PL227996B1 - Sposób wytwarzania materiału kompozytowego chitozan/ hydroksyapatyt/krzemionka - Google Patents
Sposób wytwarzania materiału kompozytowego chitozan/ hydroksyapatyt/krzemionkaInfo
- Publication number
- PL227996B1 PL227996B1 PL411938A PL41193815A PL227996B1 PL 227996 B1 PL227996 B1 PL 227996B1 PL 411938 A PL411938 A PL 411938A PL 41193815 A PL41193815 A PL 41193815A PL 227996 B1 PL227996 B1 PL 227996B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- chitosan
- mass
- hydroxyapatite
- aqueous solution
- mixed
- Prior art date
Links
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 title claims description 65
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 title claims description 46
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 title claims description 36
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 26
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 22
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 21
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000000316 bone substitute Substances 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- VSGNNIFQASZAOI-UHFFFAOYSA-L calcium acetate Chemical compound [Ca+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O VSGNNIFQASZAOI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 239000001639 calcium acetate Substances 0.000 claims description 8
- 235000011092 calcium acetate Nutrition 0.000 claims description 8
- 229960005147 calcium acetate Drugs 0.000 claims description 8
- BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogen phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 229910000397 disodium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 235000019800 disodium phosphate Nutrition 0.000 claims description 8
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- HWGNBUXHKFFFIH-UHFFFAOYSA-I pentasodium;[oxido(phosphonatooxy)phosphoryl] phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O HWGNBUXHKFFFIH-UHFFFAOYSA-I 0.000 claims description 7
- 235000019832 sodium triphosphate Nutrition 0.000 claims description 7
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 7
- IJKVHSBPTUYDLN-UHFFFAOYSA-N dihydroxy(oxo)silane Chemical compound O[Si](O)=O IJKVHSBPTUYDLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 claims description 6
- 229910000162 sodium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 235000011008 sodium phosphates Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000001226 triphosphate Substances 0.000 claims description 6
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M Lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 239000001736 Calcium glycerylphosphate Substances 0.000 claims description 2
- UHHRFSOMMCWGSO-UHFFFAOYSA-L calcium glycerophosphate Chemical compound [Ca+2].OCC(CO)OP([O-])([O-])=O UHHRFSOMMCWGSO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229940095618 calcium glycerophosphate Drugs 0.000 claims description 2
- 235000019299 calcium glycerylphosphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 30
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 16
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 230000006196 deacetylation Effects 0.000 description 9
- 238000003381 deacetylation reaction Methods 0.000 description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002138 osteoinductive effect Effects 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 4
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 3
- 230000002188 osteogenic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical class CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000002449 bone cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 2
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 2
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 2
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 2
- 230000000278 osteoconductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000011206 ternary composite Substances 0.000 description 2
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical class [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N (2S,3S,4S,5R,6R)-6-[(2S,3R,4R,5S,6R)-3-Acetamido-2-[(2S,3S,4R,5R,6R)-6-[(2R,3R,4R,5S,6R)-3-acetamido-2,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-2-carboxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-5-hydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylic acid Chemical compound CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O3)C(O)=O)O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)NC(C)=O)[C@@H](C(O)=O)O1 KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N 0.000 description 1
- LKAPTZKZHMOIRE-KVTDHHQDSA-N (2s,3s,4s,5r)-3,4-dihydroxy-5-(hydroxymethyl)oxolane-2-carbaldehyde Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](C=O)[C@@H](O)[C@@H]1O LKAPTZKZHMOIRE-KVTDHHQDSA-N 0.000 description 1
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100203596 Caenorhabditis elegans sol-1 gene Proteins 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- AZKVWQKMDGGDSV-BCMRRPTOSA-N Genipin Chemical compound COC(=O)C1=CO[C@@H](O)[C@@H]2C(CO)=CC[C@H]12 AZKVWQKMDGGDSV-BCMRRPTOSA-N 0.000 description 1
- 206010018852 Haematoma Diseases 0.000 description 1
- 208000028389 Nerve injury Diseases 0.000 description 1
- 208000004550 Postoperative Pain Diseases 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000003462 bioceramic Substances 0.000 description 1
- 239000005312 bioglass Substances 0.000 description 1
- 230000037182 bone density Effects 0.000 description 1
- 230000037118 bone strength Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960001714 calcium phosphate Drugs 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- LKAPTZKZHMOIRE-UHFFFAOYSA-N chitose Natural products OCC1OC(C=O)C(O)C1O LKAPTZKZHMOIRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035602 clotting Effects 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 229960005188 collagen Drugs 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- AZKVWQKMDGGDSV-UHFFFAOYSA-N genipin Natural products COC(=O)C1=COC(O)C2C(CO)=CCC12 AZKVWQKMDGGDSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 1
- 229920002674 hyaluronan Polymers 0.000 description 1
- 229960003160 hyaluronic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 229910021331 inorganic silicon compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 230000017074 necrotic cell death Effects 0.000 description 1
- 230000008764 nerve damage Effects 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004823 osteo-induction effect Effects 0.000 description 1
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 230000002980 postoperative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 description 1
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 description 1
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000002145 thermally induced phase separation Methods 0.000 description 1
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 description 1
- BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N trimethoxy-[3-(oxiran-2-ylmethoxy)propyl]silane Chemical class CO[Si](OC)(OC)CCCOCC1CO1 BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019801 trisodium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000406 trisodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania materiału kompozytowego chitozan/hydroksyapatyt/krzemionka, przeznaczonego na substytuty kości.
W związku z koniecznością częstej transplantacji tkanki kostnej trwają badania nad wynalezieniem optymalnego materiału kościozastępczego. Wszczepiany implant musi wykazywać właściwoś ci osteogenne (zdolność żywych komórek z przeszczepu do osteogenezy - powstawania kości), osteoindukcyjne (materiał implantu musi być źródłem substancji indukujących powstawanie kości w tkankach otaczających ubytek kostny) i osteokondukcyjne (zapewnienie odpowiednich warunków dla wrastania elementów kościotwórczych pochodzących z sąsiedztwa).
Z uwagi na powyższe wymagania optymalne są przeszczepy autogenne (dawcą i biorcą jest ten sam osobnik). Wykazują one jednak szereg wad, do których zalicza się ograniczoną ilość uzyskiwanego materiału tkankowego, nieprzewidywalną resorpcję, ryzyko powikłań, takich jak infekcja, powstanie krwiaka, uszkodzenia nerwów, wystąpienie przewlekłych pooperacyjnych dolegliwości bólowych w miejscu pobrania, a także częstych zniekształceń pooperacyjnych miejsca dawczego.
Z uwagi na wymienione możliwości działań niepożądanych oraz fakt, że często wykorzystanie własnej tkanki pacjenta jest niemożliwe lub istnieją znaczne ograniczenia własnej tkanki kostnej pacjenta, prowadzone są badania dotyczące substancji mogących pełnić funkcję substytutów tkanki kostnej. Do substytutów kości należą między innymi materiały syntetyczne.
Idealny substytut kości powinien posiadać, podobnie jak przeszczepy autogenne, właściwości osteogenne, osteokondukcyjne, osteoindukcyjne oraz charakteryzować się bio-kompatybilnością, nie może być kancerogenny i nie może przenosić infekcji, powinien być bioresorbowalny, musi zapewniać synchronizację zakresu resorpcji lub degradacji z odbudową kości, nie może wywoływać martwicy tkanek uwarunkowanej toksycznością, powinien zapewniać podobną do naturalnej kości, którą ma zastąpić, wytrzymałość na obciążenia, a nadto powinien charakteryzować się jednorodnością składu chemicznego i brakiem tendencji do tworzenia zakrzepów.
Znane jest stosowanie jako materiału implantacyjnego w chirurgii kostnej i w stomatologii ceramiki hydroksyapatytowej (HAp), wytworzonej z fosforanów wapnia, związków chemicznych będących budulcem naturalnym kości. Niestety wytrzymałość tego materiału jest niska i nie może on być stosowany jako substytut kości nośnych.
W związku z tym w celu poprawy właściwości mechanicznych HAp tworzy się kompozyty HAp z polimerami.
Jako materiały polimerowe stosuje się do hodowli tkanki kostnej także skaffoldy chitozanowe. Rusztowania chitozanowe są elastyczne, lecz ich właściwości mechaniczne są gorsze w porównaniu z wytrzymałością kości, ponadto sam chitozan nie jest osteoinduktywny. Stąd dużą uwagę w inżynierii tkankowej kości zwraca się na chitozanowe materiały kompozytowe. W celu poprawienia właściwości chitozanu i wykorzystania go jako matrycy do wzrostu komórek tkanki kostnej, łączy się go z substancjami poprawiającymi osteoinduktywność, na przykład z hydroksyapatytem, alginianem sodu, kwasem hialuronowym, fosforanem wapnia, kolagenem czy czynnikami wzrostu (czasopismo Biomaterials, Volume 26, Issue 30, 2005, 5983-5990).
Gros badań z zakresu inżynierii tkankowej kości dotyczy jednak chitozanowych materiałów kompozytowych łączonych z bioceramiką. Wprowadzenie materiałów ceramicznych poprawia osteoindukcyjność i wytrzymałość mechaniczną (wytrzymałość na ściskanie, moduł Younga odporności na kruche pękanie) - czasopisma Composites Science and Technology, 2001, 1189-1224, European Polymer Journal, Volume 42, Issue 12, 2006, 3171-3179, Materials Science and Engineering A, 2009, 513-514, 197-201, Progress in Solid State Chemistry, 2012,40,17-30.
Za jedne z najlepszych materiałów do regeneracji tkanki kostnej, z uwagi na biokompatybilność ze środowiskiem ludzkiego ciała oraz własności osteoindukcyjne, uważany jest obecnie chitozan i hydroksyapatyt (HAp) - czasopisma Marine Drugs. 2010, 8(8), 2252-2266 published online Aug 2, 2010, doi: 10.3390/md8082252, PMCID: PMC2953403, Recent Developments in Bio-Nanocomposites for Biomedical Applications, Nova Science Publishers, Inc., 2011, chapter 18, European Polymers Journal, 49, 780-792, (2013), Progress in Polymer Science, 39, 1644-1667 (2014).
Najczęściej kompozyty chitozanowe z hydroksyapatytem wytwarza się metodą in situ z użyciem mikro- bądź nanogranulek hydroksyapatytowych, które wprowadza się do octanu chitozanu, a następnie tworzy się strukturę 3D metodą wymrożenia i suszenia liofilizacyjnego lub następczo obydwu procesów, po czym neutralizuje głównie NaOH bądź 1 m Na2HPO4 lub 1 m buforem fosforanowy
PL 227 996 B1 o pH 7.4, NaH2PO4 i Na2HPO4). Do wytwarzania kompozytów stosuje się również metodę separacji faz indukowaną termicznie (czasopisma: Journal of Materials Science: Materials in Medicine 15, 3, 255-260 (2004), Acta Biomaterialia 5, 4, 1182-1197 (2009), European Polymer Journal 42, 12, 3171-3179 (2006), Materials Science & Engineering C, 28, 3, 434-437 (2008), Materials Letters 62,19, 3376-3378 (2008), Journal of Biomedical Materials als Research Part A. 2009, 89,1079-1087, Biomaterials. 2002, 23, 4167-4176, Materials Science & Engineering C. 2009, 29, 29-35, Journal of Non-Crystalline Solids 2007, 353, 2367-2373, Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 2004, 15, 255-260.
Podstawowym problemem w otrzymywaniu kompozytów z hydroksyapatytem jest uzyskanie jednorodnego rozłożenia hydroksyapatytu w strukturze. Problem aglomeracji cząstek hydroksyapatyt u próbuje się rozwiązać w drodze zdyspergowania hydroksyapatytu za pomocą ultradźwięków, bądź tworząc hydroksyapatyt w trakcie formowania kompozytu.
Kompozyty chitozanowe z hydroksyapatytem wytwarza się także w następujący sposób: Ca(NO3)2-4H2O i KH2PO4 (pH 4.1-4.5) rozpuszcza się w kwasie octowym, następnie dodaje się chitozan, roztwór wylewa się, po czym działając roztworem wodnym NaOH wytrąca się chitozan i hydro ksyapatyt (czasopismo Biomaterials, 2004, 25, 779-785).
Znane są również kompozycje chitozanowe zawierające krzem w postaci organicznej. Ceramika krzemowa (bioszkło) stanowi alternatywny materiał w stosunku do kruchego hydroksyapatytu. Jest ona najczęściej wykorzystywaną substancją krzemową do wytwarzania struktur z przeznaczeniem do wykorzystania w inżynierii tkanki kostnej (czasopismo Progress in Polymer Science 39 (2014), 1644-1667).
Wykorzystuje się również nanokrzemionkę (nSiO2) bądź krzemionkę wytwarzaną metodą zol-żel.
Znany jest również 2-etapowy sposób wytwarzania struktur chitozanowych z udziałem krzemionki, w którego pierwszym etapie wytwarza się sole chitozanowe (octan chitozanu) sieciowane genipinem in situ i post loading, które neutralizuje się w roztworze NaOH. W drugim etapie wprowadza się krzemionkę metodą zol-żel stosując jako prekursory 3-glicydoksypropylotrimetoksysilany (GPTMS) i tetraetylortokrzemiany (TEOS) - czasopismo Materials Science and Engineering Volume 42, 1 September 2014, p. 553-561.
Znane jest również stosowanie kompozytów trójskładnikowych, zawierających chitoza n, hydroksyapatyt oraz krzem jako materiału na substytutu kości.
Znany jest, z czasopisma Acta Biomaterialia, 2010, 6, 466-476, sposób otrzymywania takich trójskładnikowych kompozytów, w których hydroksyapatyt tworzy się w strukturze podczas formowania żelu chitozanowego, wprowadzając do soli chitozanowej Ca(CH3COO)2 i NaHPO4, w wyniku czego otrzymuje się wykrystalizowany związek CaHPO4 · 2H2O i następnie formując granulki podczas koagulacji w Na3PO4/Na5P3O10 (pH 12-13) tworzy się HAp, krzem wprowadza się w trakcie formowania granulek, prowadząc ich koagulację w roztworze Na2SiO3/Na5P3O10 (pH 12-13).
W znanej metodzie otrzymywania trójskładnikowych kompozytów chitozan/hydroksyapatyt/krzem, w drodze współstrącania, zarówno HAp jak i krzem otrzymuje się w trakcie formowania scaffoldu. Jako prekursor krzemu stosuje się tetraetylortokrzemian (TEOS) - czasopismo Materials Science and Enginnering: c, Volume 31, issue 2, 12 March 2011, p. 290-299.
Znane jest także wytwarzanie materiału kompozytowego chitozan/hydroksyapatyt/krzem, przeznaczonego na substytuty kości bądź skaffoldy do hodowli komórek kości o właściwościach osteoi ndukcyjnych, w drodze wprowadzania w struktury chitozanowe zarówno hydroksyapatytu jak i zwią zków krzemu, oddzielnie lub jako wieloskładnikowych kompozytów.
Sposób wytwarzania materiału kompozytowego chitozan/hydroksyapatyt/krzemionka, przeznaczonego na substytuty kości, z soli chitozanowej, hydroksyapatytu i związku krzemu, z wykorzystaniem ultradźwięków, według wynalazku polega na tym, że roztwór wodny soli chitozanowej, jak octan, chlorek, mleczan lub cytrynian chitozanu, sporządzonej z chitozanu o masie cząsteczkowej poniżej 1000 kDa, miesza się z nanoproszkiem hydroksyapatytowym użytym w ilości 3-13% masowych w stosunku do masy soli chitozanowej oraz ewentualnie z glicerofosforanem wapnia użytym w ilości 3-20% masowych w stosunku do końcowej masy mieszaniny, za pomocą ultradźwięków do uzyskania homogenicznej pasty, którą wprowadza się następnie do zolu nieorganicznego związku krzemu tj. do zolu kwasu metakrzemowego zawierającego 20-50% masowych krzemionki, o pH 9-10, stosując 1 część masową pasty na 2-3 części masowe zolu, całość miesza się, po czym otrzymany kompozyt suszy się konwekcyjnie w temperaturze 50-100°C.
PL 227 996 B1
Sposób wytwarzania materiału kompozytowego chitozan/hydroksyapatyt/krzemionka, przeznaczonego na substytuty kości, z soli chitozanowej, octanu wapnia, wodorofosforanu sodu, fosforanu sodu, trifosforanu pentasodowego i związku krzemu, według wynalazku polega na tym, że sól chitozanową jak octan, chlorek, mleczan lub cytrynian chitozanu, o masie cząsteczkowej poniżej 1000 kDa miesza się z roztworem wodnym octanu wapnia i roztworem wodnym wodorofosforanu sodu stosując 1,5-3,2 części masowe octanu wapnia i 1-2 części masowych wodorofosforanu sodu na 1 część masową soli chitozanowej o stężeniu chitozanu 1,5-3,0%, po czym do otrzymanej mieszaniny wprowadza się 0,5-1,2 części masowych zolu kwasu metakrzemowego o zawartości krzemionki 20-50% masowych i o pH 9-10, zawierającego 1 część masową roztworu wodnego fosforanu sodu i trifosforanu pentasodowego użytych w stosunku masowym 1:1, następnie całość miesza się, po czym otrzymany kompozyt suszy się konwekcyjnie w temperaturze 50-100°C. Mieszaninę soli chitozanowej z roztworem wodnym octanu wapnia i wodorofosforanu sodu stosuje się w ilości 10-15 części masowych na 5-30 części masowych zolu zawierającego roztwór wodny fosforanu sodu i trifosforanu pentasodowego.
W sposobie według wynalazku zol kwasu metakrzemowego w połączeniu z chitozanem tworzy sieć, która może stanowić mocne, sztywne, rusztowanie substytutu kości, w którym zamknięty jest hydroksyapatyt. W sposobie według wynalazku, w pierwszym etapie wykorzystuje się słabe wiązanie hydroksyapatytu z cząsteczką chitozanu, umożliwiające wprowadzenie zolu kwasu krzemowego, a następnie poprzez wiązania (mostki wodorotlenowe) utworzenie sieci z kwasem krzemowym.
Produkt otrzymany sposobem według wynalazku charakteryzuje się rozwiniętą powierzchnią z ultraporami o wielkości poniżej 10 μm, gęstością porównywalną z gęstością kości rzędu 300-1100 kg/m oraz wytrzymałością na ściskanie rzędu 0,3-10 MPa (parametry mechaniczne dla kości gąbczastej:
wytrzymałość na ściskanie 2-12 MPa, wartość modułu Younga 0,05-0,5 GPa), gęstość zdrowej kości 3 gąbczastej waha się, w zależności od wieku, pomiędzy 100-1111 kg/m3), skurczem objętościowym poniżej 60%. Produkt ten jest nietoksyczny, na jego powierzchni następuje wzrost osteoblastów.
Właściwości produktu otrzymanego sposobem według wynalazku predysponują go do zastosowania jako interesujący materiał na substytut kości.
Sposób według wynalazku ilustrują poniższe przykłady.
P r z y k ł a d 1
0,4 g chitozanu o masie cząsteczkowej 380 kDa i stopniu deacetylacji 83% rozpuszczono w 10 g 4% roztworu wodnego kwasu octowego, następnie wprowadzono nanoproszek hydroksyapatytowy zachowując stosunek masowy kwasu do proszku 2:1, całość mieszano w łaźni ultradźwiękowej do uzyskania homogenicznej pasty, po czym do zolu kwasu krzemowego wprowadzono otrzymaną pastę przy stosunku masowym zolu do pasty 2:1. Po wymieszaniu całości wylano ją do formy o kształcie walca i suszono w temperaturze 50°C.
3
Otrzymany materiał charakteryzował się gęstością 800 kg/m3 oraz modułem Younga dla ściskania rzędu 0,06 GPa, wytrzymałością na ściskanie 1,25 MPa, skurczem objętościowym poniżej 60%.
P r z y k ł a d 2
0,4 g chitozanu o masie cząsteczkowej 380 kDa i stopniu deacetylacji 83% rozpuszczono w 10 g 4% roztworu wodnego kwasu octowego, następnie wprowadzono nanoproszek hydroksyapatytowy zachowując stosunek masowy kwasu do proszku 2:1, całość mieszano w łaźni ultradźwiękowej do uzyskania homogenicznej pasty, po czym otrzymaną pastę wprowadzono do zolu kwasu krzemowego przy stosunku masowym zolu do pasty 2:1, całość mieszano, wylano do formy o kształcie walca i suszono w temperaturze 100°C.
3
Otrzymany materiał charakteryzował się gęstością 800 kg/m oraz modułem Younga dla ściskania rzędu 0,03 GPa, wytrzymałością na ściskanie 0,3 MPa, skurczem objętościowym poniżej 55%.
P r z y k ł a d 3
Do 10,4 g roztworu wodnego octanu chitozanu, otrzymanego przez rozpuszczenie 0,4 g chitozanu o masie cząsteczkowej 220 kDa i stopniu deacetylacji 90% w 4% roztworze wodnym kwasu octowego, wprowadzono nanoproszek hydroksyapatytowy zachowując stosunek masowy kwasu do proszku 2:1, całość mieszano w łaźni ultradźwiękowej do uzyskania homogenicznej pasty, po czym otrzymaną pastę wprowadzono do zolu kwasu krzemowego przy stosunku masowym zolu do pasty 2:1, całość mieszano, wylano do formy o kształcie walca i suszono w temperaturze 100°C.
3
Otrzymany materiał charakteryzował się gęstością 1200 kg/m oraz modułem Younga dla ściskania rzędu 0,04 GPa, wytrzymałością na ściskanie 0,35 MPa, skurczem objętościowym, poniżej 40%.
PL 227 996 B1
P r z y k ł a d 4
0,4 g chitozanu o masie cząsteczkowej 380 kDa i stopniu deacetylacji 83% rozpuszczono w 10 g 4% roztworu wodnego kwasu octowego, następnie wprowadzono nanoproszek hydroksyapatytowy zachowując stosunek masowy kwasu do proszku 4:1 i b-glicerofosforan wapnia zachowując stosunek masowy kwasu do proszku 2:1, całość mieszano w łaźni ultradźwiękowej do uzyskania homogenicznej pasty, po czym otrzymaną pastę wprowadzono do zolu kwasu krzemowego przy stosunku masowym zolu do pasty 2:1, całość mieszano, wylano do formy o kształcie walca i suszono w temperaturze 100°C.
Otrzymany materiał charakteryzował się gęstością 930 kg/m oraz modułem Younga dla ściskania rzędu 0,09 GPa, wytrzymałością na ściskanie 6,55 MPa, skurczem objętościowym poniżej 45%.
P r z y k ł a d 5
0,6 g chitozanu o masie cząsteczkowej 380 kDa i stopniu deacetylacji 83% rozpuszczono w 15 g 4% roztworu wodnego kwasu mlekowego, następnie wprowadzano nanoproszek hydroksyapatytowy zachowując stosunek masowy kwasu do proszku 3:1, całość mieszano w łaźni ultradźwiękowej do uzyskania homogenicznej pasty, po czym otrzymaną pastę wprowadzono do zolu kwasu krzemowego przy stosunku masowym zolu do pasty 3:1, całość mieszano, wylano do formy o kształcie walca i suszono w temperaturze 50°C.
3
Otrzymany materiał charakteryzował się gęstością 730 kg/m oraz modułem Younga dla ściskania rzędu 0,06 GPa, wytrzymałością na ściskanie 4,77 MPa, skurczem objętościowym poniżej 55%.
P r z y k ł a d 6
0,6 g chitozanu o masie cząsteczkowej 380 kDa i stopniu deacetylacji 83% rozpuszczono w 15 g 4% wodnego roztworu kwasu mlekowego, następnie wprowadzono nanoproszek hydroksyapatytowy zachowując stosunek masowy kwasu do proszku 3:1, całość mieszano w łaźni ultradźwiękowej do uzyskania homogenicznej pasty, po czym otrzymaną pastę wprowadzono do zolu kwasu krzemowego przy stosunku masowym zolu do pasty 3:1, całość mieszano, wylano do formy o kształcie walca i suszono w temperaturze 100°C.
3
Otrzymany materiał charakteryzował się gęstością 730 kg/m3 oraz modułem Younga dla ściskania rzędu 0,02 GPa, wytrzymałością na ściskanie 0,6 MPa, skurczem objętościowym poniżej 40%.
P r z y k ł a d 7
0,4 g chitozanu o masie cząsteczkowej 380 kDa i stopniu deacetylacji 83% rozpuszczono w 10 g 4% kwasu octowego. Następnie nanoproszek hydroksyapatytowy wprowadzono do zolu kwasu metakrzemowego zachowując stosunek masowy proszku do zolu 1:10 i mieszano do uzyskania homogenicznego układu, po czym układ ten połączono z roztworem soli chitozanowej w stosunku masowym
1:2. Całość mieszano, wylano do formy o kształcie walca i suszono w temperaturze 100°C.
3
Otrzymany materiał charakteryzuje się gęstością 370 kg/m oraz modułem Younga dla ściskania rzędu 0,01 GPa, wytrzymałością na ściskanie 0,3 MPa, skurczem objętościowym poniżej 60%.
P r z y k ł a d 8
1,2 g chitozanu o masie cząsteczkowej 200 kDa i stopniu deacetylacji 90% rozpuszczono w 20 ml 4% wodnego roztworu kwasu octowego, następnie wprowadzono 38 ml 5% roztworu wodnego Ca(CH3COO)2 i 29 ml 5% roztworu wodnego NaHPO4. Do 30 ml zolu kwasu krzemowego dodano 40 ml roztworu wodnego zawierającego Na3PO4 i Na5P3O10 w stosunku masowym 1:1, w łącznej ilości 70 ml, po czym dodano do roztworu soli chitozanowej. Całość mieszano, wylano do formy o kształcie walca i suszono w temperaturze 70°C.
3
Otrzymany materiał charakteryzował się gęstością 700 kg/m3 oraz wytrzymałością na ściskanie 0,5 MPa, skurczem objętościowym poniżej 50%.
P r z y k ł a d 9 g chitozanu o masie cząsteczkowej 100 kDa i stopniu deacetylacji 92% rozpuszczono w 20 g 4% roztworu wodnego kwasu cytrynowego, następnie wprowadzono nanoproszek hydroksyapatytowy zachowując stosunek masowy kwasu do proszku 4:1, całość mieszano w łaźni ultradźwiękowej do uzyskania homogenicznego układu, po czym do zolu kwasu krzemowego wprowadzono sól chitozanową zawierającą hydroksyapatyt, przy stosunku masowym zolu do soli chitozanowej zawierającej hydroksyapatyt 2:1, całość mieszano, wylano do formy o kształcie walca i suszono w temperaturze 100°C.
3
Otrzymany materiał charakteryzuje się gęstością 850 kg/m oraz wytrzymałością na ściskanie 0,45 MPa, skurczem objętościowym poniżej 50%.
Claims (2)
1. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego chitozan/hydroksyapatyt/krzemionka, przeznaczonego na substytuty kości, z soli chitozanowej, hydroksyapatytu i związku krzemu, z wykorzystaniem ultradźwięków, znamienny tym, że roztwór wodny soli chitozanowej, jak octan, chlorek, mleczan lub cytrynian chitozanu, sporządzonej z chitozanu o masie cząsteczkowej poniżej 1000 kDa, miesza się z nanoproszkiem hydroksyapatytowym użytym w ilości 3-13% masowych w stosunku do masy soli chitozanowej oraz ewentualnie z glicerofosforanem wapnia użytym w ilości 3-20% masowych w stosunku do końcowej masy mieszaniny, za pomocą ultradźwięków do uzyskania homogenicznej pasty, którą następnie wprowadza się do zolu kwasu metakrzemowego zawierającego 20-50% masowych krzemionki i o pH 9-10, stosując 1 część masową pasty na 2-3 części masowe zolu, całość miesza się, po czym otrzymany kompozyt suszy się konwekcyjnie w temperaturze 50-100°C.
2. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego chitozan/hydroksyapatyt/krzemionka, przeznaczonego na substytuty kości, z soli chitozanowej, octanu wapnia, wodorofosforanu sodu, fosforanu sodu, trifosforanu pentasodowego i związku krzemu, znamienny tym, że sól chitozanową jak octan, chlorek, mleczan lub cytrynian chitozanu, o masie cząsteczkowej poniżej 1000 kDa miesza się z roztworem wodnym octanu wapnia i roztworem wodnym wodorofosforanu sodu, stosując 1,5-3,2 części masowych octanu wapnia i 1-2 części masowych wodorofosforanu sodu na 1 część masową soli chitozanowej o stężeniu chitozanu 1,5-3,0%, po czym do otrzymanej mieszaniny wprowadza się 0,5-1,2 części masowych zolu kwasu metakrzemowego o zawartości krzemionki 20-50% masowych i o pH 9-10, zawierającego 1 część masową roztworu wodnego fosforanu sodu i trifosforanu pentasodowego użytych w stosunku masowym 1:1, następnie całość miesza się, po czym otrzymany kompozyt suszy się konwekcyjnie w temperaturze 50-100°C, przy czym mieszaninę soli chitozanowej z roztworem wodnym octanu wapnia i wodorofosforanu sodu stosuje się w ilości 10-15 części masowych na 5-30 części masowych zolu zawierającego roztwór wodny fosforanu sodu i trifosforanu pentasodowego.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL411938A PL227996B1 (pl) | 2015-04-10 | 2015-04-10 | Sposób wytwarzania materiału kompozytowego chitozan/ hydroksyapatyt/krzemionka |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL411938A PL227996B1 (pl) | 2015-04-10 | 2015-04-10 | Sposób wytwarzania materiału kompozytowego chitozan/ hydroksyapatyt/krzemionka |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL411938A1 PL411938A1 (pl) | 2016-10-24 |
| PL227996B1 true PL227996B1 (pl) | 2018-02-28 |
Family
ID=57821597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL411938A PL227996B1 (pl) | 2015-04-10 | 2015-04-10 | Sposób wytwarzania materiału kompozytowego chitozan/ hydroksyapatyt/krzemionka |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL227996B1 (pl) |
-
2015
- 2015-04-10 PL PL411938A patent/PL227996B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL411938A1 (pl) | 2016-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Meng et al. | Effects of adding resorbable chitosan microspheres to calcium phosphate cements for bone regeneration | |
| Hayashi et al. | Granular honeycombs composed of carbonate apatite, hydroxyapatite, and β-tricalcium phosphate as bone graft substitutes: effects of composition on bone formation and maturation | |
| Pina et al. | Natural‐based nanocomposites for bone tissue engineering and regenerative medicine: A review | |
| JP5646849B2 (ja) | 有マクロ孔性および高い吸収性を有するアパタイト型リン酸カルシウムセメント | |
| JP5792633B2 (ja) | モネタイトと他の生物活性カルシウムの複合物及びシリコン化合物に基づく骨再生材料 | |
| Alves Cardoso et al. | Gelation and biocompatibility of injectable Alginate–Calcium phosphate gels for bone regeneration | |
| Wang et al. | A versatile and injectable poly (methyl methacrylate) cement functionalized with quaternized chitosan-glycerophosphate/nanosized hydroxyapatite hydrogels | |
| CN101496909A (zh) | 聚多糖/磷酸钙复合骨水泥及其制备方法 | |
| KR20160032116A (ko) | 생체모방 콜라겐-히드록시아파타이트 복합재 재료 | |
| Van Ho et al. | Novel TOCNF reinforced injectable alginate/β-tricalcium phosphate microspheres for bone regeneration | |
| CN112263709A (zh) | 一种注射型镁基碳纳米管复合微球活化磷酸钙生物骨粘合剂及其制备方法和应用 | |
| WO2022166408A1 (zh) | 一种生物活性骨用复合材料及其制备方法和应用 | |
| Arahira et al. | Characterization and in vitro evaluation of biphasic α-tricalcium phosphate/β-tricalcium phosphate cement | |
| CN101284150B (zh) | 聚合物增强硅酸钙复合多孔骨水泥 | |
| Ginebra et al. | Injectable biomedical foams for bone regeneration | |
| WO2018209337A1 (en) | Bio-material composition and methods of use | |
| CN111773432A (zh) | 镁基非晶-磷酸钙/硅酸钙复合填充物及其制备与应用 | |
| Stojkovska et al. | Novel composite scaffolds based on alginate and Mg‐doped calcium phosphate fillers: Enhanced hydroxyapatite formation under biomimetic conditions | |
| Vokhidova et al. | Synthesis and application of chitosan hydroxyapatite: A Review | |
| RU2494721C1 (ru) | Биосовместимый костнозамещающий материал и способ получения его | |
| Andronescu et al. | Nano-hydroxyapatite: Novel approaches in biomedical applications | |
| Lagopati et al. | Hydroxyapatite scaffolds produced from cuttlefish bone via hydrothermal transformation for application in tissue engineering and drug delivery systems | |
| Chen et al. | Calcium phosphate bone cements: their development and clinical applications | |
| JP2005531339A (ja) | 組織工学的な整形外科用スキャッフォールド | |
| US20170065740A1 (en) | High strength synthetic bone for bone replacement for increasing ompressive strength and facilitating blood circulation, and manufacturing method therefor |