RU2502525C2 - Brushite water cement (versions) - Google Patents
Brushite water cement (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2502525C2 RU2502525C2 RU2012109351/15A RU2012109351A RU2502525C2 RU 2502525 C2 RU2502525 C2 RU 2502525C2 RU 2012109351/15 A RU2012109351/15 A RU 2012109351/15A RU 2012109351 A RU2012109351 A RU 2012109351A RU 2502525 C2 RU2502525 C2 RU 2502525C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cement
- tricalcium phosphate
- brushite
- phosphate
- calcium carbonate
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине, а именно, к остеопластической хирургии, стоматологии. Материал предназначен для восстановления костных тканей после онкологических и челюстно-лицевых операций, а также лечения различных дефектов костных тканей травматического генеза.The invention relates to medicine, namely to osteoplastic surgery, dentistry. The material is intended for the restoration of bone tissue after cancer and maxillofacial operations, as well as the treatment of various bone defects of traumatic origin.
Известен ряд гидравлических кальций-фосфатных цементов (КФЦ), представляющих собой смесь двух или более компонентов, одним из которых является вода или водный раствор фосфатов щелочных металлов, а твердым компонентом - один или несколько фосфатов кальция. При смешивании реагентов образуется новый фосфат кальция, а в результате реакций растворения-осаждения последнего происходит твердение и формирование цементного камня.A number of hydraulic calcium phosphate cements (CFCs) are known, which are a mixture of two or more components, one of which is water or an aqueous solution of alkali metal phosphates, and one or more calcium phosphates is a solid component. When the reagents are mixed, a new calcium phosphate is formed, and as a result of the dissolution-precipitation reactions of the latter, hardening and formation of cement stone occurs.
Кальций-фосфатные цементы, применяемые в медицине, должны обладать комплексом свойств, таких как биосовместимость, остеокондуктивность и скорость биодеградации, согласованная с процессами остеогенеза, прочность затвердевшего цемента, достаточная для несения минимальных нагрузок в процессе формирования собственной костной ткани. К достоинствам этих материалов можно отнести, во-первых, их способность заполнять дефекты самой сложной конфигурации и объема, во-вторых, малую инвазивность вмешательств, то есть возможность введения данных материалов в инъекционной форме непосредственно в зону дефекта под контролем УЗИ или рентгена, без обширных оперативных вмешательств и возможность 3D фиксации.Calcium-phosphate cements used in medicine should have a range of properties, such as biocompatibility, osteoconductivity and biodegradation rate, consistent with the processes of osteogenesis, the strength of the hardened cement, sufficient to bear minimal loads in the process of formation of own bone tissue. The advantages of these materials include, firstly, their ability to fill defects of the most complex configuration and volume, and secondly, the low invasiveness of interventions, that is, the possibility of introducing these materials in injectable form directly into the defect area under the control of ultrasound or X-ray, without extensive surgical interventions and the possibility of 3D fixation.
Поскольку КФЦ характеризуются одновременно способностью к реакционному твердению, формуемостью, биосовместимостью, отсутствием токсичных побочных продуктов, а также потенциалом замещения вновь образуемой костной ткани, они являются крайне перспективным материалом для стоматологии и ортопедии. Возможность приготовления смеси непосредственно перед операцией является важным свойством КФЦ, поскольку облегчает доставку материала в требуемое место и обеспечивает отличное прилегание к поверхности кости (Komath M., Varma H. Development of a fully injectable calcium phosphate cement for orthopedic and dental applications // Bull. Mater. Sci.2003. Vol.26. P.415-422, Temenoff J.S., Mikos A.G. Injectable biodegradable materials for orthopedic tissue engineering // Biomaterials. 2000. Vol.21. P.2405-2412). Недостатком вышеописанных цементов является относительно высокая кислотность (рН 5-6)Since KFCs are characterized simultaneously by the ability to reactive hardening, formability, biocompatibility, the absence of toxic by-products, and the potential for replacing newly formed bone tissue, they are extremely promising material for dentistry and orthopedics. The ability to prepare the mixture immediately before surgery is an important property of KFC because it facilitates the delivery of material to the desired location and provides excellent adhesion to the bone surface (Komath M., Varma H. Development of a fully injectable calcium phosphate cement for orthopedic and dental applications // Bull. Mater. Sci. 2003. Vol.26. P.415-422, Temenoff JS, Mikos AG Injectable biodegradable materials for orthopedic tissue engineering // Biomaterials. 2000. Vol.21. P.2405-2412). The disadvantage of the above cements is the relatively high acidity (pH 5-6)
Кальций-фосфатные цементы по фазовому составу продукта твердения подразделяются на апатитовые и брушитовые. Преимуществом брушитовых цементов является существенно большая скорость биодеградации в жидкостях организма по сравнению с апатитовыми цементами, что является важным фактором при использовании регенеративных подходов к восстановлению костных тканей. Однако прочность брушитовых цементов находится на уровне 8-10 МПа, что является недостаточным даже для кратковременного (3-4 месяца) несения нагрузок в организме (Ambard A.J., Mueninghoff L. Calcium phosphate cement: review of mechanical and biological properties // J. Prosthodont.2006. Vol.15. P.321-328).Calcium-phosphate cements according to the phase composition of the hardening product are divided into apatite and brushite. The advantage of brushite cements is the significantly higher biodegradation rate in body fluids compared to apatite cements, which is an important factor when using regenerative approaches to bone tissue restoration. However, the strength of brushite cements is at the level of 8-10 MPa, which is insufficient even for short-term (3-4 months) bearing loads in the body (Ambard AJ, Mueninghoff L. Calcium phosphate cement: review of mechanical and biological properties // J. Prosthodont .2006. Vol.15. P.321-328).
Задачей данного изобретения является оптимизация состава цементного порошка для повышения прочности цемента после твердения.The objective of the invention is to optimize the composition of cement powder to increase the strength of cement after hardening.
Наиболее близким по технической сущности и результату к предлагаемому способу является патент США №6,733,582 Brushite hydraulic cement stabilized with a magnesium salt Bohner et al, в котором конечным продуктом затвердевшего цемента является брушит. В качестве исходных компонентов цементного порошка использована смесь двух или более фосфатов кальция, например, монокальцийфосфат моногидрат и β-трикальцийфосфат или α-трикальцийфосфат. Для стабилизации фазового состава конечного продукта выбран фосфат магния с растворимостью менее 100 г/л. При добавлении в цемент гранул ГА размером 200-300 мкм прочность варьирует от 3,2 до 5,8 МПа (прочность увеличивается при добавлении сульфата гентамицина). Недостатком вышеприведенных цементов является их низкая механическая прочность.The closest in technical essence and result to the proposed method is US patent No. 6,733,582 Brushite hydraulic cement stabilized with a magnesium salt Bohner et al, in which the final product of hardened cement is brushite. A mixture of two or more calcium phosphates, for example, monocalcium phosphate monohydrate and β-tricalcium phosphate or α-tricalcium phosphate, was used as the initial components of the cement powder. To stabilize the phase composition of the final product, magnesium phosphate with a solubility of less than 100 g / l was selected. When HA granules with a size of 200-300 microns are added to the cement, the strength varies from 3.2 to 5.8 MPa (strength increases with the addition of gentamicin sulfate). The disadvantage of the above cements is their low mechanical strength.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в оптимизации состава цементного порошка для повышения прочности цемента после твердения.The problem to which the present invention is directed, is to optimize the composition of cement powder to increase the strength of cement after hardening.
Техническим результатом изобретения является получение брушитового цемента с повышенными прочностными характеристиками (прочность при сжатии 15-20 МПа).The technical result of the invention is the production of brushite cement with high strength characteristics (compressive strength 15-20 MPa).
Технический результат достигается двумя вариантами состава брушитового гидравлического цемента.The technical result is achieved by two options for the composition of brushite hydraulic cement.
По первому варианту технический результат достигается тем, брушитовый гидравлический цемент для восстановления костных тканей, содержащий порошок α-трикальцийфосфата и затворяющую жидкость, представляющую собой раствор фосфата магния в фосфорной кислоте, согласно изобретению, цементный порошок содержит гранулы карбоната кальция размером 50-100 мкм при следующем содержании компонентов:According to the first embodiment, the technical result is achieved by brushite hydraulic cement for bone tissue repair containing α-tricalcium phosphate powder and a blocking fluid, which is a solution of magnesium phosphate in phosphoric acid, according to the invention, the cement powder contains calcium carbonate granules of 50-100 μm in size in the following content of components:
α-трикальцийфосфата - 90-95% масс.;α-tricalcium phosphate - 90-95% of the mass .;
карбонат кальция - 5-10% масс.calcium carbonate - 5-10% of the mass.
По второму варианту технический результат достигается тем, брушитовый гидравлический цемент для восстановления костных тканей, содержащий порошок α-трикальцийфосфата и затворяющую жидкость, представляющую собой раствор фосфата магния в фосфорной кислоте, согласно изобретению, цементный порошок содержит гранулы карбоната кальция размером 50-100 мкм при следующем содержании компонентов:According to the second embodiment, the technical result is achieved by brushite hydraulic cement for bone tissue repair containing α-tricalcium phosphate powder and a blocking fluid, which is a solution of magnesium phosphate in phosphoric acid, according to the invention, the cement powder contains calcium carbonate granules of 50-100 μm in size in the following content of components:
α-трикальцийфосфата - 90-95% масс.;α-tricalcium phosphate - 90-95% of the mass .;
карбонатгидроксиапатит - 5-10% масс.carbonate hydroxyapatite - 5-10% of the mass.
Сущность изобретения заключается в том, что при введении керамических частиц в цементный порошок на пути трещины, возникающей при разрушении цемента, возникает препятствие в виде керамической гранулы, для преодоления которого необходима дополнительная энергия. Таким образом, для разрушения цемента необходимо приложить большую нагрузку, т.е. прочность цемента увеличивается.The essence of the invention lies in the fact that when introducing ceramic particles into the cement powder along the crack path arising from the destruction of cement, an obstacle arises in the form of a ceramic granule, which requires additional energy to overcome. Thus, for the destruction of cement, it is necessary to apply a large load, i.e. cement strength increases.
Уменьшение количества вводимых керамических гранул менее 5% масс, не дает желаемого эффекта, прочность цемента не превышает 12 МПа. Увеличение количества вводимых гранул затрудняет смешивание цемента, создает неоднородность цементного образца, способствует возникновению трещин, снижающих прочность.The decrease in the number of introduced ceramic granules less than 5% of the mass does not give the desired effect, the strength of the cement does not exceed 12 MPa. An increase in the number of introduced granules makes it difficult to mix cement, creates heterogeneity of the cement sample, and contributes to the appearance of cracks that reduce strength.
Значительное, по сравнению с прототипом (5,8 МПа) увеличение прочности до 20 МПа достигается введением в состав цемента 5-10% масс, керамических гранул карбоната кальция или карбонатгидроксиапатита размером 50-100 мкм.Significant, compared with the prototype (5.8 MPa), an increase in strength up to 20 MPa is achieved by introducing 5-10% by weight of cement, ceramic granules of calcium carbonate or carbonate hydroxyapatite with a size of 50-100 microns.
Пример 1.Example 1
9 г α-трикальцийфосфата смешивают с 1 г гранул карбоната кальция размером 50-100 мкм, добавляют 7,5 г 40%-ного раствора фосфата магния в фосфорной кислоте с рН 1,8. Смешивание проводят на стекле пластиковым шпателем при 25°С в течение 5-7 мин. Образовавшуюся после смешения пастообразную массу формуют в цилиндрической форме диаметром 8 мм, через 10 мин сформованный образец извлекают из формы и помещают в термостат при 37°С и 100% влажностью на сутки. Через 24 часа образец имеет прочность при сжатии 20 МПа.9 g of α-tricalcium phosphate are mixed with 1 g of granules of calcium carbonate with a size of 50-100 μm, 7.5 g of a 40% solution of magnesium phosphate in phosphoric acid with a pH of 1.8 are added. Mixing is carried out on glass with a plastic spatula at 25 ° C for 5-7 minutes. The pasty mass formed after mixing is molded in a cylindrical form with a diameter of 8 mm, after 10 minutes the formed sample is removed from the mold and placed in a thermostat at 37 ° C and 100% humidity for a day. After 24 hours, the sample has a compressive strength of 20 MPa.
Пример 2.Example 2
9,5 г α-трикальцийфосфата смешивают с 0,5 г гранул карбонатгидроксиапатита размером 50-100 мкм, добавляют 7,5 г 40%-ного раствора фосфата магния в фосфорной кислоте с рН 1,8. Смешивание проводят на стекле пластиковым шпателем при 25°С в течение 5-7 мин. Образовавшеюся после смешения пастообразную массу формуют в цилиндрической форме диаметром 8 мм, через 10 мин сформованный образец извлекают из формы и помещают в термостат при 37°С и 100% влажностью на сутки. Через 24 часа образец имеет прочность при сжатии 18 МПа.9.5 g of α-tricalcium phosphate are mixed with 0.5 g of granules of carbonate hydroxyapatite with a size of 50-100 μm, 7.5 g of a 40% solution of magnesium phosphate in phosphoric acid with a pH of 1.8 are added. Mixing is carried out on glass with a plastic spatula at 25 ° C for 5-7 minutes. The pasty mass formed after mixing is molded in a cylindrical form with a diameter of 8 mm, after 10 minutes the molded sample is removed from the mold and placed in a thermostat at 37 ° C and 100% humidity for a day. After 24 hours, the sample has a compressive strength of 18 MPa.
Пример 3.Example 3
8,5 г α-трикальцийфосфата смешивают с 1,5 г гранул карбоната кальция размером 50-100 мкм, добавляют 7,5 г 40%-ного раствора фосфата магния в фосфорной кислоте с рН 1,8. Смешивание проводят на стекле пластиковым шпателем при 25°С в течение 5-7 мин. Образовавшуюся после смешения пастообразную массу формуют в цилиндрической форме диаметром 8 мм, через 10 мин сформованный образец извлекают из формы и помещают в термостат при 37°С и 100% влажностью на сутки. Через 24 часа образец имеет прочность при сжатии 3 МПа, на изломе видно неравномерное распределение гранул, по краям образца сформировались микротрещины.8.5 g of α-tricalcium phosphate are mixed with 1.5 g of granules of calcium carbonate with a size of 50-100 μm, 7.5 g of a 40% solution of magnesium phosphate in phosphoric acid with a pH of 1.8 are added. Mixing is carried out on glass with a plastic spatula at 25 ° C for 5-7 minutes. The pasty mass formed after mixing is molded in a cylindrical form with a diameter of 8 mm, after 10 minutes the formed sample is removed from the mold and placed in a thermostat at 37 ° C and 100% humidity for a day. After 24 hours, the specimen has a compressive strength of 3 MPa, an uneven distribution of granules is seen at the fracture, microcracks formed along the edges of the specimen.
Пример 4.Example 4
9 г α-трикальцийфосфата смешивают с 1 г гранул карбоната кальция размером 200-300 мкм, добавляют 7,5 г 40%-ного раствора фосфата магния в фосфорной кислоте с рН 1,8. Смешивание проводят на стекле пластиковым шпателем при 25°С в течение 5-7 мин. Образовавшуюся после смешения пастообразную массу формуют в цилиндрической форме диаметром 8 мм, через 10 мин сформованный образец извлекают из формы и помещают в термостат при 37°С и 100% влажностью на сутки. Через 24 часа образец имеет прочность при сжатии 5 МПа. На изломе заметно неравномерное распределение гранул по объему, по краям образца - дефекты в виде трещин и сколов.9 g of α-tricalcium phosphate are mixed with 1 g of granules of calcium carbonate 200-300 μm in size, 7.5 g of a 40% solution of magnesium phosphate in phosphoric acid with a pH of 1.8 are added. Mixing is carried out on glass with a plastic spatula at 25 ° C for 5-7 minutes. The pasty mass formed after mixing is molded in a cylindrical form with a diameter of 8 mm, after 10 minutes the formed sample is removed from the mold and placed in a thermostat at 37 ° C and 100% humidity for a day. After 24 hours, the sample has a compressive strength of 5 MPa. At the break, an uneven distribution of granules over the volume is noticeable, along the edges of the sample there are defects in the form of cracks and chips.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012109351/15A RU2502525C2 (en) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Brushite water cement (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012109351/15A RU2502525C2 (en) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Brushite water cement (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012109351A RU2012109351A (en) | 2013-09-20 |
| RU2502525C2 true RU2502525C2 (en) | 2013-12-27 |
Family
ID=49182906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012109351/15A RU2502525C2 (en) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Brushite water cement (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2502525C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2613182C1 (en) * | 2016-02-15 | 2017-03-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Brushite hydraulic cement reinforced by porous polylactide frame |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6733582B1 (en) * | 1999-12-09 | 2004-05-11 | Dr. H. C. Robert Mathys Stiftung | Brushite hydraulic cement stabilized with a magnesium salt |
| RU2354408C2 (en) * | 2003-05-22 | 2009-05-10 | Артосс Гмбх | Inorganic resorbing material for bone replacement |
| US7754246B2 (en) * | 2005-09-09 | 2010-07-13 | Wright Medical Technology, Inc. | Composite bone graft substitute cement and articles produced therefrom |
-
2012
- 2012-03-13 RU RU2012109351/15A patent/RU2502525C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6733582B1 (en) * | 1999-12-09 | 2004-05-11 | Dr. H. C. Robert Mathys Stiftung | Brushite hydraulic cement stabilized with a magnesium salt |
| RU2354408C2 (en) * | 2003-05-22 | 2009-05-10 | Артосс Гмбх | Inorganic resorbing material for bone replacement |
| US7754246B2 (en) * | 2005-09-09 | 2010-07-13 | Wright Medical Technology, Inc. | Composite bone graft substitute cement and articles produced therefrom |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2613182C1 (en) * | 2016-02-15 | 2017-03-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Brushite hydraulic cement reinforced by porous polylactide frame |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012109351A (en) | 2013-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ostrowski et al. | Magnesium phosphate cement systems for hard tissue applications: a review | |
| Dorozhkin | Self-setting calcium orthophosphate formulations | |
| Dorozhkin | Calcium orthophosphate cements and concretes | |
| Xie et al. | Development of injectable citrate-based bioadhesive bone implants | |
| KR102160719B1 (en) | Injectable, biodegradable bone cements and methods of making and using same | |
| CN101636185A (en) | Macroporous and highly resorbable apatitic calcium-phosphate cement | |
| CN100496625C (en) | Calcium sulfate semihydrate group combined self-curing bio-active material, preparation and application thereof | |
| US8741982B2 (en) | Bioactive bone cement and method for the production thereof | |
| Kim et al. | Setting properties, mechanical strength and in vivo evaluation of calcium phosphate-based bone cements | |
| Kuo et al. | An in vivo swine study for xeno-grafts of calcium sulfate-based bone grafts with human dental pulp stem cells (hDPSCs) | |
| US20130138114A1 (en) | Calcium-based bone cement formula with enhanced non-dispersive ability | |
| No et al. | Novel injectable strontium-hardystonite phosphate cement for cancellous bone filling applications | |
| Chen et al. | A new injectable quick hardening anti-collapse bone cement allows for improving biodegradation and bone repair | |
| Wang et al. | An injectable porous bioactive magnesium phosphate bone cement foamed with calcium carbonate and citric acid for periodontal bone regeneration | |
| Krokhicheva et al. | Enhanced bone repair by silver-doped magnesium calcium phosphate bone cements | |
| RU2502525C2 (en) | Brushite water cement (versions) | |
| KR101019741B1 (en) | Method for preparation of composite materials for Bone Defect Filling and Bone Replacement | |
| KR101654600B1 (en) | Composition containing injectable self-hardened apatite cement | |
| RU2494721C1 (en) | Biocompatible bone-substituting material and method of obtaining thereof | |
| Clarkin et al. | Strontium-based glass polyalkenoate cements for luting applications in the skeleton | |
| RU2485978C1 (en) | Porous calcium phosphate cement | |
| WO2018168474A1 (en) | Calcium phosphate cement composition, calcium phosphate cement kit, and method for producing cured calcium phosphate cement body | |
| RU2617050C1 (en) | Bioactive composite material for bone defect replacement and method for its manufacture | |
| El-Maghraby et al. | Preparation, structural characterization, and biomedical applications of gypsum-based nanocomposite bone cements | |
| Jammalamadaka et al. | Osteoinductive calcium phosphate clay nanoparticle bone cements (CPCs) with enhanced mechanical properties |