RU2705084C1 - Способ получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция - Google Patents
Способ получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция Download PDFInfo
- Publication number
- RU2705084C1 RU2705084C1 RU2019109162A RU2019109162A RU2705084C1 RU 2705084 C1 RU2705084 C1 RU 2705084C1 RU 2019109162 A RU2019109162 A RU 2019109162A RU 2019109162 A RU2019109162 A RU 2019109162A RU 2705084 C1 RU2705084 C1 RU 2705084C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sodium alginate
- calcium phosphates
- aqueous solution
- reaction mixture
- minutes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в реконструктивно-пластической хирургии для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. Для получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция, для заполнения костных дефектов проводят синтез in situ фосфатов кальция в 2% водном растворе поливинилпирролидона при температуре реакционной смеси от 37 до 90°С. После завершения синтеза фосфатов кальция в реакционную смесь добавляют 2% водный раствор альгината натрия, перемешивают в течение 30 мин. Реакционную смесь вспенивают пропусканием через нее воздуха с использованием компрессора. Вспененную массу обрабатывают 5% водным раствором комплексного соединения железа (3+) с салициловой кислотой, замораживают в морозильной камере при температуре от -10 до -18°С и высушивают в лиофильной сушилке. Изобретение позволяет получить высокопористый биосовместимый материал, включающий равномерно распределенные наноразмерные частицы фосфатов кальция, приближенный по структуре к естественной костной ткани человека и не содержащий ксеногенные компоненты. 1 ил., 3 пр.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к медицине, а именно к реконструктивно-пластической хирургии для пластической реконструкции поврежденных костно-хрящевых тканей. Уровень техники.
Известно, что в результате введения клеточного материала в организм без матрикса-носителя, почти все клетки гибнут из-за отсутствия условий для их пролиферации. По этой причине проблема создания имплантатов на основе матриксов-носителей является одной из ключевых в реализации технологий клеточной трансплантации. Главными требованиями к матриксам-носителям должны быть их высокая биосовместимость и способность стимулировать собственные регенерационные процессы поврежденного органа. Конструирование матриксов-носителей на основе объемных пористых материалов из биодеградируемых полимеров, характеризующихся биосовместимостью, а также возможностью регулировать время биорезорбции имплантата, является одним из новейших направлений в биотехнологии. Разработка полимерных носителей для внедряемых лекарственных препаратов и клеточных культур в виде трехмерных (губки, пространственные сетки) тонкоструктурированных полимерных матриксов составляет ключевую проблему для имплантационных хирургических материалов. Поскольку костная ткань является композиционным материалом, содержащим фосфаты кальция (ФК) и органические компоненты (коллаген, коллагеновые и неколлагеногме белки), такой состав позволяет нести механические нагрузки, которые являются критичными, например, для керамических костных имплантатов. Поэтому перспективным является использование композиционных материалов, содержащих как неорганические компоненты (ФК), так и органические компоненты. Помимо коллагена, желатина и хитозана, в качестве органического компонента может использоваться альгинат натрия. Альгинат натрия является природным полисахаридом, который получают из бурых водорослей, или ламинарии японской. Известно (Патент РФ №2326137 Малесса Р. Способ получения содержащих альгинат пористых формованных изделий), что альгинат натрия взаимодействует с хлоридами многовалентных металлов, образуя нерастворимые в воде гидрогели. Это свойство широко используется для сшивания пленок и объемных материалов из гидрогелей альгината. В изобретении описан способ получения объемных пористых материалов из альгината натрия. Однако, использование альгината натрия вкачестве матрикса для клеточных культур не вполне удовлетворяет требованиям, предъявляемым к материалу матрикса, т.к. пролиферация клеток на поверхности альгината затруднена, данный материал вызывает частичную гибель клеток. В связи с этим для биомедицинских применений используют смесевые материалы, например, смеси метилцеллюлозы и альгината (Fadeeva I. V. et al. Methylcellulose films partially crosslinked by iron compounds for medical applications //Materials Today Communications. - 2019. - T. 18. - C. 54-59).
Известен способ получения нетканых материалов на основе хитозана, содержащих поливинилпирролидон (ПВП), поливиниловый спирт или другими полимерами многоцелевого назначения, используемыми в медицине (Патент РФ №2031661 Средство для лечения ран и оказания первой медицинской помощи /Адамян А.А., Полевов В.Н., Климчук Н.Е. и др.). Недостатком данных материалов является присутствие в их составе хитозана, который до настоящего времени не разрешен к использованию в медицине внутри организма.
В качестве прототипа нами выбрана наиболее близкая к настоящему изобретению статья (Каралкин П. А. и др. Биосовместимость и остеопластические свойства минерал-полимерных композиционных материалов на основе альгината натрия, желатина и фосфатов кальция, предназначенных для трехмерной печати костнозамещающях конструкций //Гены и клетки. - 2016. - Т. 11. - №. 3.) В данной статье описан способ получения пористых трехмерных матриксов на основе желатина и альгината натрия, содержащих фосфаты кальция, с использованием трехмерной печати. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности и перспективности использования трехкомпонентных минерал-полимерных композиционных материалов на основе альгината, желатина и октакальциевого фосфата в качестве «чернил» для 3D-печати остеопластических конструкций. К недостаткам описанного способа получения относится использование в качестве одного из полимерных материалов желатина - полимера животного происхождения. Как известно, органические соединения животного происхождения могут содержать ксеногенные факторы, влияние которых на организм человека недостаточно изучено.
Задачей настоящего изобретения является создание высокопористого биосовместимого материала, содержащего равномерно распределенные наноразмерные ФК, приближенного по структуре к естественной костной ткани человека, и не содержащего ксеногенных факторов.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание биосовместимого пористого минерал-полимерного материала, состоящего из ПВП, альгината натрия (alg), в котором наноразмерные фосфаты кальция (ФК), равномерно распределены в объеме полимера.
Технический результат достигается тем, что по способу получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция (дикальцийфосфат дигидрат (ДКФД), аморфный фосфат кальция с соотношением Са/Р=1,5 (АФК), осажденный гидроксиапатит (ОГА), карбонатгидроксиапатит (КГА)), включающему синтез in situ фосфатов кальция в 2%-ном водном растворе ПВП, при температуре реакционной смеси от 37 до 90°С, согласно изобретению, через 30 мин после завершения синтеза фосфатов кальция в реакционную смесь добавляют 2%-ный водный раствор альгината натрия, так, чтобы массовое соотношение полимеров (ПВП: alg) находилось в пределах от 0,5 до 4, перемешивают в течение 30 мин, после чего реакционную смесь вспенивают пропусканием через нее воздуха с использованием компрессора в течение 10 мин, после чего вспененную массу обрабатывают 5%-ным водным раствором комплексного соединения железа (3+) с салициловой кислотой, замораживают в морозильной камере при температуре от -10°С до -18°С и высушивают в лиофильной сушилке в течение 10-12 часов.
Сущность изобретения состоит в синтезе наноразмерных ФК in situ, в растворе, содержащем ПВП, последующем добавлении 2%-ного раствора alg, вспенивании реакционной массы с помощью сжатого воздуха из компрессора в течение 10 мин, обработкой вспененной массы 5%-ным водным раствором комплексного соединения салицилата железа и высушиванием в лиофильной сушилке в течение 10-12 часов. В результате осаждения ФК в растворе ПВП в ячейках полимерной сетки, образованной макромолекулами ПВП, формируются наноразмерные частицы ФК. Поскольку ФК в растворе ПВП осаждаются при непрерывном перемешивании, то в результате распределение ФК в растворе ПВП является равномерным. При добавлении в реакционную смесь 2%-ного водного раствора альгината натрия происходит образование геля за счет частичного сшивания альгината натрия фосфатами кальция. При пропускании воздуха через гель пузырьки воздуха формируют внутри геля систему взаимосвязанных пор. Далее вспененную массу фиксируют посредством обработки 5%-ным водным раствором комплексного соединения железа (3+) с салициловой кислотой, замораживают при -10 -18°С и высушивают в лиофильной сушилке в течение 10-12 часов. В процессе сушки происходит сублимация кристаллов льда (переход из твердого состояния вгазообразное, минуя жидкое) из вспененного материала через систему взаимосвязанных пор. Структура материала при этом сохраняется. При погружении пористого минерал-полимерного материала в растворы, содержащие воду, происходит набухание материала, в результате проникновения молекул воды между молекулами полимеров, при этом структура материала сохраняется от нескольких часов до нескольких суток. Через 1-5 суток происходит полное растворение материала. Изменяя соотношение ПВП и alg, можно регулировать скорость растворения материала в водных растворах, что является ценным свойством для использования пористого материала при замещении дефектов твердых и мягких тканей человека.
Пример 1.
Готовят 200 мл 2%-ного раствора ПВП растворением 4 г ПВП с молекулярной массой 12000 кДа в 196 мл дистиллированной воды. В реактор, снабженный лопастной верхнеприводной мешалкой, помещают полученный раствор ПВП, добавляют 1 мл раствора гидрофосфата аммония концентрации 0,1 моль/л, затем капельно, при постоянном перемешивании добавляют 10 мл раствора нитрата кальция концентрации 0,01 моль/л, перемешивают при температуре 25°С в течение 30 мин, после чего добавляют 50 мл 2%-ного водного раствора альгината натрия (массовое соотношение ПВП:алг=4:1) и продолжают перемешивание в течение 20 мин. В образовавшийся гель погружают трубку, соединенную с компрессором, и пропускают в гель воздух в течение 10 мин. Вспененную массу обрабатывают 5%-ным водным раствором комплексного соединения железа (+3) с салициловой кислотой, замораживают в морозильной камере при -10°С в течение 8-10 часов, после чего помещают в лиофильную сушилку и высушивают в течение 10-12 часов.
Полученный материал характеризуется пористостью 70-80%, устойчивостью в водных растворах в течение 2 суток. Определенный методом ПЭМ фазовый состав ФК соответствует ДКФД. На рис. 1 приведено СЭМ изображениематериала, на котором видны частицы ДКФД размером которых не более 100 нм, равномерно распределенные в объеме полимера.
Пример 2.
Готовят 100 мл 2%-ного раствора ПВП растворением 2 г ПВП с молекулярной массой 12000 кДа в 98 мл дистиллированной воды. В реактор, снабженный лопастной верхнеприводной мешалкой, помещают полученный раствор ПВП, добавляют 6 мл раствора гидрофосфата аммония концентрации 0,1 моль/л, затем капельно, при постоянном перемешивании добавляют 10 мл раствора хлорида кальция концентрации 0,01 моль/л, перемешивают при температуре 90°С в течение 30 мин, после чего добавляют 100 мл 2%-ного водного раствора альгината натрия (массовое соотношение ПВП:алг=1) и продолжают перемешивание в течение 20 мин. В образовавшийся гель погружают трубку, соединенную с компрессором, и пропускают в гель воздух в течение 5 мин. Вспененную массу обрабатывают 5%-ным водным раствором комплексного соединения железа (+3) с салициловой кислотой, замораживают в морозильной камере при -18°С в течение 8-10 часов, после чего помещают в лиофильную сушилку и высушивают в течение 10-12 часов.
Полученный материал характеризуется пористостью 80-85%, устойчивостью в водных растворах в течение 1 суток. Определенный методом ПЭМ фазовый состав ФК соответствует апатиту.
Пример 3.
Готовят 100 мл 2%-ного раствора ПВП растворением 2 г ПВП с молекулярной массой 12000 кДа в 98 мл дистиллированной воды. В реактор, снабженный лопастной верхнеприводной мешалкой, помещают полученный раствор ПВП, добавляют 2 мл раствора гидрофосфата аммония концентрации 0,1 моль/л, затем капельно, при постоянном перемешивании добавляют 3 мл раствора хлорида кальция концентрации 0,1 моль/л, перемешивают при температуре 25°С в течение 30 мин, после чего добавляют 10 мл 2%-ного водного раствора альгината натрия (массовое соотношение ПВП:алг=10:1) и продолжают перемешивание в течение 20 мин. В образовавшийся гель погружают трубку, соединенную с компрессором и пропускают в гель воздух в течение 5 мин. Вспененную массу обрабатывают 5%-ным водным раствором обрабатывают 5%-ным водным раствором комплексного соединения железа (+3) с салициловой кислотой, замораживают в морозильной камере при -18°С в течение 8-10 часов, после чего помещают в лиофильную сушилку и высушивают в течение 10-12 часов.
Полученный материал характеризуется пористостью 70-80%, в водных растворах материал растворяется в течение 60 мин. Определенный методом ПЭМ фазовый состав ФК соответствует аморфному фосфату кальция (АФК). Размер частиц АФК - 40-50 нм.
Claims (1)
- Способ получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция, включающий синтез in situ фосфатов кальция в 2%-ном водном растворе поливинилпирролидона при температуре реакционной смеси от 37 до 90°С, перемешивание смеси, пропускание через смесь воздуха для вспенивания массы, обработку вспененной массы раствором салицилата железа, формование и высушивание смеси в лиофильной сушилке, отличающийся тем, что через 30 мин после завершения синтеза фосфатов кальция в реакционную смесь добавляют 2%-ный водный раствор альгината натрия так, чтобы массовое соотношение полимеров (ПВП:alg) находилось в пределах от 0,5 до 4, перемешивают в течение 30 мин, после чего реакционную смесь вспенивают пропусканием через нее воздуха с использованием компрессора в течение 10 мин, после чего вспененную массу обрабатывают 5%-ным водным раствором комплексного соединения железа (3+) с салициловой кислотой, замораживают в морозильной камере при температуре от -10 до -18°С и высушивают в лиофильной сушилке до полного удаления влаги.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019109162A RU2705084C1 (ru) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Способ получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019109162A RU2705084C1 (ru) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Способ получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2705084C1 true RU2705084C1 (ru) | 2019-11-01 |
Family
ID=68500580
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019109162A RU2705084C1 (ru) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Способ получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2705084C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1372748B1 (en) * | 2001-03-02 | 2009-04-22 | Stryker Corporation | Porous beta-tricalcium phosphate granules and methods for producing same |
RU2412711C1 (ru) * | 2009-09-17 | 2011-02-27 | Учреждение Российской академии Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | Пористый композиционный материал на основе хитозана и желатина для заполнения костных дефектов |
RU2554811C1 (ru) * | 2014-07-01 | 2015-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ получения пористых хитозановых губок, содержащих фосфаты кальция, для заполнения костных дефектов |
US20170100507A1 (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | Siddhesh Angle | Curable calcium phosphate compositions for use with porous structures and methods of using the same |
US20170197008A1 (en) * | 2014-06-25 | 2017-07-13 | Universitat Politecnica De Catalunya | New single-step manufacturing process for foamed biomaterials |
-
2019
- 2019-03-29 RU RU2019109162A patent/RU2705084C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1372748B1 (en) * | 2001-03-02 | 2009-04-22 | Stryker Corporation | Porous beta-tricalcium phosphate granules and methods for producing same |
RU2412711C1 (ru) * | 2009-09-17 | 2011-02-27 | Учреждение Российской академии Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | Пористый композиционный материал на основе хитозана и желатина для заполнения костных дефектов |
US20170197008A1 (en) * | 2014-06-25 | 2017-07-13 | Universitat Politecnica De Catalunya | New single-step manufacturing process for foamed biomaterials |
RU2554811C1 (ru) * | 2014-07-01 | 2015-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ получения пористых хитозановых губок, содержащих фосфаты кальция, для заполнения костных дефектов |
US20170100507A1 (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | Siddhesh Angle | Curable calcium phosphate compositions for use with porous structures and methods of using the same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КАРАЛКИН П. А. и др., Биосовместимость и остеопластические свойства минерал-полимерных композиционных материалов на основе альгината натрия, желатина и фосфатов кальция, предназначенных для трехмерной печати костнозамещающих конструкций, Гены и клетки, 2016, т. 11, N 3, сс. 94-101. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sundaram et al. | Porous scaffold of gelatin–starch with nanohydroxyapatite composite processed via novel microwave vacuum drying | |
US7163965B2 (en) | Process for producing porous composite materials | |
CN110478532B (zh) | 一种可注射原位生孔水凝胶体系及其制备方法和用途 | |
Lee et al. | Enzyme-catalyzed in situ forming gelatin hydrogels as bioactive wound dressings: effects of fibroblast delivery on wound healing efficacy | |
US10046088B2 (en) | Nanoscale collagen particles and membranes | |
CN101366978A (zh) | 可注射用的微粒组织充填材料及其制备方法 | |
US10960106B2 (en) | Tissue repair material | |
Xu et al. | Conductive and antimicrobial macroporous nanocomposite hydrogels generated from air-in-water Pickering emulsions for neural stem cell differentiation and skin wound healing | |
CN103974727B (zh) | 多孔组织支架 | |
KR100794174B1 (ko) | 하이드록시아파타이트를 함유한 조직공학용 다공성 생분해고분자 지지체 및 이의 제조방법 | |
Chen et al. | Double-network composites based on inorganic fillers reinforced dextran-based hydrogel with high strength | |
Wang et al. | Biomimetic scaffolds with programmable pore structures for minimum invasive bone repair | |
CN110180030B (zh) | 复合胶原蛋白的磷酸钙生物陶瓷及其制备和使用方法 | |
Kravanja et al. | Transglutaminase release and activity from novel poly (ε-caprolactone)-based composites prepared by foaming with supercritical CO2 | |
Li et al. | Consecutive dephosphorylation by alkaline phosphatase-directed in situ formation of porous hydrogels of SF with nanocrystalline calcium phosphate ceramics for bone regeneration | |
Bernal-Chávez et al. | Cross-linked polyvinyl alcohol-xanthan gum hydrogel fabricated by freeze/thaw technique for potential application in soft tissue engineering | |
CN102552985A (zh) | 一种丝素蛋白/磷酸钙骨水泥基多孔复合材料及其制备方法 | |
CN110613863B (zh) | 一种基于掺硅羟基磷灰石促血管化多孔支架材料及其制备方法和应用 | |
RU2705084C1 (ru) | Способ получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция | |
You et al. | A honeycomb composite of mollusca shell matrix and calcium alginate | |
ES2211446T3 (es) | Materiales compuestos de ceramicos y polimeros. | |
KR102141950B1 (ko) | 조직 재생을 위한 세미-아이피엔 구조의 생분해성 지지체 조성물 및 이의 제조 방법 | |
JP5935181B2 (ja) | 創傷治癒用の生体材料およびその調製 | |
Tan et al. | Structure and biocompatibility of an injectable bone regeneration composite | |
CN107349464B (zh) | 一种新型医用止血凝胶敷料的制备方法 |