PL231858B1 - Method for producing bionanocomposites on the basis of magnesium with apatite ceramics - Google Patents

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania bionanokompozytów na bazie magnezu z udziałem bioceramiki hydroksyapatytowej, korzystnie ich porowatych odpowiedników mających zastosowanie w aplikacjach biomedycznych.The subject of the invention is a method of producing magnesium-based bionanocomposites with the use of hydroxyapatite bioceramics, preferably their porous counterparts used in biomedical applications.

Magnez, jego stopy oraz kompozyty powstałe na jego bazie znajdują coraz szersze zastosowanie w technice ze względu na niską gęstość i wysoką wytrzymałość właściwą. Ze względu na zbliżone właściwości wytrzymałościowe do kości ludzkich, a także bardzo dobrą biozgodność materiały na bazie magnezu stanowią ponadto bardzo obiecującą grupę materiałów charakteryzujących się interesującymi właściwościami z punktu widzenia ich zastosowania w medycynie.Magnesium, its alloys and composites based on it are increasingly used in technology due to its low density and high specific strength. Due to the similar strength properties to human bones, as well as very good biocompatibility, materials based on magnesium are also a very promising group of materials with interesting properties from the point of view of their application in medicine.

Ze względu na niską odporność korozyjną magnezu w środowisku zawierającym jony chloru, a więc także w środowisku płynów ustrojowych człowieka konieczne jest poszukiwanie nowych materiałów lub modyfikacja już istniejących poprzez zmiany składu chemicznego, fazowego lub zmiany w warstwie wierzchniej magnezu prowadzące do zmniejszenia skutków korozji w środowisku tkanek. Jednocześnie skład chemiczny badanych stopów można modyfikować pod kątem zapewnienia jak najlepszych właściwości mechanicznych, biologicznych, a także odporności korozyjnej. Dotychczas wytwarzane biodegradowalne materiały na bazie magnezu mają strukturę mikrokrystaliczną. Nowością w dziedzinie techniki jest możliwość projektowania implantu, aby miał strukturę porowatą (scaffoldową), o zróżnicowanej wielkości, umożliwiającą bioaktywny rozwój tkanki kostnej i sieci naczyń krwionośnych, jak również wyższą siłę adhezji tkanki i implantu.Due to the low corrosion resistance of magnesium in an environment containing chlorine ions, and thus also in the environment of human body fluids, it is necessary to search for new materials or modify the existing ones by changing the chemical composition, phase or changes in the magnesium surface layer leading to a reduction in the effects of corrosion in the tissue environment . At the same time, the chemical composition of the tested alloys can be modified to ensure the best possible mechanical, biological and corrosion resistance properties. The currently produced biodegradable materials based on magnesium have a microcrystalline structure. A novelty in the field of technology is the possibility of designing the implant to have a porous (scaffold) structure of various sizes, enabling the bioactive development of bone tissue and blood vessel network, as well as a higher adhesive strength of the tissue and the implant.

W stanie techniki znane są kompozyty na bazie magnezu z udziałem bioceramiki hydroksyapatytowej (HA) jak chociażby te opisane w opisach CN 103074512 A, CN 101156960 B czy CN 101524559 A. Znane są również kompozyty na bazie magnezu z HA oraz dodatkami cynku CN101797400 A. Kompozyty te są otrzymywane w drodze spiekania. Podobny proces opisuje również opis patentowy CN 101524558 B, w nim kompozyt otrzymywany jest na bazie stopu wapnia i magnezu z dodatkiem cynku. Znane są również rozwiązania wykorzystujące stopy magnezu z dodatkami skandu, itru, cyrkonu czy metali ziem rzadkich US8815148 B2 czy DE 102012108089 A1. Znane są także próby stosowania procesu mechanicznej syntezy do otrzymywania stopów na bazie magnezu, itru oraz cynku Youssef, K.M.; Wang, Y.B.; Liao, X.Z.; Mathaudhu, S.N.; Kecskes, L.J.; Zhu, Y.T.; Koch, C.C. High hardness in a nanocrystalline Mg97Y2Zm alloy. Mater. Sci. Eng. A 2011. Z badań dotyczących samego procesu mechanicznej syntezy magnezu wynika jednak, iż problematyczne jest uniknięcie osadzania się proszków w dolnej części i na ściankach reaktorów - Carl C. Koch, Ronald O. Scattergood, Khaled M. Youssef, Ethan Chan, Yuntian T. Zhu „Nanostructured materials by mechanical alloying: newresults on property enhancemenf’ Journal of Materials Science 092010, Vol. 45. Takie nagromadzanie się osadów prowadzi w konsekwencji do zachodzenia nierównomiernego procesu mielenia. Znane są sposoby rozwiązania tego problemu poprzez daleko idące modyfikacje młynka - S Hwanga, C Nishimuraa, P.G McCormick Mechanical milling of magnesium powder Materials Science and Engineering: A Vol. 318. Natomiast sposób według wynalazku umożliwia zastosowania standardowych młynków kulowych. W stanie techniki nadto nie odnotowano stosowania procesu mechanicznej syntezy w celu otrzymywania biokompozytów na bazie magnezu z udziałem bioceramiki. Odpowiednie warunki procesu mechanicznej syntezy w oparciu o wyselekcjonowane składniki bionanokompozytu proponowane przez rozwiązanie według wynalazku pozwalają wyeliminować negatywne skutki procesu mechanicznej syntezy magnezu.Composites based on magnesium with hydroxyapatite (HA) bioceramics, such as those described in CN 103074512 A, CN 101156960 B or CN 101524559 A, are known in the prior art. There are also composites based on magnesium with HA and zinc additives CN101797400 A. Composites these are obtained by sintering. A similar process is also described in the patent description CN 101524558 B, in which the composite is obtained on the basis of an alloy of calcium and magnesium with the addition of zinc. There are also known solutions using magnesium alloys with additions of scandium, yttrium, zirconium or rare earth metals US8815148 B2 or DE 102012108089 A1. There are also known attempts to use the mechanical synthesis process to obtain alloys based on magnesium, yttrium and zinc Youssef, K.M .; Wang, Y.B .; Liao, X.Z .; Mathaudhu, S.N .; Kecskes, L.J .; Zhu, Y.T .; Koch, C.C. High hardness in a nanocrystalline Mg97Y2Zm alloy. Mater. Sci. Eng. A 2011. The research on the mechanical synthesis of magnesium itself shows, however, that it is problematic to avoid the deposition of powders in the bottom part and on the walls of the reactors - Carl C. Koch, Ronald O. Scattergood, Khaled M. Youssef, Ethan Chan, Yuntian T. Zhu, "Nanostructured materials by mechanical alloying: newresults on property enhancemenf" Journal of Materials Science 092010, Vol. 45. This accumulation of deposits consequently leads to an uneven grinding process. Methods of solving this problem are known by far-reaching mill modifications - S Hwang, C Nishimuraa, P. G McCormick Mechanical milling of magnesium powder Materials Science and Engineering: A Vol. 318 In contrast, the method of the invention allows the use of standard ball mills. Moreover, the prior art has not reported the use of a mechanical synthesis process for the preparation of magnesium-based biocomposites with the participation of bioceramics. The appropriate conditions of the mechanical synthesis process based on selected components of the bionanocomposite proposed by the solution according to the invention allow to eliminate the negative effects of the mechanical synthesis of magnesium.

Proponowana metoda wytwarzania bionanokompozytów na bazie magnezu pozwala na uzyskanie wyższych właściwości wytrzymałościowych w porównaniu z mikrokrystalicznymi odpowiednikami bez pogorszenia odporności korozyjnej w płynach symulujących środowisko płynów ustrojowych człowieka.The proposed method of producing magnesium-based bionanocomposites allows for higher strength properties compared to microcrystalline counterparts without deterioration of corrosion resistance in fluids simulating the environment of human body fluids.

Proces mechanicznej syntezy może zostać wykorzystany do wytwarzania obiektów charakteryzujących się wielkością ziaren o rozmiarach nanometrów. Polega on na generowaniu dużej liczby defektów struktury krystalicznej w materiałach proszkowych o rozmiarze ziaren rzędu mikrometrów, co przyczynia się do znacznych odkształceń plastycznych, a w konsekwencji do utraty stabilności struktury materiału. Efektem tego jest silne rozdrobnienie materiału i mechanicznie indukowana reakcja pomiędzy wyjściowymi składnikami proszku, co może prowadzić do zmian składu chemicznego materiału. Duże odchylenie od stanu równowagi sięgające do 30 kJ/mol, które ma miejsce w trakcie procesu mechanicznej syntezy pozwala na uzyskanie materiałów niekonwencjonalnych, takich jak silnie przesyconeThe process of mechanical synthesis can be used to produce objects with grain sizes of nanometers. It consists in generating a large number of defects in the crystal structure in powder materials with a grain size of the order of micrometers, which contributes to significant plastic deformations and, consequently, to the loss of material structure stability. The result is a strong fragmentation of the material and a mechanically induced reaction between the starting components of the powder, which can lead to changes in the chemical composition of the material. A large deviation from the equilibrium state, up to 30 kJ / mol, which takes place during the process of mechanical synthesis allows for obtaining unconventional materials, such as highly supersaturated

PL 231 858 B1 roztwory stałe, amorficzne stopy metali, czy też fazy metastabilne. Uzyskanie konwencjonalnymi metodami takich materiałów jest bardzo trudne lub wręcz niemożliwe ze względu na niewielką różnicę energii względem stanu równowagi. Mechaniczną syntezę prowadzi się w wysokoenergetycznych młynach, w których mielone są składniki wyjściowe w postaci proszków o wysokiej czystości. Zmiany składu chemicznego spowodowane są przez przebiegające równolegle procesy kruszenia i stapiania składników proszków.Solid solutions, amorphous metal alloys, or metastable phases. Obtaining such materials by conventional methods is very difficult or even impossible due to the small difference in energy from the equilibrium state. Mechanical synthesis is carried out in high-energy mills in which the starting components are ground in the form of high-purity powders. Changes in the chemical composition are caused by the simultaneous crushing and melting processes of powder components.

Warunki prowadzenia procesu, a także jego parametry są ze sobą ściśle powiązane i mają wpływ na właściwości fizykochemiczne materiału uzyskanego w wyniku mechanicznej syntezy. Czynniki te decydują o wielkości ziarna proszków po procesie, składzie fazowym materiału, przebiegu amorfizacji, a także kinetyce procesu. Główne parametry procesu mechanicznej syntezy stanowią energia mielenia, czas oraz temperatura. Czynniki narzucone przez technologię lub dostępną infrastrukturę, do których można zaliczyć, typ młynka, atmosferę mielenia oraz temperaturę. Wpływu tych czynników nie można rozpatrywać oddzielnie, gdyż są uwarunkowane wspólnymi zależnościami.The conditions of the process and its parameters are closely interrelated and have an impact on the physicochemical properties of the material obtained as a result of mechanical synthesis. These factors determine the grain size of the powders after the process, the phase composition of the material, the course of amorphization, and the kinetics of the process. The main parameters of the mechanical synthesis process are grinding energy, time and temperature. Factors dictated by technology or available infrastructure, which may include the type of grinder, grinding atmosphere and temperature. The influence of these factors cannot be considered separately, as they are conditioned by common dependencies.

Istotę wynalazku stanowi sposób wytwarzania bionanokompozytów na bazie magnezu z udziałem bioceramiki apatytowej, w którym proszki metali o składzie chemicznym:The essence of the invention is a method of producing magnesium-based bionanocomposites with the use of apatite bioceramics, in which metal powders with a chemical composition:

• (1-9,9)% wag. metali biozgodnych, • (0,1-0,5)% wag. cyrkonu lub srebra, • dodatkiem (1 -10)% wag. ceramiki apatytowej • i magnezu jako dopełnienie do 100% wag.• (1-9.9) wt. biocompatible metals, • (0.1-0.5) wt. % zirconium or silver, • addition of (1-10) wt. • apatite • ceramics and magnesium as a complement to 100% by weight.

poddaje się procesowi mechanicznej syntezy w komorze wypełnionej mielnikami przy stosunku masy mielników do masy proszków metali w zakresie (10:40): 1 w atmosferze ochronnej argonu przy kontrolowanej zawartości wody i tlenu na poziomie < 1 ppm w czasie do 24 godzin aż do uzyskania wielkości ziaren proszków metali rzędu 70-80 nm.subjected to the mechanical synthesis process in a chamber filled with grinding media with the ratio of the grinding media mass to the mass of metal powders in the range (10:40): 1 in a protective atmosphere of argon with a controlled water and oxygen content of <1 ppm for up to 24 hours, metal powder grains of the order of 70-80 nm.

Korzystnym jest kiedy jako metale biozgodne stosuje się (3,7-4,3)% wag. itru wraz z (2,4-5,6)% wag. metali ziem rzadkich. Korzystnym rozwiązaniem jest także kiedy jako metale biozgodne stosuje się (0,5-2)% wag. manganu wraz z (0,5-3)% wag. cynku. W sposobie według wynalazku korzystanie jako ceramikę apatytową stosuje się ceramikę hydroksypatytową.It is preferable when (3.7-4.3) wt.% Is used as biocompatible metals. yttrium together with (2.4-5.6) wt. rare earth metals. It is also advantageous when (0.5-2) wt.% Is used as biocompatible metals. % manganese together with (0.5-3) wt. zinc. In the process according to the invention, a hydroxypatite ceramic is used as the apatite ceramic.

Korzystnym rozwiązaniem według wynalazku jest także wytworzenie struktur porowatych (scaffoldowych), kiedy do wytworzonych metodą mechanicznej syntezy bionanokompozytów litych dodaje się porofor w postaci cząstek wodorowęglanu amonu (NH4HCO3), a następnie poddaje się procesom konsolidacji i spiekania dwuetapowego: pierwszy etap prowadzony jest w temperaturach (150-250)°C korzystnie 190°C celem usunięcia środka porotwórczego. W drugim etapie prowadzonym w temperaturach (440-600)°C korzystnie 550°C celem utrwalenia struktury materiału.A preferred solution according to the invention is also the production of porous (scaffold) structures, when the blowing agent in the form of ammonium bicarbonate particles (NH4HCO3) is added to the solid bionanocomposites produced by the mechanical synthesis, and then subjected to two-stage consolidation and sintering processes: the first stage is carried out at temperatures ( 150-250) ° C, preferably 190 ° C to remove the blowing agent. In a second step carried out at temperatures (440-600) ° C, preferably 550 ° C, in order to fix the structure of the material.

Dzięki wykorzystaniu sposobu według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:Thanks to the method according to the invention, the following technical and operational effects were obtained:

• możliwość zastosowania bionanokompozytów do produkcji precyzyjnych biodegradowalnych implantów przeznaczonych do zastosowań w ortopedii i chirurgii naczyniowej ;• the possibility of using bionanocomposites for the production of precise biodegradable implants intended for applications in orthopedics and vascular surgery;

• uzyskanie materiałów o właściwościach przewyższających ich konwencjonalne odpowiedniki, co pozwala na jeszcze lepsze dopasowanie właściwości mechanicznych bionanokompozytów do właściwości zastępowanych tkanek;• obtaining materials with properties that exceed their conventional counterparts, which allows for an even better adjustment of the mechanical properties of bionanocomposites to the properties of the replaced tissues;

• wytworzenie struktur porowatych pozwoli na lepszą integrację implantu z tkankami oraz zbliżenie właściwości mechanicznych biomateriałów do tkanek.• the production of porous structures will enable better integration of the implant with tissues and the approximation of the mechanical properties of biomaterials to tissues.

• możliwość uzyskania metodą mechanicznej syntezy materiałów na bazie magnezu z nanostrukturą charakteryzujące się trzykrotnie wyższą twardością w porównaniu z mikrokrystalicznym magnezem.• the possibility of obtaining materials based on magnesium with a nanostructure by mechanical synthesis, characterized by three times higher hardness compared to microcrystalline magnesium.

Wynalazek w przykładzie wykonania przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia dyfraktogramy rentgenowskie a) mieszaniny proszków wyjściowych, b) dyfraktogram rentgenowski nanokrystalicznego bionanokompozytu Mg87.7-Zn1-Mn1-Zr0.3-10% wag.HA, fig. 2 przedstawia mikrotwardość otrzymanego nanokompozytu w porównaniu z mikrotwardością mikrokrystalicznego magnezu, fig. 3 przedstawia zdjęcie ziaren nanokompozytu wykonanego za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM), fig. 4 przedstawia morfologię wytworzonych porowatych struktur, zdjęcie wykonano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). W tabeli 1 przedstawiono wyniki prób korozyjnych przeprowadzonych w płynie Ringera.The invention, in an exemplary embodiment, is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows X-ray diffraction patterns of a) a mixture of starting powders, b) X-ray diffraction pattern of nanocrystalline bionanocomposite Mg87.7-Zn1-Mn1-Zr0.3-10 wt% HA, Fig. 2 shows the microhardness of the obtained nanocomposite in comparison with the microhardness of microcrystalline magnesium, Fig. 3 shows a photo of nanocomposite grains made with a Transmission Electron Microscope (TEM), Fig. 4 shows the morphology of the porous structures produced, the photo was taken using a Scanning Electron Microscope (SEM). Table 1 shows the results of the corrosion tests carried out in Ringer's fluid.

Proces mechanicznej syntezy przeprowadzono w młynku typu SPEX 8000M Mixer Mill. Reaktor, w którym przeprowadzono proces mechanicznej syntezy oraz mielniki zostały wykonane ze stali łożyskowej 100Cr6 (ŁH15) o twardości ok. 63 HRC. Do syntezy wykorzystano mielniki o średnicy 10 mm,The mechanical synthesis process was carried out in a SPEX 8000M Mixer Mill. The reactor in which the mechanical synthesis process was carried out and the grinding media were made of 100Cr6 (ŁH15) bearing steel with a hardness of approx. 63 HRC. 10 mm diameter grinding media were used for the synthesis,

PL 231 858 Β1 masa - 42 g, stosunek masy mielników do masy proszku wynosił 20:1, temperatura pracy młynka ok. 23°C. Materiały wyjściowe do syntezy stanowiły proszki metali w ilości: 1% wag. manganu, 1% wag. cynku, 0,3% wag. cyrkonu z dodatkiem 10% wag. hydroksyapatytu i magnezu jako dopełnienie do 100% wag. Bionanokompozyt na bazie stopu magnezu typu WE43 przygotowano z wyjściowych proszków metali w ilości: 4% wag. itru, 5,5% wag. dysprozu, 0,5% wag. cyrkonu z dodatkiem 5% wag. hydroksyapatytu. Ze względu na łatwość utleniania się czystych proszków metali proces mechanicznej syntezy prowadzono w atmosferze ochronnej argonu przy kontrolowanej zawartości wody i tlenu na poziomie < 1 ppm. Proces mielenia w młynie zachodził dzięki wprawianiu komory reaktora wypełnionej mielnikami w ruch drgający o częstotliwości 800 drgań/min. Otrzymany w wyniku mechanicznej syntezy materiał Mg87 7-Zni-Mm-Zro3-1O% wag.HA krystalizował w układzie heksagonalnym zwartym (a=0,31971 nm, c=0,51979 nm).PL 231 858 Β1 mass - 42 g, the ratio of grinding media mass to powder mass was 20: 1, and the grinding temperature was approx. 23 ° C. The starting materials for the synthesis were metal powders in the amount of: 1 wt. % manganese, 1 wt. % zinc, 0.3 wt.%. zirconium with the addition of 10 wt. of hydroxyapatite and magnesium as a balance to 100% by weight. Bionanocomposite based on WE43 magnesium alloy was prepared from starting metal powders in the amount of: 4 wt. % yttrium, 5.5 wt. dysprosium, 0.5 wt. zirconium with the addition of 5 wt. hydroxyapatite. Due to the ease of oxidation of pure metal powders, the mechanical synthesis process was carried out in a protective argon atmosphere with a controlled water and oxygen content of <1 ppm. The grinding process in the mill was carried out by setting the reactor chamber filled with grinding media to vibrate at a frequency of 800 vibrations / min. The material Mg87 7-Zni-Mm-Zro3-1O wt.% HA obtained as a result of mechanical synthesis crystallized in a hexagonal compact system (a = 0.31971 nm, c = 0.51979 nm).

Badaniom zostały poddane kompozyty o różnym udziale wagowym bioceramiki hydroksyapatytowej. Do identyfikacji faz wykorzystano metodę rentgenograficzną w połączeniu z transmisyjną mikroskopią elektronową TEM oraz skaningową mikroskopią elektronową z użyciem mikroanalizy rentgenowskiej EDX. Mikrotwardość wyznaczono za pomocą metody Vickersa. Parametry odporności korozyjnej, takie jak: gęstość prądu korozyjnego Ikor, potencjał korozyjny Ekor czy szybkość korozji wyznaczono metodą potencjodynamiczną w roztworze Ringera o składzie: chlorek sodu (9,00 g/l), chlorek potasu (0,42 g/l), chlorek wapnia (0,48 g/l) i kwaśny węglan wapnia (0,20 g/l).Composites with different weight fractions of hydroxyapatite bioceramics were tested. The X-ray method in combination with transmission electron microscopy TEM and scanning electron microscopy using EDX X-ray microanalysis were used to identify the phases. The microhardness was determined using the Vickers method. Corrosion resistance parameters, such as: the IKor corrosion current density, the Ekor corrosion potential or the corrosion rate were determined by the potentiodynamic method in Ringer's solution composed of: sodium chloride (9.00 g / l), potassium chloride (0.42 g / l), chloride calcium (0.48 g / l) and calcium bicarbonate (0.20 g / l).

Właściwości otrzymanych nanokompozytów porównano z właściwościami mikrokrystalicznego magnezu. Nanokompozyt na bazie stopu typu WE43 z dodatkiem 5% wag. hydroksyapatytu osiągnął mikrotwardość HVo3 = 107, z kolei nanokompozyt Mge7 7-Zni-Mni-Zro3-1O% wag. HA charakteryzował się trzykrotnie większą mikrotwardością (HVo3= 150) w porównaniu z mikrokrystalicznym magnezem (HVo3 = 50). Wyniki badań korozyjnych otrzymanego nanokompozytów na bazie stopu typu WE43 z dodatkiem 5% wag. hydroksyapatytu i Mge7 7-Zni-Mni-Zro3-1O% wag.HA oraz mikrokrystalicznego magnezu zestawiono w Tabeli 1. Potencjał korozyjny dla nanokompozytu jest wyższy niż dla czystego magnezu, jednocześnie gęstość prądu korozyjnego jest wyższa w porównaniu z czystym mikrokrystalicznym magnezem. Obliczona szybkość korozji dla nanokompozytu Mge7 7-Zni-Mni-Zro3-1O% wag.HA wyniosła 9,6025 mm/rok (dla czystego magnezu szybkość korozji wyniosła 3,0575 mm/rok).The properties of the obtained nanocomposites were compared with those of microcrystalline magnesium. Nanocomposite based on WE43 alloy with the addition of 5 wt. % of hydroxyapatite reached the microhardness HVo3 = 107, while the nanocomposite Mge7 7-Zni-Mni-Zro3-1O wt.%. HA was characterized by three times higher microhardness (HVo3 = 150) compared to microcrystalline magnesium (HVo3 = 50). The results of corrosion tests of the obtained nanocomposites based on the WE43 alloy with the addition of 5 wt. Hydroxyapatite and Mge7 7-Zni-Mni-Zro3-1O wt.% HA and microcrystalline magnesium are summarized in Table 1. The corrosive potential of the nanocomposite is higher than that of pure magnesium, while the corrosion current density is higher compared to pure microcrystalline magnesium. The calculated corrosion rate for the Mge7 7-Zni-Mni-Zro3-1O nanocomposite by weight% HA was 9.6025 mm / year (for pure magnesium, the corrosion rate was 3.0575 mm / year).

Tabela 1Table 1

Skład chemiczny Chemical composition ^Ekor ^E cor ^kor ^ cor Szybkość korozji Corrosion rate [V] [V] [A/cm²][A / cm ² ] [mm/rok] [mm / year] Mg87.7-Znl-Mnl-Zi0.3-10%wag.HA Mg87.7-Znl-Mnl-Zi 0.3-10 wt% HA -1,5477 -1.5477 5,17x10'⁴ 5.17x10 ' ⁴ 9,6025 9.6025 WE43-5% wag. HA WE43-5 wt.% HA -1,5509 -1.5509 3,63x10’⁴ 3.63x10 ' ⁴ 4,4284 4.4284 Mg mikrokrystaliczny Microcrystalline Mg -1,6601 -1.6601 2,54x10’⁴ 2.54x10 ' ⁴ 3,0575 3.0575

Bionanokompozyt wytworzony sposobem według wynalazku może znaleźć zastosowanie do wytwarzania biodegradowalnych biomateriałów na bazie magnezu. Możliwe jest również wykorzystanie uzyskanych porowatych struktur na bazie bionanokompozytów w filtrach.The bionanocomposite produced by the method according to the invention can be used for the production of magnesium-based biodegradable biomaterials. It is also possible to use the obtained porous structures based on bionanocomposites in filters.

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Sposób otrzymywania bionanokompozytów na bazie magnezu z udziałem bioceramiki apatytowej, znamienny tym, że proszki metali o składzie chemicznym: (1-9,9)% wag. metali biozgodnych, (0,1-0,5)% wag. cyrkonu lub srebra, a także dodatkiem (1-10)% wag. ceramiki apatytowej i magnezu jako dopełnienie do 100% wag. poddaje się procesowi mechanicznej syntezy w komorze wypełnionej mielnikami przy stosunku masy mielników do masy proszków1. The method of obtaining magnesium-based bionanocomposites with apatite bioceramics, characterized in that metal powders with a chemical composition: (1-9.9) wt. biocompatible metals, (0.1-0.5) wt. % zirconium or silver, as well as the addition of (1-10) wt. of apatite ceramics and magnesium as a complement to 100% by weight. is subjected to the process of mechanical synthesis in a chamber filled with grinding media with the ratio of grinding media mass to powders mass PL 231 858 Β1 metali w zakresie (1 Ο-ξ-40): 1 w atmosferze ochronnej argonu przy kontrolowanej zawartości wody i tlenu na poziomie < 1 ppm w czasie do 24 godzin aż do uzyskania wielkości ziaren proszków metali rzędu 70-80 nm.PL 231 858 Β1 metals in the range (1 Ο-ξ-40): 1 in a protective atmosphere of argon with a controlled water and oxygen content of <1 ppm for up to 24 hours until the grain size of metal powders is 70-80 nm. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metale biozgodne stosuje się (3,7-4,3)% wag. itru wraz z (2,4-5,6)% wag. metali ziem rzadkich.2. The method according to p. The process of claim 1, wherein the biocompatible metals are (3.7-4.3) wt. yttrium together with (2.4-5.6) wt. rare earth metals. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metale biozgodne stosuje się (0,5-2)% wag. manganu wraz z (0,5-3)% wag. cynku.3. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that (0.5-2) wt.% Is used as biocompatible metals. % manganese together with (0.5-3) wt. zinc. 4. Sposób według zastrz. 1, 2 lub 3, znamienny tym, że jako ceramikę apatytową stosuje się ceramikę hydroksyapatytową.4. The method according to p. The process of claim 1, 2 or 3, characterized in that a hydroxyapatite ceramic is used as the apatite ceramic. 5. Sposób według zastrz. 1,2, 3 lub 4 znamienny tym, że do wytworzonych metodą mechanicznej syntezy bionanokompozytów litych dodaje się porofor w postaci cząstek wodorowęglanu amonu (NH4HCO3) o porowatości rzędu (30-70)%, następnie poddaje je się procesom konsolidacji i spiekania dwuetapowego, przy czym pierwszy etap prowadzony jest w temperaturach (150-250)°C korzystnie 190°C, a drugi temperaturach (440-600)°C, korzystnie 550°C.5. The method according to p. 1, 2, 3 or 4, characterized in that the blowing agent in the form of ammonium bicarbonate (NH4HCO3) particles with a porosity of (30-70)% is added to the solid bionanocomposites produced by mechanical synthesis, and then subjected to consolidation and two-stage sintering processes, the first stage is carried out at temperatures of (150-250) ° C preferably 190 ° C, and the second stage at temperatures (440-600) ° C, preferably 550 ° C.