RU2395476C1 - Method of preparing porous hydroxyapatite granules - Google Patents
Method of preparing porous hydroxyapatite granules Download PDFInfo
- Publication number
- RU2395476C1 RU2395476C1 RU2009118425/03A RU2009118425A RU2395476C1 RU 2395476 C1 RU2395476 C1 RU 2395476C1 RU 2009118425/03 A RU2009118425/03 A RU 2009118425/03A RU 2009118425 A RU2009118425 A RU 2009118425A RU 2395476 C1 RU2395476 C1 RU 2395476C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- granules
- hydroxyapatite
- powder
- size
- hours
- Prior art date
Links
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области керамических материалов для медицины, а именно к травматологии и реконструктивно-восстановительной хирургии, стоматологии и к системе доставки лекарственных препаратов.The invention relates to the field of ceramic materials for medicine, namely to traumatology and reconstructive surgery, dentistry and to a drug delivery system.
Известен способ изготовления гранул гидроксиапатита (ГА) (патент РФ № 2299869, С04В 35/447, 35/626, A61L 27/12, опубл. 2007.05.27.), заключающийся в предварительном синтезировании порошка фосфата кальция с соотношением Са/Р от 1,5 до 1,67, приготовлении суспензии с 10%-ным раствором желатина на 1 г порошка при температуре раствора 10-39°С, суспензию ГА в водном растворе желатина диспергировали в нейтральной жидкой среде растительного масла, перемешивали смесь лопастной мешалкой со скоростью вращения 100-1500 об/мин. Под действием сил поверхностного натяжения образовывались гранулы сферической формы, которые промывали, сушили и подвергали термической обработке при температуре 900-1250°С. В результате получают пористые сферические гранулы с регулируемым размером и открытой пористостью 20-80 об.%.A known method of manufacturing granules of hydroxyapatite (HA) (RF patent No. 2299869, СВВ 35/447, 35/626, A61L 27/12, publ. 2007.05.27.), Which consists in the preliminary synthesis of calcium phosphate powder with a ratio of Ca / P from 1 , 5 to 1.67, preparing a suspension with a 10% gelatin solution per 1 g of powder at a solution temperature of 10-39 ° С, a suspension of HA in an aqueous gelatin solution was dispersed in a neutral liquid medium of vegetable oil, the mixture was stirred with a paddle mixer with a rotation speed 100-1500 rpm Under the influence of surface tension, spherical granules were formed, which were washed, dried and subjected to heat treatment at a temperature of 900-1250 ° C. The result is porous spherical granules with an adjustable size and open porosity of 20-80 vol.%.
Недостатком известного изобретения является получение гранул, размеры которых зависят от сил поверхностного натяжения в среде растительного масла и ограничены их величиной. Кроме того, для изготовления гранул гидроксиапатита используется искусственный ГА, для получения которого необходимо провести его синтез.A disadvantage of the known invention is the production of granules, the sizes of which depend on the surface tension forces in the medium of vegetable oil and are limited by their size. In addition, artificial HA is used for the manufacture of hydroxyapatite granules, for the preparation of which it is necessary to synthesize it.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления гидроксиапатитовой керамики с бимодальным распределением пор (патент РФ №2303580, С04В 35/447, A61L 27/12, опубл. 2007.07.27.), заключающийся в изготовлении сферических гранул диаметром 400-600 мкм, содержащих порошок гидроксиапатита и желатин методом с использованием эффекта несмешивающихся жидкостей, прессовании сферических гранул под давлением 10-100 МПа и термической обработке при температурах 900-1250°С с выдержкой от 30 до 300 мин. В результате получают керамику с бимодальным распределением пор в суммарном количестве от 41 до 70 об.%.Closest to the proposed invention is a method for the manufacture of hydroxyapatite ceramics with a bimodal pore distribution (RF patent No. 2303580, С04В 35/447, A61L 27/12, publ. 2007.07.27.), Which consists in the manufacture of spherical granules with a diameter of 400-600 microns, containing hydroxyapatite powder and gelatin by the method using the effect of immiscible liquids, pressing spherical granules under a pressure of 10-100 MPa and heat treatment at temperatures of 900-1250 ° C with a holding time of 30 to 300 minutes. The result is ceramics with a bimodal pore distribution in a total amount of from 41 to 70 vol.%.
Недостатком известного изобретения является то, что гранулы, получаемые методом диспергирования жидкости в свободный объем (в масло), имеют определенные размеры. Кроме того, необходимо отфильтровывать и затем отмывать гранулы от масла. В данном изобретении используется искусственный (синтетический) гидроксиапатит.A disadvantage of the known invention is that the granules obtained by dispersing a liquid into a free volume (into oil) have certain sizes. In addition, it is necessary to filter and then wash the granules from the oil. The present invention uses artificial (synthetic) hydroxyapatite.
Задачей предлагаемого изобретения является получение гранул из гидроксиапатита естественного происхождения, размеры которых можно задавать заранее в широком диапазоне. Использование гидроксиапатита естественного происхождения повышает его биосовместимость с живым организмом.The objective of the invention is to obtain granules of hydroxyapatite of natural origin, the sizes of which can be set in advance in a wide range. The use of hydroxyapatite of natural origin increases its biocompatibility with a living organism.
Технический результат предлагаемого изобретения - гранулированный порошок гидроксиапатита естественного происхождения с заданным размером гранул в широком диапазоне от 0,1 мм до 2 мм, которые содержат сообщающиеся между собой внутригранульные поры размером 100-350 мкм в количестве от 50 до 70 об.%.The technical result of the invention is a granular powder of natural hydroxyapatite with a given granule size in a wide range from 0.1 mm to 2 mm, which contain intergranular pores of 100-350 microns in size in an amount of 50 to 70 vol.% Communicating with each other.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления пористых гидроксиапатитовых гранул, содержащих сообщающиеся между собой внутригранульные поры, заключающийся в формировании гранул с последующей термической обработкой гранулы формируют экструзией пластичной массы, содержащей 1 в.ч. парафина и 3 в.ч. порошка гидроксиапатита, полученного из естественного костного биоматериала, отжигом при температуре 950-1000°С и последующим его измельчением до получения частиц порошка размером не более 35 мкм, затем полученные гранулы подвергают термообработке при температуре 750-800°С.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing porous hydroxyapatite granules containing intergranular pores interconnected, consisting in the formation of granules with subsequent heat treatment, the granules are formed by extrusion of a plastic mass containing 1 parts by weight paraffin and 3 parts by weight hydroxyapatite powder obtained from natural bone biomaterial by annealing at a temperature of 950-1000 ° C and its subsequent grinding to obtain powder particles with a size of not more than 35 microns, then the obtained granules are subjected to heat treatment at a temperature of 750-800 ° C.
Для приготовления пластичной массы используют парафин, нагретый до температуры плавления 50-55°СTo prepare the plastic mass, paraffin is used, heated to a melting point of 50-55 ° C
Измельчение костного биоматериала проводят в шаровой мельнице в течение 45-50 часов.Grinding of bone biomaterial is carried out in a ball mill for 45-50 hours.
Экструдирование пластичной массы проводят через матрицы с размером ячеек 800-2000 мкм.Extruding the plastic mass is carried out through a matrix with a mesh size of 800-2000 microns.
Термообработку гранул проводят в течение 1-2 часаHeat treatment of granules is carried out within 1-2 hours
Гранулы содержат сообщающиеся поры размером 100-350 мкм в количестве от 50 до 70 об.%.Granules contain interconnected pores with a size of 100-350 microns in an amount of from 50 to 70 vol.%.
Основные требования, предъявляемые к материалам медицинского назначения, - это их биосовместимость и наличие в нем сообщающихся между собой пор со средним размером преимущественно 100-350 мкм, которые не препятствуют обязательному прониканию клеток крови к контактным поверхностям костной ткани с последующим ее прорастанием [И.Ф.Образцов, И.С.Адамович и др. Проблемы прочности в биомеханике. - М.: Высш.шк., 1988. - 311 с.].The main requirements for medical supplies are their biocompatibility and the presence of interconnected pores with an average size of mainly 100-350 microns, which do not impede the mandatory penetration of blood cells to the contact surfaces of bone tissue with its subsequent germination [I.F . Obraztsov, IS Adamovich and others. Problems of strength in biomechanics. - M .: Higher school, 1988. - 311 p.].
На основании многочисленных исследований по применению в медицине керамических материалов установлено, что гидроксиапатит относится к классу биоактивных материалов с поверхностно-активными свойствами и высокой биосовместимостью. Наиболее удобной формой для применения являются гранулы. Гранулирование проводится с целью улучшения технологических свойств порошка, сыпучести, текучести, предотвращения слипания, расслаивания формованных изделий, повышения насыпной плотности порошков, облегчает погрузку и транспортирование.Based on numerous studies on the use of ceramic materials in medicine, it has been established that hydroxyapatite belongs to the class of bioactive materials with surface-active properties and high biocompatibility. The most convenient form for use are granules. Granulation is carried out in order to improve the technological properties of the powder, flowability, fluidity, prevent sticking, delamination of molded products, increase the bulk density of the powders, facilitates loading and transportation.
Производство гранул из синтезированного гидроксиапатита в настоящее время достаточно хорошо освоено в широких масштабах. Получение гранул из гидроксиапатита естественного происхождения предполагает повысить биосовместимость.The production of granules from synthesized hydroxyapatite is currently quite well mastered on a large scale. Obtaining granules from natural hydroxyapatite suggests increasing biocompatibility.
Для этого готовился порошок Са5(PO4)3ОН из биоматериала, представляющего собой кости крупно-рогатого скота, который подвергался отжигу с целью удаления органической составляющей при температуре 950-1000°С.For this, Ca 5 (PO 4 ) 3 OH powder was prepared from a biomaterial representing cattle bones, which was annealed in order to remove the organic component at a temperature of 950-1000 ° С.
Это температура достаточна для полного удаления органической составляющей и полной кристаллизации аморфных форм кальцийфосфатных соединений.This temperature is sufficient to completely remove the organic component and complete crystallization of amorphous forms of calcium phosphate compounds.
Затем отожженный биоматериал размалывался в течение 45-50 часов в шаровой мельнице до получения частиц размером не более 35 мкм. Такой размер частиц порошка оптимален для последующей активации процесса грануляции.Then, the annealed biomaterial was ground for 45-50 hours in a ball mill to obtain particles no larger than 35 microns in size. This particle size of the powder is optimal for subsequent activation of the granulation process.
Для получения пластичной массы в 3 в.ч. отожженного полученного порошка гидроксиапатита естественного происхождения вводится нагретый до температуры плавления (55°С) 1 в.ч. парафина.To obtain a plastic mass of 3 parts by weight annealed obtained natural hydroxyapatite powder of natural origin is introduced heated to a melting point (55 ° C) of 1 hour paraffin wax.
Такое соотношение компонентов необходимо для оптимальной консолидации частиц порошка для формирования пористых гидроксиапатитовых гранул при термообработке, а также получения гидроксиапатитовых гранул, содержащих сообщающиеся между собой внутригранульные поры в необходимом количестве и определенных размеров.Such a ratio of components is necessary for optimal consolidation of powder particles for the formation of porous hydroxyapatite granules during heat treatment, as well as the production of hydroxyapatite granules containing interconnected intragranular pores in the required quantity and certain sizes.
Далее экструдирование пластичной массы проводят через матрицу, размер ячеек которой выбирается в зависимости от требуемых размеров готовых гранул с учетом усадки в процессе отжига.Next, the extrusion of the plastic mass is carried out through a matrix, the cell size of which is selected depending on the required size of the finished granules, taking into account shrinkage during the annealing.
С целью удаления парафина, консолидации частиц порошка и обеспечения механических свойств гранул проводят термообработку в печи при температуре 750-800°С с изостатической выдержкой в течение 1-2 часа.In order to remove paraffin, consolidate powder particles and ensure the mechanical properties of the granules, heat treatment is carried out in an oven at a temperature of 750-800 ° C with an isostatic exposure for 1-2 hours.
Выбранная температура необходима и достаточна, кроме того, и для формирования порового пространства в гранулах.The selected temperature is necessary and sufficient, in addition, for the formation of pore space in the granules.
Сформированное поровое пространство в гранулах обеспечивает беспрепятственное обязательное проникание клеток крови к контактным поверхностям костной ткани с последующим ее прорастанием.The formed pore space in the granules provides unobstructed mandatory penetration of blood cells to the contact surfaces of bone tissue with its subsequent germination.
Полученные гидроксиапатитовые гранулы содержат сообщающиеся между собой внутригранульные поры размером 100-350 мкм в количестве от 50 до 70 об.%. Оценка размеров пор и их количества проводилась методом хорд, получаемых пересечением поверхности шлифа случайными секущими согласно ГОСТ-5639-82.The obtained hydroxyapatite granules contain intergranular pores interconnected with a size of 100-350 microns in an amount of from 50 to 70 vol.%. Evaluation of pore sizes and their number was carried out by the method of chords obtained by crossing the surface of a thin section with random secants according to GOST-5639-82.
Пример 1.Example 1
Биоматериал естественного происхождения подвергают термообработке при температуре 950°С. Затем размалывают в шаровой мельнице 50 часов. Полученный гидроксиапатит естественного происхождения взвешивают в количестве 300 г (3 в.ч.). Парафин в количестве 100 г (1 в.ч.) расплавляют при температуре 50°С и смешивают с порошком гидроксиапатита. Экструзией пластичной массы через матрицу с размером ячеек 800 мкм получают гранулы. Затем гранулы спекают при температуре 800°С в течение 2 часов.Natural biomaterial is subjected to heat treatment at a temperature of 950 ° C. Then grind in a ball mill for 50 hours. The resulting hydroxyapatite of natural origin is weighed in an amount of 300 g (3 parts by weight). Paraffin in an amount of 100 g (1 part by weight) is melted at a temperature of 50 ° C and mixed with hydroxyapatite powder. By extrusion of a plastic mass through a matrix with a mesh size of 800 μm, granules are obtained. Then the granules are sintered at a temperature of 800 ° C for 2 hours.
Пример 2.Example 2
Биоматериал естественного происхождения подвергают термообработке при температуре 1000°С. Затем размалывают в шаровой мельнице 45 часов. Полученный гидроксиапатит естественного происхождения взвешивают в количестве 450 г (3 в.ч.). Парафин в количестве 150 г (1 в.ч.) расплавляют при температуре 55°С и смешивают с порошком гидроксиапатита. Экструзией пластичной массы через матрицу с размером ячеек 2000 мкм получают гранулы. Затем гранулы спекают при температуре 750°С в течение 1 часа.Natural biomaterial is subjected to heat treatment at a temperature of 1000 ° C. Then grind in a ball mill for 45 hours. The resulting hydroxyapatite of natural origin is weighed in an amount of 450 g (3 parts by weight). Paraffin in an amount of 150 g (1 part by weight) is melted at a temperature of 55 ° C and mixed with hydroxyapatite powder. By extrusion of a plastic mass through a matrix with a mesh size of 2000 μm, granules are obtained. Then the granules are sintered at a temperature of 750 ° C for 1 hour.
Пример 3.Example 3
Биоматериал естественного происхождения подвергают термообработке при температуре 980°С. Затем размалывают в шаровой мельнице 48 часов. Полученный гидроксиапатит естественного происхождения взвешивают в количестве 1500 г (3 в.ч.). Парафин в количестве 500 г (1 в.ч.) расплавляют при температуре 53°С и смешивают с порошком гидроксиапатита. Экструзией пластичной массы через матрицу с размером ячеек 1000 мкм получают гранулы. Затем гранулы спекают при температуре 780°С в течение 1,5 часа.Natural biomaterial is subjected to heat treatment at a temperature of 980 ° C. Then grind in a ball mill for 48 hours. The obtained hydroxyapatite of natural origin is weighed in an amount of 1500 g (3 parts by weight). Paraffin in an amount of 500 g (1 part by weight) is melted at a temperature of 53 ° C and mixed with hydroxyapatite powder. By extrusion of a plastic mass through a matrix with a mesh size of 1000 μm, granules are obtained. Then the granules are sintered at a temperature of 780 ° C for 1.5 hours.
Полученные гидроксиапатитовые гранулы содержат взаимопроникающие поры размером 100-350 мкм в количестве от 50 до 70 об.%.The obtained hydroxyapatite granules contain interpenetrating pores with a size of 100-350 μm in an amount of from 50 to 70 vol.%.
Полученные пористые гидроксиапатитовые гранулы, во-первых, биологически совместимы - нетоксичны и не отторгаемы организмом, что доказывают проведенными in vivo и in vitro испытаниями; во-вторых, образовывают непосредственную связь с костной тканью и индуцируют процессы ее образования. Кроме того, гранулы сохраняют свои функциональные качества определенный период времени: не подвергаются резорбции (растворению) в организме, не изменяют существенно свою структуру и механические свойства.The obtained porous hydroxyapatite granules, firstly, are biocompatible - non-toxic and not rejected by the body, as evidenced by in vivo and in vitro tests; secondly, they form a direct connection with bone tissue and induce the processes of its formation. In addition, the granules retain their functional qualities for a certain period of time: they do not undergo resorption (dissolution) in the body, and they do not substantially change their structure and mechanical properties.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118425/03A RU2395476C1 (en) | 2009-05-15 | 2009-05-15 | Method of preparing porous hydroxyapatite granules |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118425/03A RU2395476C1 (en) | 2009-05-15 | 2009-05-15 | Method of preparing porous hydroxyapatite granules |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2395476C1 true RU2395476C1 (en) | 2010-07-27 |
Family
ID=42698024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009118425/03A RU2395476C1 (en) | 2009-05-15 | 2009-05-15 | Method of preparing porous hydroxyapatite granules |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2395476C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2565743C2 (en) * | 2013-06-24 | 2015-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "НЭВЗ-Н" | Implant for bone defect elimination |
| WO2015196306A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-30 | Mathys Ag Bettlach | Method for producing porous calcium deficient hydroxyapatite granules |
| EA025434B1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-12-30 | Общество с ограниченной ответственностью "НЭВЗ-Н" | Surgical implant for osteosynthesis |
-
2009
- 2009-05-15 RU RU2009118425/03A patent/RU2395476C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2565743C2 (en) * | 2013-06-24 | 2015-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "НЭВЗ-Н" | Implant for bone defect elimination |
| WO2015196306A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-30 | Mathys Ag Bettlach | Method for producing porous calcium deficient hydroxyapatite granules |
| WO2015196309A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-30 | Mathys Ag Bettlach | Method for producing porous calcium deficient hydroxyapatite granules |
| JP2017521350A (en) * | 2014-06-23 | 2017-08-03 | マティス アクチェンゲゼルシャフト ベットラッハ | Method for producing porous calcium deficient hydroxyapatite granules |
| CN107428533A (en) * | 2014-06-23 | 2017-12-01 | 马泰斯贝特拉驰股份公司 | Method for preparing porous poor calcium hydroxy apatite particle |
| CN107428534A (en) * | 2014-06-23 | 2017-12-01 | 马泰斯贝特拉驰股份公司 | Method for preparing porous poor calcium hydroxy apatite particle |
| US10131543B2 (en) | 2014-06-23 | 2018-11-20 | Bioventus, LLC. | Method for producing porous calcium deficient hydroxyapatite granules |
| US10150672B2 (en) | 2014-06-23 | 2018-12-11 | Bioventus, LLC. | Porous calcium deficient hydroxyapatite granules |
| US10807869B2 (en) | 2014-06-23 | 2020-10-20 | Mathys Ag Bettlach | Method for producing porous calcium deficient hydroxyapatite granules |
| US11377352B2 (en) | 2014-06-23 | 2022-07-05 | Bioventus, Llc | Method for producing porous calcium deficient hydroxyapatite granules |
| EA025434B1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-12-30 | Общество с ограниченной ответственностью "НЭВЗ-Н" | Surgical implant for osteosynthesis |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sun et al. | 3D printed calcium phosphate scaffolds with controlled release of osteogenic drugs for bone regeneration | |
| Mondal et al. | Nano-hydroxyapatite bioactive glass composite scaffold with enhanced mechanical and biological performance for tissue engineering application | |
| Sánchez-Salcedo et al. | Hydroxyapatite/β-tricalcium phosphate/agarose macroporous scaffolds for bone tissue engineering | |
| Sundaram et al. | Porous scaffold of gelatin–starch with nanohydroxyapatite composite processed via novel microwave vacuum drying | |
| Li et al. | Fabrication and properties of Ca-P bioceramic spherical granules with interconnected porous structure | |
| Hong et al. | Drug-loaded porous spherical hydroxyapatite granules for bone regeneration | |
| Sohrabi et al. | Development of injectable biocomposites from hyaluronic acid and bioactive glass nano-particles obtained from different sol–gel routes | |
| KR100650453B1 (en) | Composite materials for bone defect filling and bone replacement | |
| KR100807108B1 (en) | Preparation method of porous ?-tricalcium phosphate granules | |
| CN103908696B (en) | Composite material for osteorrhaphy | |
| CN104922731A (en) | Compound bone cement precursor as well as preparation method and application of strontium borate bioglass/polymethyl methacrylate compound bone cement | |
| Peng et al. | A novel porous bioceramics scaffold by accumulating hydroxyapatite spherules for large bone tissue engineering in vivo. I. Preparation and characterization of scaffold | |
| Dash et al. | Gel casting of hydroxyapatite with naphthalene as pore former | |
| Méndez et al. | Injectable self-curing bioactive acrylic-glass composites charged with specific anti-inflammatory/analgesic agent | |
| Wang et al. | Preparation and properties of calcium sulfate bone cement incorporated with silk fibroin and Sema3A-loaded chitosan microspheres | |
| Dreanca et al. | Bioactive glass-biopolymers‑gold nanoparticle based composites for tissue engineering applications | |
| Raja et al. | Multifunctional calcium-deficient hydroxyl apatite–alginate core–shell-structured bone substitutes as cell and drug delivery vehicles for bone tissue regeneration | |
| Perumal et al. | Influence of magnesium particles and Pluronic F127 on compressive strength and cytocompatibility of nanocomposite injectable and moldable beads for bone regeneration | |
| Zhang et al. | Digital light processing of β-tricalcium phosphate bioceramic scaffolds with controllable porous structures for patient specific craniomaxillofacial bone reconstruction | |
| KR20090112760A (en) | Method for preparing a composite material, resulting material and use thereof | |
| RU2395476C1 (en) | Method of preparing porous hydroxyapatite granules | |
| Thürmer et al. | Development of Dual‐Setting Calcium Phosphate Cement Using Absorbable Polymer | |
| TW202112404A (en) | Collagen matrix or granulate blend of bone substitute material | |
| TW201427728A (en) | Method for producing a porous calcium polyphosphate structure | |
| Swain | Processing of porous hydroxyapatite scaffold |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190516 |