PL 447483 A1 2/13 Sposób otrzymywania biomaterialu kosciozastepczego w postaci hybrydowych granul Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania biomaterialu kosciozastepczego w postaci hybrydowych granul na bazie hydroksyapatytu. Sposób otrzymywania wedlug wynalazku pozwoli na uzyskanie granul, które moga byc wykorzystane jako komponenty materialów wiazanych chemicznie, które do procesu wiazania potrzebuja wody lub roztworów wodnych, badz samodzielnie jako wypelniacze ubytków kostnych. Fosforany (V) bioceramicznych, wapnia stanowia grupe znajdujaca szerokie materialów zastosowanie w medycynie regeneracyjnej i inzynierii tkanki kostnej. Przykladowe zastosowania fosforanów (V) wapnia obejmuja ceramike spiekana, cementy kostne, granule oraz powloki na metalowych implantach. Sa to materialy biozgodne i bioaktywne, wykazujace podobienstwo chemiczne do nieorganicznej fazy kosci ludzkiej (apatytu kostnego). Granule fosforany bioceramiczne (V) w medycynie, wapnia miedzy i kompozytowe, moga zawieraJace wykorzystywane innvmi w inzynierii tkanek twardych, w sposób samodzielny, jako wypelniacze ubytków kostnych, materialów lub jako skladowe wiazanych materialach chemicznie wiazanych kompozytowych. w chemicznie, typu biomikrobeton, granule pelnia role kruszywa. Granule mocowane sa w matrycy kompozytu w procesie wiazania fizykochemiczne, glównie fazy cementowej. wytrzymalosc Parametry mechaniczna materialu, warunkowane sa procesami adhezji fizycznej PL 447483 A1 3/13 lub chemicznej komponentów skladowych. Adhezja na granicy faz osnowa-granula zazwyczaj jest niezadawalaj aca, co po implantacji moze przekladac sie na przyspieszona degradacje materialu. Celem niniejszego wynalazku jest zatem dostarczenie granul hybrydowych, zmodyfikowanych silanowymi srodkami sprzegajacymi, które eliminuja wspomniane powyzej wady. Silanowe srodki sprzegajace (SCA) to zwiazki krzemoorganiczne posiadajace zdolnosc laczenia materialów o odmiennych strukturach. Maja one pelnic role czynnika pomostuj acego pomiedzy faza granul i osnowa, wspomagajac proces adhezji. Z publikacji Ghorbani i wspólpracownicy ( Ghorbani, F., :;amanian, A., Behnamghader, A., & Daliri Joupari, M., (2018). A novel patlHvay for in situ synthesis of modified qelatin microspneres by silane couplinq agents as a bioactive platform. Journal of Applied Polymer Science, 135(41), 46739), znane sa hybrydowe mikrosfery na bazie zela tyny i GPTMS ( 3- glicydyloksypropylotrimetoksysi lanu), syntezowane przy uzyciu metody jednofazowej emulsji W/O. W sposobie wg. artykulu zelatyna zostala rozpuszczona w wodzie destylowanej (20% (W/V) i mieszana przez 12 godzin w temperaturze 40°C. Nastepnie do roztworu dodano GPTMS o stezeniu 20% wagowych i mieszano przez 2 godziny. Do 1 li tra fazy olej owej ( olej slonecznikowy, oliwa z oliwek) stopniowo dodano 20 ml roztworu wodnego za pomoca strzykawki o 27-calowej igle, z szybkoscia 40 kropli na minute, przy mieszaniu fazy olejowej wirówka PL 447483 A1 4/13 mechaniczna obracajaca sie z predkoscia 2000 obr .. 1 min. W ten sposób uzyskano mikrosfery. W artykule opisane jest otrzymywanie mikrosfer zelatynowych przy uzyciu techniki jednofazowej emulsji, a nastepnie sieciowanie ich za pomaca silanowych srodków sprzegajacych. W proponowanym sposobie wg. wynalazku otrzymujemy hybrydowe granule modyfikowane srodkami sprzegaj acymi powierzchniowo. Wykorzystuje sie tu modyfikacje powierzchniowa granul w celu uzyskania korzystnych wlasciwosci powierzchniowych, umozliwiajacych sprzeganie z osnowa materialów wiazanych chemicznie. polskiego opisu patentowego PL190486B1 sposób wytwarzania wysokoreaktywnych znany jest proszków fosforanów wapnia, który polega na tym, ze wytraca sie jednostopniowa osady fosforanów wapnia, dodajac powoli do zawiesiny Ca(OH)2 roztwór H3PO4, przy czym ilosc wyjsciowych reagentów jest taka, aby stosunek mo owv CaO:P2Os wynosil 1,55:1,66, pH srodowiska reakcyjnego utrzymuje sie w granicach 5-11, temperature w granicach 18-90°C. Równoczesnie intensywnie miesza sie zawiesine reakcyj na. Fosforany wapnia wytracaja sie w postaci amorficznych osadów, w których stosunek molowy Ca/P wynosi 1,50-1,66. Osady te poddaje sie nastepnie procesowi dojrzewania w nastepstwie przez czego kilkadziesiat godzin, ulegaja przemianie w niestechiometryczny hydroksyapatyt, w którego strukturze obecne sa jony HPO4 2 -. Po odfiltrowaniu, wysuszeniu, rozdrobnieniu, prazy sie je w temperaturze 700-900°C, uzyskujac wysokoreaktywne proszki, bedace mieszanina HAp i TCP lub monofazowy proszek TCP. PL 447483 A1 /13 Z pracy Rehman i wspólpracowników (Rehman, S., Knan, K., Mujahid, .M. r & Nosheen, S. (2016). Synthesis of nano- hydroxyapa ti te and its functionalization by silane Science and Engineering: C, rapid media ted surface coupling agent. Materials 58, 675-681), znana jest metoda otrzymywania nanorurek hydroksyapatytowych syntezowanych za pomoca jednoetapowego mokrego procesu sedymentacji, a nastepnie ich powierzchniowej funkcjonalizacji za pomoca aminopropylotrietoksysilanu (APTS) Znane sa równiez patenty oraz artykuly opisujace otrzymywanie granul bioceramicznych i kompozytowych, zawierajacych hydroksyapatyt. Z po skiego opisu patentowego PL 194 7 1 B znany jest sposób otrzymywania materialu kompozytowego w formie granul o rozmiarach O, 2-0, 5mm, formowanego z placka filtracyjnego powstalego po syntezie proszku hydroksyapa tyt owego metoda mokra. W tym cel u placki zej O, 63mm, a nas tepnie O, 2 5-0, 63mm, które nas tepnie suszy sie i rozdrabnia oddziela ziarna o frakcji wypala sie w temperaturze uzyskujac frakcje 0,2-0,Smm. 1250°C przez dwie godziny Znane jest takze z publikacji Anety Zimy (Zima, A. (2018). Hydroxyapatite-chitosan based bioactive hybrid biomaterials with improved mechanical strength. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 193, 175-184), otrzymywanie hybrydowych granul hydroksyapatytowo-chitozanowych z wykorzystaniem PL 447483 A1 6/13 mokrej syntezy filtracyjnego rozmiarze oczka. chemicznej przez sita oraz o przesiewania placka odpowiednio dobranym Wynalazek granul rozwiazuJ e problem otrzymywania hybrydowych metylocelulozowo-hydroksyapatytowych powierzchniowo modyfikowanych silanowymi §rodkami sprzegajacymi, o wiekszej adhezji na granicy faz osnowa granula, a tym samym wiekszej trwalo§ci wytworzonych biomaterialów ko§ciozastepczych. Ponadto sposób wedlug wynalazku nie wymaga etapu wysokotemperaturowej obróbki cieplnej. Sposób otrzymywania biomaterialu ko§ciozastepczego w postaci hybrydowych granul polegajacy na dodaniu jonów fosforanowych (V) do wodnej zawiesiny wodorot enku wapnia Ca(OH)2 w warunkach intensywnego mieszania i suszenia charakteryzuje s ie tym, ze do wodnej zawiesiny wodorotlenku wapnia Ca(OH)2 dodaje sie wodna mieszanine jonów fosforanowych (V), przy czym stosunek molowy wapn : fosfor zawiera sie w przedziale od 1,4 do 1,8, oraz wodny roztwór metylocelulozy w ilosci do uzyskania od 1 do 50 mas. metylocelulozy w koncowym produkcie, a pH §rodowi ska utrzymuje sie na poziomie 6- 14, wytracony osad poddaje sie dojrzewaniu, po czym zamraza sie na okres co najmniej jednej godziny w temp. od -1 °C do -50°C, nastepnie rozmraza i suszy w temperaturze od 5°C do 80°C i frakcjonuje za pomoca sit, nastepnie uzyskane granule dodaje sie do roztworu silanowego srodka sprzegajacego w alkoholu o stezeniu -99,9%, przy czym ilosc silanowego srodka wynosi od PL 447483 A1 7/13 O, 1 do 30 mas., nastepnie calosc miesza sie w temperaturze 10-50°C i pozostawia w roztworze na czas nie krótszy niz 20 minut, nastepnie granule suszy sie. I<~orzystnie jako jony fosforanowe (V) stosuje sie jony wprowadzone w postaci H3PO4, K_3PO4, Na3PO4. Korzystnie pH srodowiska reguluje sie przy pomocy wodorotlenków, a najlepiej NaOH, KOH. Korzystnie otrzymane granule pozostawia sie na powietrzu lub umieszcza w urzadzeniu suszacym w temperaturze od °C do 150°C, do calkowitego odparowania alkoholu. Proponowane rozwiazanie eliminuje wade niewystarczajacego przylegania granul do osnowv biomaterialów wiazanych chemicznie. W sposobie wedlug wynalazku uzyskuje sie granule hybrydowe o korzystnych 1;1lasciwosciach pozwalajacych na scisle polaczenie na granicy faz granula/osnowa dzieki obecnosci silanowych srodków sprzegajacych na powierzchni granul które pozwalaj a na ich efektywne wiazanie z osnowa biomaterialów wiazanych chemicznie (np. bioceramicznych cementów kostnych). Material samoorganizuje siew forme granul i nie jest poddawany wysokotemperaturowej obróbce cieplnej, co obniza czas i koszty jego produkcji. Granule uzyskane wg. proponowanego sposobu moga znalezc zastosowanie jako substytuty kostne oraz komponenty wiazanych chemicznie biomaterialów (cementów kostnych, biomikrobetonów). Przedmiot wynalazku zostal przedstawiony w przykladach wykonania. PL 447483 A1 8/13 Przyklad 1 w 1 litrze wody destylowanej rozpuszczono 10g met ocelulozy, a nastepnie dodano 100 ml wodnego roztworu kwasu fosforowego (V) . Uzyskana mieszanine wkroplono do uprzednio przygotowanej zawiesiny Ca(OH)2 w 1 li trze wody destylowanej. Ilosc kwasu oraz zasady dobrano tak ze stosunek molowy wapnia do fosforu Ca/P wynosil 1, 67. W trakcie prowadzenia procesu syntezy, zawiesine reakcyjna mieszano w temperaturze pokojowej, a pH utrzymywano powyzej 1 O za pomaca roztworu NaOH. Uzyskany osad pozostawiono na 48 godzin. Nastepnie osad zamrozono w temperaturze od -6°C do -10°C na 48 godzin, a nastepnie rozmrozono, uzyskujac samoformujace sie granule. Granule poddano suszeniu w temperaturze od 38°C do 42°C i frakcjonowano z uzyciem sit. Do zlewki z 100 cm 3 99,5 roztworu alkoholu etylowego dodano tetraetoksysilan (TEOS) w ilosci Sg i mieszano na mieszadle magnetycznym w temperaturze 20°C -24 °c przez minut. Granule dodano do roztworu silanowego srodka sprzegaj acego w alkoholu, a nastepnie calosc poddano mieszaniu w temperaturze 20°C -24°C i pozostawiono w roztworze na 120 minut. Nastepnie granule umieszczono w suszarce w temperaturze 42°C -47°C, do calkowitego odparowania alkoholu. Przyklad 2 w litrze wody destylowanej rozpuszczono 20g metylocelulozy, a nastepnie dodano 500ml roztworu H3PO4. Do 500ml wody destylowanej dodano tlenek wapnia (CaO) zawiesine mieszano a nastepnie, przy ciaglym mieszaniu, PL 447483 A1 9/13 dodano mieszanine metylocelulozy i H3PO1. Ilosc kwasu oraz zasady dobrano tak aby stosunek molowy wapnia do fosforu Ca/P wynosil 1,55. W trakcie prowadzenia procesu syntezy zawiesine reakcyjna mieszano w temperaturze pokojowej, a pH utrzymywano powyzej 1 O za pomaca roztworu KOH. Uzyskany osad pozostawiono na 72 godziny. Nastepnie osad zamrozono w temperaturze od -16 do -22°C na 4 8 godzin, a nastepnie rozmrozono. Uzy,skane granule poddano suszeniu w temperaturze 40°C 45°c i frakcjonowano z uzyciem sit. Do zlewki z 500 cm3 70 roztworu alkoholu etylowego dodano (3- glicydyloksypropyl)trimetoksysilanu (GPTMS) w ilosci 2g i mieszano na mieszadle ma<:p1etycznym w temperaturze od 18°C do 25°C przez 30 minut. Granule dodano do roztworu GPTMS w alkoholu, a nastepnie calosc :rrueszano w temperaturze 20°C - 25°C i pozostawiono w roztworze na 6 godzin. Nastepnie granule umieszczono w urzadzeniu suszacym w temperaturze 98°C - 102°C, do calkowitego odparowania alkoholu. PL 447483 A1 /13 Zastrzezenia 1. Sposób otrzymywania biomaterialu kosciozastepczego w postaci hybrydowych granul polegajacy na dodaniu jon.ów fosforanowych (V) do wodnej zawiesiny wodorotlenku wapnia Ca(OH)2 w warunkach intensywnego mieszania i suszenia znamienny tym, ie do wodnej zawiesiny wodorotlenku wapnia Ca(OH)2 dodaje sie wodna mieszanine jon.ów fosforanowych (V), przy czym stosunek molowy wapn : fosfor zawiera siew przedziale od 1,4 do 1,8, oraz wodny roztwór metylocelulozy w ilosci do uzvskania od 1 do 50 mas. metylocelulozy w koncowym produkcie, a pH srodowiska utrzymuje wytracony osad poddaje zamraza s ie na okres sie na poziomie sie dojrzewaniu, co najmniej jednej 6-14, po czym godziny w temp. od -1°C do - 50°C, nastepnie rozmraza i suszy w temperaturze od 5°C do 80°C i frakcjonuje za pomaca sit, nastepnie uzvskane granule dodaje sie do roztworu silan.owego srodka sprzegajacego w alkoholu o stezeniu 10-99,9%, przy czym ilosc silan.owego srodka wynosi od 0,1 do 30 mas., nastepnie calosc miesza sie w temperaturze 10-50°C i pozostawia w roztworze na czas nie krótszy niz minut, nastepnie granule suszy sie. 2. Sposób wedlug zastrz.1, znamienny tym, ze jako jony fosforanowe (V) stosuje sie jony wprowadzone w postaci H3PO4, K3PO4, Na3PQ4. 3. Sposób wedlug zastrz.1, znamienny tym, ze pH srodowiska reguluje sie przy pomocy wodorotlenków, korzystnie NaOH, KOH. PL 447483 A1 11/13 4. Sposób wedlug zastrz .1, znamienny tym, ze otrzymane granule pozostawia sie na powietrzu lub umieszcza w urzadzeniu suszacym w temperaturze od 25°C do 150°C, do calkowitego odparowania alkoholu. PL 447483 A1 12/13 al. Niepodleglosci 188/192 00-950 Warszawa, skr. poczt. 203 URZAD PATENTOWY RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ tel.: (+48) 22 579 05 55 I fax: (+48) 22 579 00 Ol e-mail: kontakt@uprp.gov.pl I www.uprp.gov.pl SPRAWOZDANIE O STANIE TECHNIKI DO ZGLOSZENIA NR P.447483 Klasyfikacja zgloszenia: A61L 2'"'/04, A61L 27/12, A61L 27/20. A61L 2':'/50 Podklasy w których prowadzono poszuki" ania: A6 I L27 Bazy komputerowe w których prowadzono poszukiwania: EPODOC WPI bazy LJPRP Kategoria dokumentu A A A A Dokumenty - z podm1a identyfikacja PL190486 Bl (AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISLAWA STASZICA, Krakó", PL) 30-12-2005 zastrzezenia PL2 I 0026 BI (AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISLAW A STASZICA. Krakó,,. PL. zastrzezenia) 30-11-2011 zastrzezenia P.Pantak et al., .. The influence of silane coupling agents on the properties of a TCP-based ceramic bone substitutes for orlhopaedic applications„ RSC Adv„ 2023. 13. 34020-3.J.031. htlps//doi.org/10.1039/D3RA06027F E. Cichon et aL . '·Dcvclopmcnt of highly pornus calcium phosphatc bonc ccmcnts applying nonionic surface active agents·, . RSC Adv., 2021, 11. 23908-23921 ~ Dalszy ciag "Tkazu dokumentów na nast9pncj stronic ,; doklm1ent okreslajacy ogólny stan techniki. który nie jest mYa7.rmy 7.a posiack1jacy S7.Czególne 7.naczenie E- dokument staHO\\iaq \\CzcsnicjsLc Lgluszcnic lub patent. ale opublil„owa11)' \\ lub po dacie z,glosLcni:.1, Odniesienie do zaslrz. 1--1- 1--1- 1--1- 1--1- L - doh.umenl. ktory muL.e podclm\ ac w walpli\\ osc zastILegane pierwsLe1i.stv\ u(-wa). lub prL_ytuczun~ w celu ustalenia daty pubh.k.acji mnego cy tuwane.~o dokumentu lub 7. i11ne_qo P.C7ególnego pov.-odu. O - doknmcnt oclnos7.ac:' si9 clo uj:nn1ic11i;i ustnego pr7.C7 zastosow;inic. v,·:yst:i,vicnic lub nj:i,vnic11ic ,v inny sposób, P dokument opublil\..owa11y przed dala Lgloszcnia. ak póLnicj niz zastrLcga11a data picnvszc1islwa, T- dokument pó?.niejsz:'. opublikowanv po dacie ?.gloszenia lub w dacie pierwszenstwa i mebedacy w konflikcie 7.e z_qlos1,emenL ale CYtowanv "- celu nozumiema 7.nsncl lnb teorii lc7.acych ll pocl"tnw ,YynalnzkH X - doL..umc11t o SLCLcgUln~ m Lltaczc1tiu: wslrLcgany \V)' 1ttlaLcL.. nic nwzc byc U\\ az,m)- La HO\\ y lub 1tic moLc byc Uv\ azany za pusiadai<-l:c: puLiom \\ y 11.alazcz:, je Leli Len clo1.umell\ brany 1esl poci mva~e samodz1elme. Y - clokmnent o "7.C7ególn:·m 7.nacze11iu: 7_a,;;tf7egan:v wvm1la1.ek nie mo7.e hyc mYa7any 1.a posiadajacy poziom wy11ala1.c7y. je7.eli ten dokument ?.Ostanie polac7.0ll:V 7 jcdny m lub kiU; .. oma tcgu t: pu doL.umcntami. a tal.Je polacLc1tic b9dzic ucz:\\ istc dla Ln~nvcy, & - dukume11t nalezac) do l~j same.i rodLin: patentu½ e_i. Sprawozdanie wykonal/-a: Beata Chasieniewicz Ekspert Data: 16.05.2024 Uwagi do zgloszenia Sprawozdanie zostalo wykoillllle w oparciu o zastrz.1-4 z dnia 09.0l.2024r. Podpis: /podpisano kwalifikowanym podpisem elektronicznym/ Pismo wydane w formie dokumentu elektronicznego PL 447483 A1 13/13 ZGLOSZENIE NRP.--1-47483 Kontynuacja \\ y kazu dokumentów Kategoria Dokumenty - z podana identyfikacja Odniesienie do dokumentu zastrz. A Sarish Rchrnan ·' Synthcsis of nano-hydro:\.'} apatitc and its rapid mcdiatcd surfacc 1---1- functionalization by silanc coupling agcnC . Volumc 58. 1 January 2016. Pagcs 6 7 5-68 lhttps ://\V\rn .sciencedirect. comfjoumal/materials-science-and-engineering- c. SienceDirect. PL