Состав стекла для пористой биостеклокерамики и способ получения пористой биостеклокерамики

61 6/033, 03 10/04 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СОСТАВ СТЕКЛА ДЛЯ ПОРИСТОЙ БИОСТЕКЛОКЕРАМИКИ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОЙ БИОСТЕКЛОКЕРАМИКИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Бобкова Нинель Мироновна Заяц Наталия Ивановна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) 1. Состав стекла для пористой биостеклокерамики, содержащий 2, , 25, 2 и 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 2,и 2 при следующем соотношении компонентов, мас.2 35,0-40,2 0,1-0,3 2 2,5-5,5 2 1,0-3,0. 2. Способ получения пористой биостеклокерамики, включающий получение из стекла стеклогранулята, его измельчение с получением стеклопорошка, добавление выжигаемой основы, выжигание основы и кристаллизацию и спекание керамики, отличающийся тем,что используют стекло состава по п. 1, из стеклопорошка готовят водную суспензию, дополнительно содержащую глину и карбоксиметилцеллюлозу, и пропитывают ею выжигаемую пенополиуретановую основу.(56)1822 1, 1997.1719332 1, 1992.1728198 1, 1992.2132702 1, 1999.4113021 1, 1992.0563372 1, 1993. Изобретение относится к составам и технологии получения биологически активных стеклокерамических материалов, предназначенных для использования в медицине, в частности, в челюстно-лицевой хирургии костного эндопротезирования. Применение пористых имплантатов из биоактивных материалов в качестве заменителей фрагментов костной ткани позволяет уменьшить сроки их срастания с костью вследствие 5705 1 прорастания костной и соединительной тканей в поры материала. При этом обеспечивается высокопрочное соединение имплантата с костью, а биоактивность исключает его отторжение. Материал имплантата должен иметь однородную пористую структуру с размерами пор более 100 мкм и обладать достаточной механической прочностью и вместе с тем легко поддаваться механической обработке для получения изделий нужных форм и размеров,соответствующих фрагментам заменяемых костей. Известна пористая керамика из фосфата кальция для замещения костей 1. Материал получают спеканием порошка трехкальциевого фосфата или порошка трехкальциевого фосфата с добавлением кальция до мольного соотношения Са/Р, равного 1,67. Однако этот пористый материал имеет низкие показатели прочностных свойств и, кроме того, обладает способностью к ресорбции (полному рассасыванию в организме). Известна также пористая стеклокерамика апатит-диопсид-волластонитового состава для применения в медицине 2. Однако технология ее получения, основанная на выгорании органических добавок (нафталина, полиэтилена) не дает возможность контролировать пористость и размер пор. Наиболее близкими к предлагаемому составу являются составы стекол, предназначенных для получения биоситаллов, содержащих, мас.2 24,44-39,1 СаО 13,78-23,55 А 2 О 3 12,67-29,33 Р 2 О 5 18,35-21,00 К 2 О 3,79-5,70 2 7,66-8,40 3. Из этих составов стекол возможно получение пористой биостеклокерамики. Однако существенным и главным недостатком составов является высокое содержание оксида алюминия (12,67-29,33 мас. ). Известно, что увеличение содержания оксида алюминия в стеклокерамических материалах приводит к снижению их биоактивных свойств. Кроме того, из пористых материалов, в результате увеличения поверхности взаимодействия со средой живого организма, возможно увеличение миграции компонентов, входящих в состав биостеклокерамических материалов, имеющих ограничения по предельной концентрации. Поэтому наличие большого количества оксида алюминия также является нежелательным. Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения стеклокристаллических материалов, которые могут быть использованы в качестве имплантационных 4. Однако способ их изготовления не позволяет получать материал с большими значениями пористости и размерами пор. Задача изобретения - разработка состава стекла, пригодного для получения пористой биостеклокерамики, исключающего вредные для живого организма компоненты, и способа получения на его основе пористой стеклокерамики с равномерной регулируемой пористостью и размерами пор. Указанная задача достигается тем, что состав стекла для пористой биостеклокерамики,содержащий 2, , Р 2 О 5, К 2 О, 2 дополнительно содержит 2, , 2 при следующем соотношении компонентов, мас. 0,1-0,3 2 2,5-5,5 2 1,0-3,0. Для получения пористой структуры предлагается использовать способ, включающий получение из стекла стеклогранулята, его измельчение с получением стеклопорошка, добавление выжигаемой основы, выжигание основы, кристаллизацию и спекание керамики,отличающийся тем, что используется вышеназванное стекло, из стеклопорошка готовят водную суспензию, дополнительно содержащую глину и карбоксиметилцеллюлозу, и пропитывают ею выжигаемую пенополиуретановую основу. Полученная пористая биостеклокерамика с равномерной пористой структурой и регулируемым диаметром пор от 300 до 1000 мкм имеет фазовый состав, близкий к составу 2 5705 1 минеральной части натуральной кости и содержит в качестве основных кристаллических фаз - трикальцийфосфат и фторапатит, что обеспечивает приведенные ниже показатели физико-механических, химических и биологических свойств. Варка стекол для получения пористой биостеклокерамики осуществляется в газовой печи при температуре 1520-1550 С. В качестве сырьевых материалов используются кварцевый песок, фосфаты кальция, углекислый калий, углекислый кальций, фтористый кальций,углекислый магний, углекислый натрий, диоксид циркония. Полученный стеклогранулят проходит помол в халцедоновом барабане с такими же мелющими телами до величины размеров зерен 50 мкм и менее. Затем готовится стекольная суспензия, которая состоит из стеклопорошка, глины, карбоксиметилцеллюлозы и воды. Стекольной суспензией пропитывается пенополиуретановая губка с размерами пор 500-1200 мкм. От размера и формы порового пространства используемой пенополиуретановой губки зависит размер пор пористой стеклокерамики. Заготовки высушиваются при температуре 220-230 С и подвергаются термической обработке, при которой происходит удаление выгорающей основы (300 С),спекание и кристаллизация (1050-1100 С, 60-120 мин). При термической обработке в пористой биостеклокерамике формируются выше приведенные кристаллические фазы. Термообработка не сопровождается ни потерей формы сетчато-ячеистого каркаса, ни растрескиванием образцов. Структура характеризуется равномерным распределением пор,размер которых можно регулировать от 300 до 1000 мкм. Изобретение поясняется выполнением конкретных примеров. Пример 1. Состав стекла для получения пористой биостеклокерамики, мас.2 39,53 СаО 21,94 Р 2 О 5 15,25 К 2 О 4,03 2 11,90,29 2 5,28 2 1,78. Стекло подвергается помолу, готовится стекольная суспензия, состоящая из стеклопорошка, глины, карбоксиметилцеллюлозы и воды, которой пропитываются заготовки из пенополиуретана. Затем заготовки высушиваются и проходят термическую обработку по вышеуказанному режиму. В процессе термообработки выжигается пенополиуретановая основа, происходит кристаллизация и спекание образцов. Остальные примеры выполнялись аналогично, но отличаются количественным соотношением компонентов исходного стекла и приведены в табл. 1. Результаты определений свойств пористой биостеклокерамики представлены в табл. 2. Наилучшие результаты получены при использовании для получения пористой биостеклокерамики стекла следующего состава, мас.2 39,53 СаО 21,94 Р 2 О 5 15,25 К 2 О 4,03 2 11,90,29 2 5,28 2 1,78. Из приведенной таблицы видно, что у заявляемой пористой биостеклокерамики снизилась температура варки стекла, кристаллизации и спекания, концентрации вытяжек из биостеклокерамики в различные среды не превышают предельно допустимые. Таблица 1 Составы пористой биостеклокерамики Компоненты,мас.2 А 23 Р 25 СаО 5705 1 Таблица 2 Свойства пористой биостеклокерамики Показатели свойств Температура варки стекла, С Максимальная температура спекания и кристаллизации, С Средний размер пор, мкм Пористость,Прочность при сжатии, Мпа Химическая устойчивость (концентрация компонентов, входящих в состав биоситаллов по отношению к ПДК в различных средах при месячной экспозиции) по содержанию На На На А 13 выше Дистиллированная вода уровне уровне уровне уровня ПДК в 2 ПДК ПДК ПДК раза На На На Выше уровня 3 раствор молочной кислоты уровне уровне уровне ПДК в 15 раз ПДК ПДК ПДК(А 3) На На На Выше уровня в слюне (иммитация) уровне уровне уровне ПДК в 2 раза 3 ПДК ПДК ПДК( ) На На На Выше уровня в 2 растворе соды уровне уровне уровне ПДК в 4 ПДК ПДК ПДК раза(А 3)) Примечание. Испытания проведены в Минском государственном медицинском институте. Способ изготовления пористой биостеклокерамики позволяет регулировать размер пор и пористость, получать материалы с однородной пористой структурой и достаточно высокими значениями размера пор и пористости. Состав пористой стеклокерамики по проведенной санитарно-химической и токсиколого-гигиенической оценке является безвредным для живого организма и отвечает требованиям, предъявляемым к материалам для костного эндопротезирования. Введенные в дефект костной ткани имплантаты из пористой биостеклокерамики не проявляют выраженных признаков антигенности по отношению к костной ткани и биологической несовместимости. Источники информации 1. Патент Японии 63-174909, МПК А 61 К 6/02, 1988. 2. Патент Японии 61-158841, МПК С 03 С 11/00,61 27/00, 1986. 3. Патент Республики Беларусь 1822, МПК С 03 С 10/04, А 61 К 6/027, 1997. 4.1719332 А 1, 1992. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.