. [036] Composite material produced according to claims 1 to 35, characterized in that it is used in connection with medical products or as a medical product. [037] Composite material according to claim 36, characterized in that it is used as a base material, filler, depot material or as a coating. Composite material according to claim 36, characterized in that it is used in the form of dispersions, pastes, powders, granules, layers or compact moldings. Composite material according to claim 36, characterized in that it contains bioactive compounds as application-specific additives and / or is used in combination with medicaments. [040] Composite material according to claim 36, characterized in that it is implantable or injectable. [041] Composite material according to claim 36, characterized in that it is used for bone substitution and / or for bone regeneration. [042] Composite material according to claim 36, characterized in that it is used for the purpose of wound healing.
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