PL237985B1 - Magnetyczny kompozyt bioaktywny oraz sposób wytwarzania magnetycznego kompozytu bioaktywnego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest magnetyczny kompozyt bioaktywny na bazie fosforanu-wapnia, zawierający uwodniony i spolimeryzowany ß-1,3-glukan zwany dalej kurdlanem oraz ceramikę fosforanowo-wapniową w postaci mikroporowatych granul charakteryzujący się tym, że zawiera od 1 do 1000 mg nanocząstek materiału ferrytowego, tak, że ich zawartość wynosi od 0,01 do 99 mg na 1 gram łącznej suchej masy kurdlanu i ceramicznych granul. Materiał ferrytowy stanowią nanocząstki Fe3O4 albo ferryty o wzorze ogólnym: Me11-xMe2xFe2O4, gdzie: Me1 - pierwszy metal wybrany spośród jonów Co2+, Mn2+, NI2+, Fe2+, Zn2+; Me2 - drugi metal, wybrany spośród jonów Co2+, Mn2+, Ni2+, Fe2+, Zn2+; x zawiera się w zakresie od 0 do 1, albo ferryty o strukturze typu rdzeń - otoczka, albo ich dowolna mieszanina. Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania magnetycznego kompozytu bioaktywnego.

Description

Przedmiotem wynalazku jest magnetyczny kompozyt bioaktywny oraz sposób wytwarzania magnetycznego kompozytu bioaktywnego do zastosowań w teranostyce. Kompozyt może znaleźć zastosowanie w termostymulowanym wspomaganiu procesów regeneracyjnych, zwalczaniu chorób neoplastycznych w obrębie tkanki kostnej, a także obrazowaniu biomedycznym w oparciu o wykorzystanie zewnętrznych czynników indukujących energię cieplną takich jak: zmienne pole magnetyczne, promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu bliskiej podczerwieni (zakres I i II optycznej bramki biologicznej) oraz mikrofal.

Tworzywa ceramiczne, takie jak hydroksyapatyty (HAp) i whitlockity (β-TCP - β-fosforan trójwapniowy), a także materiały dwufazowe (BCP) złożone z HAp i TCP, stosowane są od dawna jako materiały do wypełniania ubytków kostnych w ortopedii lub chirurgii szczękowej. W celu polepszenia ich właściwości, tworzywa ceramiczne w postaci granul i proszków bywają łączone z polimerami syntetycznymi lub naturalnymi tworząc biomateriały kompozytowe. Biomateriały stosujące ceramikę są często wzbogacane w substancje mające na celu dodatkowe zwiększenie funkcjonalności biologicznej i wzmocnienie ich potencjału terapeutycznego.

Znane są właściwości magnetyczne nanocząstek z rodziny ferrytów MFe2O4 (gdzie M to: Co²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺). Związki te charakteryzują się efektywną absorpcją promieniowania w zakresie bliskiej podczerwieni (NIR) [1] (pełne dane bibliograficzne publikacji zamieszczono na końcu opisu). Ferryty magnetyczne poddane oddziaływaniu zmiennego pola magnetycznego oraz eksponowane na promieniowanie NIR wykazują szereg interesujących właściwości fizycznych, z których najważniejszym, w kontekście proponowanego rozwiązania, jest zdolność do efektywnego generowania ciepła pod wpływem tych czynników stosowanych osobno bądź ich wspólnej synergii [2]. W przypadku zmiennego pola magnetycznego materiał magnetyczny umieszczony w obrębie jego działania nagrzewa się wskutek występowania trzech głównych mechanizmów strat cieplnych: (1) straty związane z polem koercji i histerezą magnetyczną, (2) straty wskutek generowania prądów wirowych oraz (3) pozostałe straty energii skorelowane z wewnętrzną relaksacją Neel’a (reorientacja momentów magnetycznych) oraz relaksacją zewnętrzną Browna, która polega na ruchu całej cząstki wymuszonym zmiennym polem magnetycznym [3]. Efekty te, są na tyle silne, że mogą prowadzić w układach biologicznych do znaczącego podniesienia lokalnej temperatury powyżej 43°C, które to bezpośrednio może wywołać zniszczenie obiektu biologicznego (hipertermia, bądź ablacja) [4]. Z kolei osiągnięcie zakresu temperatury poniżej 43°C może stymulować procesy regeneracyjne i terapeutyczne wskutek możliwego polepszenia właściwości transportujących ze względu na poszerzenie naczyń krwionośnych [5]. Jest to typowe zjawisko skojarzone bezpośrednio z wzrostem temperatury całego organizmu bądź też jego wybranego obszaru, gdzie ciepło indukowane jest lokalnie. W przypadku oddziaływania monochromatycznego promieniowania z zakresu NIR z magnetycznym materiałem ferrytowym dochodzi do jego silnej absorpcji, której konsekwencją jest jego wzbudzenie, a powrót do stanu podstawowego odbywa się w przeważającej mierze na drodze procesów nieradiacyjnych prowadzących do tego, że energia ta rozpraszana jest na sposób ciepła [6]. Interesującą właściwością jest to, że każdy z tych czynników prowadzi do generowania ciepła, natomiast ich synergia stanowić może podstawę do optymalizacji właściwości kompozytu, w którym zastosowany miałby być magnetyczny materiał ferrytowy. W konsekwencji pozwoliłoby to na znaczące obniżenie zawartości materiału magnetycznego w kompozycie. Wydaje się to być niezmiernie korzystne w kontekście zachowania jego właściwości mechanicznych, a także umożliwia płynną kontrolę nad dostępnym zakresem generowanej temperatury i osiąganym efektem, czyli wspomaganiem procesów terapeutycznych, w tym regeneracyjnych, hipertermii bądź radykalnej ablacji komórek o charakterze patologicznym o działaniu silnie lokalnym.

Bioaktywne materiały kompozytowe na bazie ceramiki fosforanowo-wapniowej i polimerów naturalnych z dodatkiem substancji o właściwościach magnetycznych do zastosowań w medycynie regeneracyjnej cieszą się w ostatnich latach coraz większym zainteresowaniem ze względu na ich ogromny potencjał aplikacyjny w medycynie regeneracyjnej oraz teranostyce, która łączy diagnostykę z jednoczesnym osiągnięciem efektu terapeutycznego [7-14]. W kompozytach wieloskładnikowych przeznaczonych dla medycyny regeneracyjnej dotyczącej uzupełniania ubytków kostnych materiał ceramiczny w postaci hydroksyapatytu wapnia jest czynnikiem zwiększającym osteokonduktywność. Natomiast polimer w tego typu biomateriałach w znaczący sposób poprawia właściwości mechaniczne oraz zwiększa biokompatybilność takiego rusztowania. Rolą materiału magnetycznego w takich materiałach jest przede wszystkim możliwość indukowania za pomocą np. zmiennego pola magnetycznego ciepła, które

PL 237 985 Β1 przyczyniać się będzie do efektywniejszej stymulacji procesów regeneracyjnych bądź też apoptozy komórek neoplastycznych na drodze hipertermii [8, 9, 11, 14], W obecnych rozwiązaniach kompozytów zawierających wyżej wspomniane składniki rusztowań kostnych najczęściej jako polimery stosuje się przede wszystkim naturalnie występujące związki wielkocząsteczkowe takie jak kolagen [8, 11], celulozę [9] czy też chitosan [12, 15],

Znane z publikacji patentowych rozwiązania dotyczą w głównej mierze kompozytów wykazujących zupełnie inną bioaktywność, wynikającą z zastosowania odmiennych układów związków wielkocząsteczkowych.

Z publikacji patentu CN102500333B znany jest magnetyczny kationowy środek powierzchniowo czynny, w którym stosuje się modyfikowane zeolit, hydroksyapatyt, i chitozan oraz tlenek żelaza i kationowy środek powierzchniowo czynny. Kompozyt stosuje się jako adsorbent w technologii oczyszczania wody.

W publikacji CN104117098B ujawniono natomiast rozwiązanie dotyczące trójwymiarowego porowatego stentu magnetycznego z hydroksyapatytu albo polimeru z ukierunkowanym polem magnetycznym do odbudowy kości oraz sposób jego wytwarzania. Zgodnie z opisem, sposób obejmuje następujące etapy: najpierw bioaktywny materiał polimerowy rozpuszcza się w rozpuszczalniku do uzyskania roztworu makrocząsteczkowego. Następnie do roztworu makrocząsteczkowego dodaje się proszek ferrytu magnetycznego i proszek hydroksyapatytu, razem miesza, a wymieszany płyn modeluje, z zastosowaniem liofilizacji, w zewnętrznie przyłożonym polu magnetycznym. W końcowym etapie nadaje się kształt, tnie i namagnesowuje, otrzymując trójwymiarowy porowaty stent.

W opisie zgłoszeniowym CN104815627A opisano metodę przygotowania magnetycznego kompozytowego materiału adsorpcyjnego do defluoracji hydrolizatu białka kryla antarktycznego.

W publikacji CN104888281A opisano sposób otrzymywania magnetycznego rusztowania na bazie chitozanu/hydroksyapatytu do naprawy kości. Sposób obejmuje etapy, w których wytwarza się nanokompozytowy proszek chitozan/hydroksyapatyt; następnie nanoproszek magnetyczny, nanokompozyt chitozanu/hydroksyapatytu i substancję porotwórczą równomiernie miesza się ze sobą; następnie dodaje się zol krzemionki wiążącej i wodę do całkowitego wymieszania i uzyskania zawiesiny; i następnie formuje się przez wytłaczanie, suszy, wyjmuje z formy, usuwa substancję porotwórczą i spieka.

Natomiast w opisie zgłoszeniowym CN107875443A ujawniono trójwymiarowy dwufazowy magnetyczny nanokompozytowy materiał rusztowy do rekonstrukcji kości i chrząstek, który jest wytwarzany z kwasu polimlekowego, naturalnego związku polimerowego, nanohydroksyapatytu i magnetycznych nanocząstek w technice szybkiego formowania, w niskiej temperaturze.

W opisie patentowym PL194616B1 przedstawiono sposób wytwarzania materiałów magnetycznych, w którym niemagnetyczny materiał porowaty zanurza się w cieczy magnetycznej na czas potrzebny do jego całkowitego nasączenia, a następnie suszy w celu odparowania składnika dyspersyjnego cieczy magnetycznej, korzystnie w stałym polu magnetycznym.

W zgłoszeniu US20190054196 opisano implanty kompozytowe do regeneracji i terapii tkanek zapewniające jednoczesne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) i kontrastu obrazowania tomograficznego (CT). Implant kompozytowy jest utworzony ze związku wapnia w postaci nano lub mikrocząstek domieszkowanych pierwszą domieszką skonfigurowaną do zapewnienia kontrastu MRI oraz drugą domieszką skonfigurowaną do zapewnienia kontrastu CT. Związek wapnia nakłada się na polimerową matrycę żelową i liofilizuje do wytworzenia 3-wymiarowej porowatej masy, skonfigurowanej tak, aby zapewniać miejsca integracji i proliferacji tkanek. Ujawniono również sposoby formowania implantu kompozytowego.

Natomiast z opisu patentowego PL206394B1 znany jest kompozyt bioaktywny oraz sposób jego wytwarzania. Kompozyt bioaktywny zawiera β-1,3-glukan (kurdlan) oraz bioceramikę fosforanowo-wapniową w postaci mikroporowatych granul o rozmiarze 0,1-1,0 mm i o porowatości 50-70%. Składniki występują w ilościach (gramy na 100 g wody) ujętych proporcją:

x _ ______________8,l-?-25______________ y ” 2-(0,0701x² - 5,8175x +120,68) gdzie:

x- masa kurdlanu (w g na 100 g wody) y - masa granul (w g na 100 g wody)

PL 237 985 B1

Celem wynalazku jest uzyskanie kompozytu bazującego na materiale bioimplantacyjnym, niezawierającym potencjalnych alergenów (brak polimerów białkowych) dzięki wykorzystaniu jako rusztowania kurdlanu (wielocukru), który charakteryzowałby się wysoką poręcznością chirurgiczną oraz zdolnością do wytwarzania ciepła w reakcji na promieniowanie magnetyczne lub podczerwone o właściwościach przydatnych w terapii nowotworów kości bądź do stymulowania procesów regeneracyjnych. Celem jest również opracowanie prostego sposobu wytwarzania takiego kompozytu.

Cel ten osiągnięto opracowując kompozyt w oparciu o kompozyt znany z patentu PL206394B1, w skład którego wchodzą zmodyfikowane związkami o właściwościach magnetycznych β-1,3 glukan (kurdlan) i ceramika fosforanowo-wapniowa. Wyraźną różnicę proponowanego rozwiązania stanowi dodatek substancji magnetycznej, dzięki którym kompozyt ten nabiera nowych i unikalnych cech materiałowych, umożliwiających zastosowanie go w termostymulowanym wspomaganiu procesów regeneracyjnych, jak również pozwalających wykorzystać go do niszczenia nawrotowych chorób neoplastycznych w obrębie kości.

Istota magnetycznego kompozytu bioaktywnego na bazie fosforanu wapnia, zawierającego uwodniony i spolimeryzowany β-1,3-glukan zwany dalej kurdlanem oraz ceramikę fosforanowo-wapniową w postaci mikroporowatych granul o średnicy 0,1-1,0 mm i o porowatości otwartej 50-70%, przy czym na 100 g wody zastosowanej do wytworzenia kompozytu przypada od 8,1 do 25 g kurdlanu i od 2 do 79 g porowatej ceramiki, polega na tym, że zawiera od 1 do 1000 mg nanocząstek materiału ferrytowego, tak, że ich zawartość wynosi od 0,01 do 99 mg na 1 gram łącznej suchej masy kurdlanu i ceramicznych granul.

Korzystnie, materiał ferrytowy stanowią nanocząstki Fe3O4.

Opcjonalnie, materiał ferrytowy stanowią ferryty o wzorze ogólnym:

Me11-xMe2xFe2O4, gdzie:

Me1 - pierwszy metal, wybrany spośród jonów Co²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺,

Me2 - drugi metal, wybrany spośród jonów Co²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, x zawiera się w zakresie od 0 do 1, lub ich mieszaniny.

Opcjonalnie, materiał ferrytowy stanowią ferryty o strukturze typu rdzeń-otoczka. Przykładowymi materiałami typu rdzeń-otoczka, gdzie rdzeń może stanowić twardy magnetyk, natomiast otoczkę miękki magnetyk są: CoFe2O4@Fe3O4, MnFe2O4@Fe3O4, NiFe2O4@Fe3O4, ZnFe2O4@Fe3O4, lub naprzemiennie, czyli: Fe3O4@CoFe2O4, Fe3O4@ZnFe2O4, Fe3O4@MnFe2O4.

Korzystnie, masa nanocząstek wynosi od 60 do 260 mg na 100 g wody.

Korzystnie, masa granul wynosi od 17 do 71 g na 100 g wody, co pozwala uzyskać kompozyty o dobrych własnościach mechanicznych.

Korzystnie, nanocząstki dodawane do pozostałych składników kompozytu są zawieszone w wodzie, etanolu lub mieszaninie wodno-etanolowej.

Korzystnie, zawartość etanolu nie przekracza 10% objętościowych w stosunku do wody.

Istota sposobu wytwarzania magnetycznego kompozytu bioaktywnego na bazie fosforanu-wapnia, z zastosowaniem β-1,3-glukanu, zwanego dalej kurdlanem w ilości od 8,1 do 25 g na 100 g wody i bioceramiki fosforanowo-wapniowej w postaci mikroporowatych granul, o średnicy 0,1-1,0 mm i o porowatości otwartej 50-70%, w ilości od 2 do 79 g i obejmującego etap, w którym uzyskaną ostatecznie mieszaninę umieszcza się w formach chemoodpornych, ściśle ubijając, dla uniknięcia wprowadzenia pęcherzyków powietrza, zamyka lub przykrywa i ogrzewa w temperaturze 80-100°C, polega na tym, że kurdlan dodaje się do wodnej lub etanolowo-wodnej zawiesiny nanocząstek materiału ferrytowego zawierającej od 1 do 1000 mg nanocząstek i inkubuje od 15 min do 2 godzin do uwodnienia kurdlanu, a następnie dodaje się bioceramikę fosforanowo-wapniową. Po umieszczeniu mieszaniny w formach i jej ubiciu, ogrzewa się ją przez 5-60 minut.

W alternatywnym wariancie istota sposobu wytwarzania magnetycznego kompozytu bioaktywnego na bazie fosforanu-wapnia, z zastosowaniem β-1,3-glukanu, zwanego dalej kurdlanem w ilości od 8,1 do 25 g na 100 g wody i bioceramiki fosforanowo-wapniowej w postaci mikroporowatych granul, o średnicy 0,1-1,0 mm i o porowatości otwartej 50-70%, w ilości od 2 do 79 g i obejmującego etap, w którym uzyskaną ostatecznie mieszaninę umieszcza się w formach chemoodpornych, ściśle ubijając, dla uniknięcia wprowadzenia pęcherzyków powietrza, zamyka lub przykrywa i ogrzewa w temperaturze 80-100°C polega na tym, że bioceramikę fosforanowo-wapniową najpierw nasącza się w wodnej lub etanolowo-wodnej zawiesinie nanocząstek materiału ferrytowego o objętości od 2 do 118,5 ml zawierającej od 1 do 1000 mg nanocząstek, po czym suszy się granule w temperaturze od 25 do 100°C do

PL 237 985 B1 uzyskania stałej masy. Następnie dodaje do wodnej zawiesiny kurdlanu i miesza się dokładnie. Po umieszczeniu mieszaniny w formach chemoodpornych i jej ubiciu, ogrzewa się ją przez 5-60 minut.

Korzystnie, materiał ferrytowy stanowią nanocząstki Fe3O4, albo ferryty o wzorze ogólnym: Me11-xMe2xFe2O4, gdzie:

Me1 - pierwszy metal, wybrany spośród jonów Co²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, Me2 - drugi metal, wybrany spośród jonów Co²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, x zawiera się w zakresie od 0 do 1, albo ferryty o strukturze typu rdzeń - otoczka, albo ich dowolna mieszanina. Korzystnie, stosuje się nanocząsteczki w ilości od 60 do 260 mg na 100 g wody. Korzystnie, stosuje się granule w ilości od 17 do 71 g na 100 g wody.

Kurdlan, według wynalazku, pełni funkcję lepiszcza wiążącego granule dla uzyskania zwięzłej i małoplastycznej kompozycji, a nanocząstki wprowadzone we wskazanej ilości pozwalają na generowanie zakresu temperatury od 37 do 75°C wskutek oddziaływania zmiennego pola magnetycznego (częstotliwość pola do 1 MHz, natężenie pola magnetycznego do 35 kA/m) i/lub monochromatycznej wiązki promieniowania z zakresu NIR (gęstość mocy do 1,5 W/cm², długość fali wzbudzenia w zakresie od 750 do 1800 nm). Gotowy kompozyt można swobodnie formować do pożądanego kształtu przy pomocy noża lub skalpela. Kompozyt można suszyć w temperaturze od 20 do 80°C do uzyskania stałej masy, a następnie przechowywać bez zmiany właściwości w temperaturze pokojowej przez minimum 2 lata, a maksimum 10 lat. Suchy kompozyt, po immersji w płynie (woda, sól fizjologiczna, roztwór substancji leczniczej, roztwór białka) przez 1-60 minut (w zależności od wielkości i kształtu próbki) wchłania płyn, odzyskując własności małoplastyczne i może być dalej przechowywany. Kompozyt można sterylizować i przechowywać w temperaturze pokojowej z wykorzystaniem standardowych metod sterylizacji.

Zaletą wynalazku jest prosty sposób otrzymywania kompozytowego materiału implantacyjnego ceramiczno-kurdlanowego z dodatkiem nanocząstek ferrytowych do wypełnień między innymi ubytków w kościach po wyłuszczeniu nowotworów.

Otrzymany kompozyt może ulegać podgrzaniu do temperatury od 37 do 75°C wskutek oddziaływania zmiennego pola magnetycznego (częstotliwość pola do 1 MHz, natężenie pola magnetycznego do 35 kA/m) i/lub monochromatycznej wiązki promieniowania z zakresu NIR (gęstość mocy do 1,5 W/cm², długość fali wzbudzenia w zakresie od 750 do 1800 nm). Dzięki uzyskaniu tej temperatury może on służyć jako narzędzie terapeutyczne do zwalczania nawracającego raka tkanki kostnej, gdyż po podgrzaniu do temperatury od 43 do 75°C będzie on niszczył odtwarzające się w jego sąsiedztwie komórki nowotworowe wskutek hipertermii bądź ablacji komórkowej. Może on również stymulować procesy regeneracji tkanki kostnej w miejscu implantacji, gdyż po podgrzaniu go do temperatury 37 do 40°C kompozyt może wywołać szybszą cyrkulację płynów tkankowych w okolicy implantu i intensywniejsze odżywienie komórek kostnych migrujących i namnażających się w miejscu implantu. Materiał bioaktywny może również zostać wykorzystany do diagnostyki poimplementacyjnej technikami obrazowania MRI ze względu na to, iż jego podstawowym składnikiem jest substancja magnetyczna wykorzystywana jako kontrast w obrazowaniu rezonansem magnetycznym [11]. Kompozyt taki jest bioaktywny ze względu na zawartość porowatej ceramiki fosforanowo-wapniowej, która po implantacji może uwalniać do otaczającego środowiska jony wapniowe i fosforanowe, służące następnie do syntezy natywnej fazy nieorganicznej budującej kość. Kompozyt wykazuje korzystną małoplastyczność, dzięki czemu można go dopasować przez docięcie skalpelem lub innym ostrym narzędziem chirurgicznym lub przez nacisk do kształtu ubytku i uszczelnić miejsce łączenia implantu z kością.

Przedmiot wynalazku przedstawiony został szczegółowo w przykładowych wykonanych poniżej oraz na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia efekt konwersji różnych czynników indukujących ciepło na temperaturę kompozytu wzbogacanego różnymi zawartościami nanocząstek magnetycznych wprowadzonych do fazy polimerowej:

(1) 2 mg NPs/g suchej masy kompozytu; czynnik indukujący zmienne pole magnetyczne, (2) 2 mg NPs/g suchej masy kompozytu; synergia zmiennego pola magnetycznego i promieniowania lasera 808 nm - kompozyt w płynie Ringera, (3) 1 mg NPs/g suchej masy kompozytu; synergia zmiennego pola magnetycznego i promienio- wania lasera 808 nm - kompozyt w płynie Ringera, (4) 1 mg NPs/g suchej masy kompozytu; czynnik indukujący zmienne pole magnetyczne, (5) 2 mg NPs/g suchej masy kompozytu; czynnik indukujący promieniowanie lasera 808 nm kompozyt w płynie Ringera,

PL 237 985 B1 (6) 1 mg NPs/g suchej masy kompozytu; czynnik indukujący promieniowanie lasera 808 nm - kompozyt w płynie Ringera;

Fig. 2 przedstawia efekt konwersji różnych czynników indukujących ciepło na temperaturę kompozytu wzbogacanego różnymi zawartościami nanocząstek magnetycznych wsączonych do granul HAP:

(1) 2 mg NPs/g suchej masy kompozytu; czynnik indukujący zmienne pole magnetyczne, (2) 2 mg NPs/g suchej masy kompozytu; synergia zmiennego pola magnetycznego i promienio- wania lasera 808 nm - kompozyt w płynie Ringera, (3) 1 mg NPs/g suchej masy kompozytu; czynnik indukujący zmienne pole magnetyczne, (4) 1 mg NPs/g suchej masy kompozytu; synergia zmiennego pola magnetycznego i promienio- wania lasera 808 nm - kompozyt w płynie Ringera, (5) 2 mg NPs/g suchej masy kompozytu; czynnik indukujący promieniowanie lasera 808 nm kompozyt w płynie Ringera, (6) 1 mg NPs/g suchej masy kompozytu; czynnik indukujący promieniowanie lasera 808 nm - kompozyt w płynie Ringera.

P r z y k ł a d 1. Nanomateriały na bazie FesO4 otrzymane zostały w wyniku procesu temperaturowej dekompozycji acetyloacetonianu żelaza(III) (Fe(acac)s) w rozpuszczalniku niepolarnym (acetofenon) zgodnie z procedurą opisaną w literaturze naukowej [12]. W celu uzyskania materiału wyjściowego stanowiącego nanocząstki FesO4 w zawiesinie etanolowej odważono 1,7658 g (5 mmol) Fe(acac)3 i rozpuszczono w 70 ml acetofenonu uzyskując roztwór o intensywnym czerwono-brązowym zabarwieniu. Mieszaninę umieszczono w kolbie jedno szyjnej pod kolumną refluksową i ogrzewano w temperaturze wrzenia rozpuszczalnika w czasie 4 godzin. Po zakończonym procesie materiał magnetyczny odseparowano i oczyszczono poprzez wirowanie i przemywanie 96% roztworem etanolu. Etap ten prowadzono, aż do momentu zaniku charakterystycznego zapachu acetofenonu. Całość zdyspergowano w etanolu i oznaczono stężenie nanocząstek magnetycznych za pomocą techniki wykorzystującej mikrowagę (finalne stężenie 20 mg/ml). Następnie 0,4 g kurdlanu namoczono przez 45 minut w 5 ml wody destylowanej zawierającej nanocząsteczki Fe3O4 w stężeniu 0,8 mg/ml aż do całkowitego uwodnienia polimeru. Do zawiesiny dodano następnie 3,4 g granulatu hydroksyapatytowego o średnicy granul 0,20,6 mm i porowatości otwartej równej 67% i mieszano dokładnie do uzyskania jednolitej masy. Masę umieszczono porcjami w probówce szklanej o średnicy 13 mm w taki sposób, aby nie wprowadzać pęcherzyków powietrza. Probówkę przykryto folią aluminiową i ogrzewano w temperaturze 95°C przez 15 minut. Po 3 godzinach masę kompozytową wyjęto z rurek, przecięto przy użyciu skalpela na kawałki długości 1 cm, wysuszono w temperaturze 37°C do uzyskania stałej masy i wysterylizowano tlenkiem etylenu. Kompozyt poddano inkubacji z buforem o pH 7,4 w proporcji 10 ml buforu na 1 g suchej masy kompozytu przez 6 tygodni w temperaturze 37°C. Kompozyt po inkubacji zachował 92,5% pierwotnie wprowadzonych nanocząstek. Tak uzyskany kompozyt poddano działaniu zmiennego pola magnetycznego (f = 496 kHz, H = 22,016 kA/m), promieniowania o długości fali 808 nm (481 mW) oraz jednoczesnemu oddziaływaniu obu czynników indukcyjnych o tych samych parametrach. Efekt temperaturowy przedstawiono na Fig. 1, uzyskując odpowiednio temperaturę w zakresie od 37°C do 69°C, zależnie od zastosowanego czynnika.

P r z y k ł a d 2. W celu uzyskania materiału wyjściowego stanowiącego nanocząstki Fe3O4 w zawiesinie etanolowej odważono 1,7658 g (5 mmol) Fe(acac)3 i rozpuszczono w 70 ml acetofenonu uzyskując roztwór o intensywnym czerwono-brązowym zabarwieniu. Mieszaninę umieszczono w kolbie jedno szyjnej pod kolumną refluksową i ogrzewano w temperaturze wrzenia rozpuszczalnika w czasie 4 godzin. Po zakończonym procesie materiał magnetyczny odseparowano i oczyszczono poprzez wirowanie i przemywanie 96% roztworem etanolu. Etap ten prowadzono, aż do momentu zaniku charakterystycznego zapachu acetofenonu. Całość zdyspergowano w etanolu i oznaczono stężenie nanocząstek magnetycznych za pomocą techniki wykorzystującej mikrowagę (finalne stężenie 20 mg/ml). Do 6,8 g granulatu hydroksyapatytowego o średnicy granul 0,2-0,6 mm i porowatości otwartej równej 67% dodano równomiernie mieszaninę 6,2 ml wody destylowanej oraz 0,8 ml zawiesiny etanolowej zawierającej 16 mg nanocząsteczek Fe3O4 i wysuszono w temperaturze 37°C do uzyskania stałej masy. Następnie wysuszony granulat dodano do 0,8 g kurdlanu namoczonego przez 30 minut w 10 ml wody destylowanej do całkowitego uwodnienia polimeru i całość mieszano dokładnie do uzyskania jednolitej masy. Masę wprowadzono do probówki szklanej o średnicy 13 mm ściśle ubijając, w taki sposób, aby nie wprowadzać pęcherzyków powietrza. Probówkę przykryto folią aluminiową i ogrzewano w temperaturze 93°C przez 20 minut. Po 20 godzinach masę kompozytową wyjęto z rurek, przecięto przy użyciu

PL 237 985 B1 skalpela na kawałki długości 1 cm i wysuszono w temperaturze 37°C do uzyskania stałej masy. Tak uzyskany kompozyt poddano działaniu zmiennego pola magnetycznego (f = 496 kHz, H = 22,016 kA/m), promieniowania o długości fali 808 nm (481 mW) oraz jednoczesnemu oddziaływaniu obu czynników indukcyjnych o tych samych parametrach. Efekt temperaturowy przedstawiono na Fig. 2, uzyskując odpowiednio temperaturę w zakresie od 37°C do 75°C, zależnie od zastosowanego czynnika.

P r z y k ł a d 3. W celu uzyskania materiału wyjściowego stanowiącego nanocząstki CoFe2O4 w zawiesinie etanolowej odważono 0,64285 g (2,5 mmol) Co(acac)2 i 1,7658 g (5 mmol) Fe(acac)3 i rozpuszczono w 70 ml acetofenonu uzyskując roztwór o intensywnym czerwono-brązowym zabarwieniu. Mieszaninę umieszczono w kolbie jedno szyjnej pod kolumną refluksową i ogrzewano w temperaturze wrzenia rozpuszczalnika w czasie 4 godzin. Po zakończonym procesie materiał magnetyczny odseparowano i oczyszczono poprzez wirowanie i przemywanie 96% roztworem etanolu. Etap ten prowadzono, aż do momentu zaniku charakterystycznego zapachu acetofenonu. Całość zdyspergowano w etanolu i oznaczono stężenie nanocząstek magnetycznych za pomocą techniki wykorzystującej mikrowagę (finalne stężenie 20 mg/ml). Do 6,8 g granulatu hydroksyapatytowego o średnicy granul 0,20,6 mm i porowatości otwartej równej 67% dodano równomiernie mieszaninę 6,2 ml wody destylowanej oraz 0,8 ml zawiesiny etanolowej zawierającej 16 mg nanocząsteczek CoFe2O4 i wysuszono w temperaturze 37°C do uzyskania stałej masy. Następnie wysuszony granulat dodano do 0,8 g kurdlanu namoczonego przez 30 minut w 10 ml wody destylowanej do całkowitego uwodnienia polimeru i całość mieszano dokładnie do uzyskania jednolitej masy. Masę wprowadzono do probówki szklanej o średnicy 13 mm ściśle ubijając, w taki sposób, aby nie wprowadzać pęcherzyków powietrza. Probówkę przykryto folią aluminiową i ogrzewano w temperaturze 93°C przez 20 minut. Po 20 godzinach masę kompozytową wyjęto z rurek, przecięto przy użyciu skalpela na kawałki długości 1 cm i wysuszono w temperaturze 37°C do uzyskania stałej masy.

P r z y k ł a d 4. W celu uzyskania materiału wyjściowego stanowiącego nanocząstki Co1-xMnxFe2O4 na przykładzie składu chemicznego Co0,5Mn0,sFe2O4 w zawiesinie etanolowej odważono 0,3214 g (1,25 mmol) Co(acac)2, 0,31645 g (1,25 mmol) Mn(acac)2 oraz 1,7658 g (5 mmol) g Fe(acac)3 i rozpuszczono w 70 ml acetofenonu uzyskując roztwór o intensywnym czerwono-brązowym zabarwieniu. Mieszaninę umieszczono w kolbie jedno szyjnej pod kolumną refluksową i ogrzewano w temperaturze wrzenia rozpuszczalnika w czasie 4 godzin. Po zakończonym procesie materiał magnetyczny odseparowano i oczyszczono poprzez wirowanie i przemywanie 96% roztworem etanolu. Etap ten prowadzono, aż do momentu zaniku charakterystycznego zapachu acetofenonu. Całość zdyspergowano w etanolu i oznaczono stężenie nanocząstek magnetycznych za pomocą techniki wykorzystującej mikrowagę (finalne stężenie 20 mg/ml). Do 6,8 g granulatu hydroksyapatytowego o średnicy granul 0,20,6 mm i porowatości otwartej równej 67% dodano równomiernie mieszaninę 6,2 ml wody destylowanej oraz 0,8 ml zawiesiny etanolowej zawierającej 16 mg nanocząsteczek Co0,5Mn0,sFe2O4 i wysuszono w temperaturze 37°C do uzyskania stałej masy. Następnie wysuszony granulat dodano do 0,8 g kurdlanu namoczonego przez 30 minut w 10 ml wody destylowanej do całkowitego uwodnienia polimeru i całość mieszano dokładnie do uzyskania jednolitej masy. Masę wprowadzono do probówki szklanej o średnicy 13 mm ściśle ubijając w taki sposób, aby nie wprowadzać pęcherzyków powietrza. Probówkę przykryto folią aluminiową i ogrzewano w temperaturze 93°C przez 20 minut. Po 20 godzinach masę kompozytową wyjęto z rurek, przecięto przy użyciu skalpela na kawałki długości 1 cm i wysuszono w temperaturze 37°C do uzyskania stałej masy. Tak uzyskany kompozyt poddano działaniu zmiennego pola magnetycznego (f = 496 kHz, H = 22,016 kA/m), promieniowania o długości fali 808 nm (481 mW) oraz jednoczesnemu oddziaływaniu obu czynników indukcyjnych o tych samych parametrach.

P r z y k ł a d 5. W celu uzyskania materiału wyjściowego stanowiącego nanocząstki typu rdzeń otoczka CoFe2O4@Fe3O4 w zawiesinie etanolowej odważono 0,64285 g (2,5 mmol) Co(acac)2 i 1,7658 g (5 mmol) Fe(acac)3 i rozpuszczono w 70 ml alkoholu benzylowego uzyskując roztwór o intensywnym czerwono-brązowym zabarwieniu. Mieszaninę umieszczono w kolbie jedno szyjnej pod kolumną refluksową i ogrzewano w temperaturze wrzenia rozpuszczalnika w czasie 4 godzin. Po zakończonym procesie materiał magnetyczny odseparowano i oczyszczono poprzez wirowanie i przemywanie 96% roztworem etanolu. Całość zdyspergowano w alkoholu benzylowym i następnie do tej zawiesiny dodano 0,8829 g (2,5 mmol) Fe(acac)3. Mieszaninę w kolbie jednoszyjnej ponownie umieszczono pod kolumną refluksową. Całość ogrzewano w temperaturze wrzenia rozpuszczalnika w czasie 4 godzin. Po zakończonym procesie materiał magnetyczny odseparowano i oczyszczono poprzez wirowanie i przemywanie 96% roztworem etanolu i oznaczono stężenie nanocząstek magnetycznych za pomocą techniki wy

PL 237 985 B1 korzystającej mikrowagę (finalne stężenie 20 mg/ml). Do 6,8 g granulatu hydroksyapatytowego o średnicy granul 0,2-0,6 mm i porowatości otwartej równej 67% dodano równomiernie mieszaninę 6,2 ml wody destylowanej oraz 0,8 ml zawiesiny etanolowej zawierającej 16 mg nanocząsteczek CoFe2O4@Fe3O4 i wysuszono w temperaturze 37°C do uzyskania stałej masy. Następnie wysuszony granulat dodano do 0,8 g kurdlanu namoczonego przez 30 minut w 10 ml wody destylowanej do całkowitego uwodnienia polimeru i całość mieszano dokładnie do uzyskania jednolitej masy. Masę wprowadzono do probówki szklanej o średnicy 13 mm ściśle ubijając w taki sposób, aby nie wprowadzać pęcherzyków powietrza. Probówkę przykryto folią aluminiową i ogrzewano w temperaturze 93°C przez 20 minut. Po 20 godzinach masę kompozytową wyjęto z rurek, przecięto przy użyciu skalpela na kawałki długości 1 cm i wysuszono w temperaturze 37°C do uzyskania stałej masy.

Tak uzyskany kompozyt poddano działaniu zmiennego pola magnetycznego (f = 496 kHz, H = 22,016 kA/m), promieniowania o długości fali 808 nm (481 mW) oraz jednoczesnemu oddziaływaniu obu czynników indukcyjnych o tych samych parametrach.

Claims (14)

1. Magnetyczny kompozyt bioaktywny na bazie fosforanu-wapnia, zawierający uwodniony i spolimeryzowany 3-1,3-glukan zwany dalej kurdlanem oraz ceramikę fosforanowo-wapniową w postaci mikroporowatych granul o średnicy 0,1-1,0 mm i o porowatości otwartej 50-70%, przy czym na 100 g wody zastosowanej do wytworzenia kompozytu przypada od 8,1 do 25 g kurdlanu i od 2 do 79 g porowatej ceramiki, znamienny tym, że zawiera od 1 do 1000 mg nanocząstek materiału ferrytowego, tak, że ich zawartość wynosi od 0,01 do 99 mg na 1 gram łącznej suchej masy kurdlanu i ceramicznych granul.

2. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał ferrytowy stanowią nanocząstki FesO4.

3. Kompozyt według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że materiał ferrytowy stanowią ferryty o wzorze ogólnym: Me11-xMe2xFe2O4, gdzie:

Me1 - pierwszy metal, wybrany spośród jonów Co²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, Me2 - drugi metal, wybrany spośród jonów Co²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, x zawiera się w zakresie od 0 do 1, lub ich mieszaniny.

4. Kompozyt według dowolnego z zastrz. 1 do 3, znamienny tym, że materiał ferrytowy stanowią ferryty o strukturze typu rdzeń - otoczka.

5. Kompozyt według dowolnego z zastrz. 1 do 4, znamienny tym, że masa nanocząstek wynosi od 60 do 260 mg na 100 g wody.

6. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że masa granul wynosi od 17 do 71 g na 100 g wody.

7. Kompozyt według dowolnego z zastrz. 1 do 5, znamienny tym, że nanocząstki dodawane do pozostałych składników kompozytu są zawieszone w wodzie, etanolu lub mieszaninie wodnoetanolowej.

8. Kompozyt według dowolnego z zastrz. 1 do 5, znamienny tym, że zawartość etanolu nie przekracza 10% objętościowych w stosunku do wody.

9. Sposób wytwarzania magnetycznego kompozytu bioaktywnego na bazie fosforanu-wapnia, z zastosowaniem 3-1,3-glukanu, zwanego dalej kurdlanem, w ilości od 8,1 do 25 g na 100 g wody i bioceramiki fosforanowo-wapniowej w postaci mikroporowatych granul, o średnicy 0,11,0 mm i o porowatości otwartej 50-70%, w ilości 2 do 79 g i obejmujący etap, w którym ostatecznie uzyskaną mieszaninę umieszcza się w formach chemoodpornych, ściśle ubijając, dla uniknięcia wprowadzenia pęcherzyków powietrza, zamyka lub przykrywa i ogrzewa w temperaturze 80-100°C, znamienny tym, że kurdlan dodaje się do wodnej lub etanolowo-wodnej zawiesiny nanocząstek materiału ferrytowego zawierającej od 1 do 1000 mg nanocząstek i inkubuje od 15 min do 2 godzin do uwodnienia kurdlanu, a następnie dodaje się bioceramikę fosforanowo-wapniową, i po umieszczeniu mieszaniny w formach i jej ubiciu, ogrzewa się ją przez 5-60 minut.

10. Sposób wytwarzania magnetycznego kompozytu bioaktywnego na bazie fosforanu-wapnia, z zastosowaniem 3-1,3-glukanu, zwanego dalej kurdlanem, w ilości od 8,1 do 25 g na 100 g wody i bioceramiki fosforanowo-wapniowej w postaci mikroporowatych granul, o średnicy 0,11,0 mm i o porowatości otwartej 50-70%, w ilości 2 g do 79 g, i obejmujący etap, w którym

PL 237 985 B1 ostatecznie uzyskaną mieszaninę umieszcza się w formach chemoodpornych, ściśle ubijając, dla uniknięcia wprowadzenia pęcherzyków powietrza, zamyka lub przykrywa i ogrzewa w temperaturze 80-100°C, znamienny tym, że bioceramikę fosforanowo-wapniową najpierw nasącza się w wodnej lub etanolowo-wodnej zawiesinie nanocząstek materiału ferrytowego o objętości od 2 do 118,5 ml, zawierającej od 1 do 1000 mg nanocząstek, po czym suszy się granule w temperaturze od 25 do 100°C do uzyskania stałej masy, a następnie dodaje do wodnej zawiesiny kurdlanu i miesza się dokładnie, i po umieszczeniu mieszaniny w formach chemoodpornych i jej ubiciu, ogrzewa się ją przez 5-60 minut.

11. Sposób według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że zawartość etanolu w zawiesinie etanol owo-wodnej nie przekracza 10% objętościowych w stosunku do wody.

12. Sposób według dowolnego z zastrz. 9 do 11, znamienny tym, że materiał ferrytowy stanowią nanocząstki Fe3O4, albo ferryty o wzorze ogólnym: Me11-xMe2xFe2O4, gdzie:

Me1 - pierwszy metal, wybrany spośród jonów Co²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺,

Me2 - drugi metal, wybrany spośród jonów Co²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, x zawiera się w zakresie od 0 do 1, albo ferryty o strukturze typu rdzeń - otoczka, albo ich dowolna mieszanina.

13. Sposób według dowolnego z zastrz. 9 do 12, znamienny tym, że nanocząsteczki stosuje się w ilości od 60 do 260 mg na 100 g wody.

14. Sposób według dowolnego z zastrz. 9 do 13, znamienny tym, że granule stosuje się w ilości od 17 do 71 g na 100 g wody.