RS20220531A1 - Nanočestično mezoporozno bioaktivno staklo dopirano jonima stroncijuma i magnezijuma - Google Patents

Abstract

Opisan je nov sastav nanočestičnog mezoporoznog bioaktivnog stakla dopiranog terapeutskim jonima stroncijuma i magnezijuma velike specifične površine i dimenzija mezopora pogodnih za primenu u medicini i stomatologiji za reparaciju i regeneraciju kostiju i zuba, kao i kod zarastanja rana. Opisan je i postupak za dobijanje ovakvog nanočestičnog mezoporoznog bioaktivnog stakla bez primene postupka mlevenja. Navedena je i moguća primena ovako dobijenog nanočestičnog mezoporoznog bioaktivnog stakla u vidu čestica punioca, cementa, prevlaka kao i sinterovanih gustih i poroznih formi.

Description

NANOČESTIČNO MEZOPOROZNO BIOAKTIVNO STAKLO DOPIRANO JONIMA

STRONCIJUMA I MAGNEZIJUMA

Oblast tehnike

Pronalazak pripada oblasti hemije u širem smislu, a odnosi se na nanočestice mezoporoznog bioaktivnog stakla koje sadrže terapeutske jone stroncijuma i magnezijuma za primenu u medicini i stomatologiji, kao i postupak za njihovo dobijanje.

Tehnički problem

Tehnički problem koji se rešava ovim pronalaskom jeste dobijanje nanočestičnog mezoporoznog bioaktivnog stakla bez primene postupka mlevenja, velike specifične površine i dimenzije mezopora sa mogućnošću vezivanja aktivnih supstanci (lekova, faktora rasta i dr.) uz istovremeno prisustvo terapeutskih jona stroncijuma i magnezijuma radi poboljšane osteogeneze/odontogeneze i angiogeneze, kao i integracije sa nativnim tkivom kod primene u medicini i stomatologiji za reparaciju i regeneraciju kostiju i zuba, kao i kod zarastanja rana.

Stanje tehnike

Prvo bioaktivno staklo, 45S5 Biostaklo, je pronašao Leri Henč još 1967. godine. Ono predstavlja prvi sintetički materijal koji je imao sposobnost vezivanja za nativno tkivo bez stvaranja fibrozne kapsule na međugranici tkiva i biomaterijala. Amorfna struktura bioaktivnog stakla omogućava inkorporaciju raznih elemenata, čime je moguće dizajnirati željeni sastav, a time i svojstva krajnjeg materijala. Rastvaranjem bioaktivnog stakla dolazi do otpuštanja jona koji ga čine, poput silicijuma, kalcijuma i fosfora, koji igraju bitnu ulogu u biološkim procesima i stimulišu regeneraciju tkiva. S tim u vezi, bioaktivna stakla su izuzetno atraktivna i istraživana grupa materijala za primenu u medicini, pre svega za regeneraciju koštanog i dentalnog tkiva, a sve vise se ispituje i za lečenje karcinoma. Konvencionalna metoda dobijanja bioaktivnog stakla podrazumeva topljenje staklarske mešavine, najčešće iznad 1300 °C, praćeno naglim hlađenjem rastopa. Očvrslo staklo se dalje melje u mlinu kako bi se usitnilo do željenih dimenzija.

Poslednjih decenija se sve vise koristi niskotemperaturna sol-gel metoda sinteze bioaktivnog stakla koja omogućava bolju kontrolu dimenzija i oblika čestica podešavanjem pH vrednosti sredine tokom reakcije. Prednost ovako dobijenog bioaktivnog stakla leži u njegovoj uniformnoj dimenziji i većoj specifičnoj površini, koja omogućava bolju rastvorljivost stakla. Postupak sol-gel sinteze podrazumeva formiranje sola, a nakon reakcija hidrolize i polikondenzacije formiranje gela, koji se zatim intenzivno ispira i suši kako bi se uklonile organske komponente i rastvarači koji su neretko toksični. Dalje se ovaj osušeni gel (kserogel) kalciniše da nagradi staklo.

Mezoporozna bioaktivna stakla predstavljaju poslednju generaciju sol-gel bioaktivnih stakala, a karakteriše ih postojanje mezopora veličine od 2 - 50 nm i specifična površina iznad 100 m<2>/g. Izuzetno velika specifična površina ovih čestica omogućava adheziju većeg broja ćelija, bržu resorpciju u organizmu, a njihova mezoporoznost i dodatnu mogućnost inkorporacije i kontrolisanog otpuštanja biološki aktivnih supstanci poput proteina, faktora rasta i lekova (antibiotika, hemoterapeutika i drugih). Mikroemulziona sol-gel tehnika se često koristi za dobijanje submikronskih čestica mezoporoznog bioaktivnog stakla, pri čemu se koristi surfaktant kao strukturni agent čijim sagorevanjem u toku kalcinacije nastaju mezopore.

Karakteristično za sol-gel staklo jeste veliko odstupanje nominalnog od realnog sastava usled postupka ispiranja pri sintezi u kome dolazi do spiranja jona kalcijuma. Sa druge strane, ovo intenzivno ispiranje je neophodno kako bi se uklonile toksične organske komponente i sprečila aglomeracija čestica prilikom kalcinacije.

Amorfna struktura bioaktivnog stakla omogućava inkorporaciju terapeutskih jona (stroncijuma, bakra, cinka, srebra, selena i dr.) za lokalno stimulisanje specifičnog odgovora u organizmu nakon implementacije poput proliferacije ćelija, angiogeneze, osteogeneze, odontogeneze i antibakterijske aktivnosti.

Magnezijum predstavlja jedan od osnovnih elemenata u organizmu i igra važnu ulogu u procesima remodelovanja i regeneracije koštanog tkiva indukujući osteogenu diferencijaciju i proliferaciju ćelija. Osim toga, joni magnezijuma imaju sposobnost da indukuju angiogenezu stimulacijom proizvodnje azot(II) - oksida u endotelnim ćelijama što je od izuzetnog značaja za regeneraciju kako koštanog tako i mekog tkiva. Međutim, prisustvo jona magnezijuma u strukturi bioaktivnog stakla, kao jona malog poluprečnika i velike jačine polja, utiče na smanjenje rastvorljivosti bioaktivnog stakla usled čega je smanjena i njegova bioaktivnost, stoga ovakvo staklo ne potpomaže regeneraciji koštanog tkiva u dovoljnoj meri.

Stroncijum se često koristi kao dopant kod biomaterijala za regeneraciju i reparaciju kostiju i zuba usled svoje dvostruke uloge: sa jedne strane povećava proliferaciju osteoblasta, a sa druge smanjuje aktivnost osteoklasta dime je stimulisan rast kosti, a inhibirana njena resorpcija. Slično, stroncijum stimuliše proliferaciju odontoblasta, odnosno odontogenezu.

Dopiranjem mezoporoznog bioaktivnog stakla jednom ili sa vise vrsta terapeutskih jona mogu se dobiti multifunkcionalne nanočestice za primenu prilikom reparacije i regeneracije tkiva, kao i za kontrolisano otpuštanje biološki aktivnih jedinjenja. Međutim, dobijanje nanočestica dopiranog bioaktivnog stakla predstavlja izazov zbog spiranja katjona tokom sinteze, kao i njihove interakcije sa surfaktantom usled čega se smanjuje specifična površina i veličina mezopora datog stakla. Takođe, u toku kalcinacije može doći do kristalizacije nanočestica oksida katjona na površini stakla umesto ugradnje katjona u amorfnu strukturu stakla. Treba naglasiti da u prisustvu vise katjona prilikom sinteze dolazi i do međujonske kompeticije, usled čega je kontrola sastava kod stakala koja sadrže terapeutske jone dodatno otežana.

Radi optimizacije sastava i morfologije čestica stakla, često se nakon kalcinacije primenjuje postupak mlevenja i prosejavanja, kako bi se dobila željena veličina čestica. Međutim, ovaj postupak dovodi do unošenja nečistoća u strukturu i predstavlja dodatan utrošak vremena i energije.

Detaljnom pretragom naučne baze podataka Scopus, pronađen je rad Pouroutzidou i autora (Pouroutzidou et al. 2021, Synthesis and Characterization of Mesoporous Mg-and Sr-Doped Nanoparticles for Moxifloxacin Drug Delivery in Promising Tissue Engineering Applications. Int. J. Mol. Sci, 2021, 577) koji opisuje dopirano mezoporozno staklo sa jonima stroncijuma i magnezijuma kao nosač za kontrolisano otpuštanje lekova. Nominalan hemijski sastav datog stakla je akermanit modifikovan jonima stroncijuma (40 % SiO2: 40 % CaO: (20 - x) % MgO - x % SrO) gde je x = 2 - 6 mol. %. Dobijeni sastav stakala u datom radu je 58,7 -72,9 % SiO2, 16 - 23 % CaO, 9 - 13 % MgO, 1 - 2,5 % SrO (mol.%), što ukazuje na veliko odstupanje nominalnog od realnog sastava. Specifična površina datih stakala je bila u opsegu 668 - 737 m<2>/g, sa prosečnom veličinom čestica u opsegu 152 - 305 nm, u zavisnosti od sadržaja stroncijuma, sa zapreminom pora 1 - 2 cm<3>/g i veličinom pora od 3,0 - 3,1 nm.

Prednost metode sinteze opisane u ovom pronalasku u odnosu na poznatu metodu iz datog naučnog rada jeste u primeni ultrazvučnih talasa energije 300000 - 1000000 J u pulsirajućem režimu uz simultano hlađenje, kao i kontrolisanom sporom ukapavanju reaktanata prilikom sinteze radi bolje kontrole morfologije, čime se postiže manja prosečna veličina čestica 70 -150 nm sa značajno većom veličinom pora ( 5 - 12 nm) koja olakšava vezivanje i otpuštanje terapeutske komponente poput leka ili faktora rasta.

Detaljnom pretragom međunarodne patentne baze ESPACENET pronađena su sledeća rešenja u stanju tehnike: KR102335750B1, CN108714244B, CN111908798A, CA2948704A1, KR20200053083A, US2013059013A1, CN111217523A:

KR102335750B1 (Bacterial cell membrane-adherent bioactive glass nanoparticles): dati patentni dokument opisuje nanočestice mezoporoznog bioaktivnog stakla sa dobrom adhezijom za bakterijsku ćelijsku membranu, koje se sastoje od SiO2, CaO i AgO, prosečne veličine čestica 1 -100 nm bez primene mlevenja, zapremine pora 0,06 - 0,12 cm<3>/g i specifične površine 50 - 100 m<2>/g. Dato rešenje ima za cilj da istovremeno otpušta jone i antimikrobne lekove, kako bi se stimulisala diferencijacija ćelija inficiranog tkiva, kao i sprečila bakterijska infekcija koštanog tkiva. Razlika predloženog rešenja u odnosu na rešenje opisano u patentu KR102335750B1 jeste u hemijskom sastavu odnosno u prisustvu AgO i odsustvu SrO i MgO u slučaju rešenja iz dokumenta KR102335750B1, kao i u značajno većoj zapremini mezopora (0,7 - 1,2 cm<3>/g) i specifičnoj površini čestica (> 350 m<2>/g) u predloženom rešenju. Velika specifična površina čestica omogućava bolju razmenu jona sa okolnom sredinom, kontrolisanu degradaciju materijala i poboljšanu biomineralizaciju, dok veća zapremina pora omogućavaju veći stepen vezivanja aktivne komponente, što čini osnovnu prednost predloženog rešenja u odnosu na rešenje opisano u patentu KR102335750B1.

CN 108714244B (Composite mesoporous bioglass/graphene oxide bone cement and preparation method thereof): dati patentni dokument opisuje kompozitni koštani cement na bazi mezoporoznog bioaktivnog stakla i grafen-oksida sa fototermalnim efektom za primenu nakon operacije tumora. U ovom dokumentu je predstavljena i metoda za dobijanje datog cementa. Hemijski sastav opisanog mezoporoznog stakla je SiO2: CaO : P2O5= 70 - 90 : 25 -5 : 5. Sintetisani grafen-oksid i mezoporozno staklo se zajedno melju u planetarnom mlinu kako bi se dobile čestice ispod 26 µm. Dato mezoporozno staklo je mikročestično i ne sadrži terapeutske jone za stimulisanje osteogeneze i angiogeneze, za razliku od predloženog rešenja.

CN 111908798A (Sr/Mg/Zn/Cu-doped silica-based sol-gel bioactive glass powder, and preparation method and application thereof): dato rešenje predstavlja mikročestično mezoporozno bioaktivno staklo dopirano jonima stroncijuma, magnezijuma, cinka, bakra ili njihovom kombinacijom, dobijeno sol-gel metodom. Postupkom mokrog mlevenja nakon kalcinacije dobijaju se čestice veličine 10 - 900 pm sa specifičnom površinom u rasponu 100 -300 m<2>/g. Osnovna prednost predloženog rešenja u odnosu na patentnu prijavu CN111908798A jeste u znatno većoj specifičnoj površini i nano-dimenziji čestica bioaktivnog stakla koja dovodi do ispoljavanja nano-efekata, što omogućava kontrolisano rastvaranje i bolju razmenu jona sa okolinom, čime je potpomognuta regeneracija tkiva. Dodatno, sam metod dobijanja bioaktivnog stakla opisan u prijavi CN111908798A je značajno duži, u proseku traje minimum 4-5 dana (mešanje 2 - 8 h, sušenje 2-9 dana, 1 - 4 h kalcinacija i 3 -10 h mlevenje) i podrazumeva postupak mlevenja, što ga čini i energetski manje efikasnim.

CA2948704A1 (2018, Mesoporous bioactive glasses and uses thereof): dati patentni dokument opisuje mezoporozno bioaktivno staklo koje se sastoji od SiO2, CaO, P2O5i metalnog jona koji može biti galijum, tantalijum, cink, germanijum ili stroncijum. Primena datog mezoporoznog stakla je u vidu hemostatika, specifične površine preko 500 m<2>/g. Predloženo rešenje se u odnosu na pronalazak iz navedenog patentnog dokumenta razlikuje pre svega u sastavu, tj. u ovom slučaju odsutan je angiogeni jon magnezijuma, a prisutan oksid fosfora, a razlikuju se i u specifičnoj površini čestica. Dodatno, postupak dobijanja mezoporoznog stakla opisan u patentnom dokumentu CA2948704A1 podrazumeva primenu mlevenja.

CN 111217523A (Nano mesoporous bioactive glass and preparation method thereof): patentni dokument opisuje nanočestično mezoporozno staklo koje u svojoj strukturi sadrži nanočestični ZnO kao antimikrobni agent. Veličina datih čestica je 10 - 60 nm, a specifična površina iznad 110 m<2>/g. U datom dokumentu je opisan i sol-gel postupak dobijanja nanočestičnog stakla, koji podrazumeva jedan dan starenja i tri dana sušenja, tj. minimalno vreme sinteze je duže od 4 dana, što je značajno duže u odnosu na postupak opisan u ovom patentnom dokumentu za koji je potrebno manje od 2 dana, što ga čini efikasnijim u odnosu na predloženo rešenje iz stanja tehnike. Osim toga, hemijski sastav datog pronalaska se razlikuje od sastava iz ovog patentnog dokumenta u tome što je prisutan antimikrobni agent u vidu ZnO, a nisu prisutni osteoinduktivni i angiogeni terapeutski joni stroncijuma i magnezijuma.

K.R20200053083A (Nanocements based on bioactive glass nanoparticles): data patentna prijava opisuje cement koji se sastoji od najmanje 50 % nanočestičnog mezoporoznog bioaktivnog stakla bez prisustva dopanata, sastava 90 - 80 % SiO2i 10 - 20 % CaO, veličine čestica 100 - 300 nm i specifične površine 50 - 100 m<2>/g. Osnovna razlika između ovog rešenja i patentne prijave KR20200053083A jeste prisustvo terapeutskih jona u strukturi mezoporoznog stakla koji indukuje specifičan odgovor nakon implementacije u organizam tj. poboljšanu osteogenezu, odontogenezu i angiogenezu. Takođe, specifična površina mezoporoznog stakla u predloženom rešenju je značajno veća (> 350 m<2>/g) u odnosu na patentnu prijavu KR20200053083A.

US2013059013A1 (Injectable osteoinductive bone cements): opisuje injektabilni osteoinduktivni koštani cement koji sadrži mezoporozno bioaktivno staklo dobijeno sol-gel metodom, specifične površine iznad 100 m<2>/g, sastava 60 - 85 mol. % SiO2, 10 - 30 mol. % CaO, 2 - 10 mol. % P2O5, a može sadržati i 2 - 15 mol. % ZrO2ili SrO, kao i dispergovanu staklastu fazu u vidu praha ili vlakana koji se sastoje od Si02, CaO i jednog ili vise oksida: Na2O, MgO, K2O, Al2O3, ZrO2, SrO, TiO2. Veličina čestica mezoporoznog stakla opisanog u datom patentnom dokumentu je 5-32 µm. Prednost predloženog rešenja u odnosu na patentni dokument US2013059013A1 jeste u nanočestičnoj dimenziji bioaktivnog stakla, koja omogućava kontrolisano rastvaranje i bolju razmenu jona sa okolinom, čime potpomaže regeneraciju tkiva.

Izlaganje suštine pronalaska

U jednom aspektu se ovaj pronalazak odnosi na nov sastav nanočestičnog bioaktivnog mezoporoznog stakla, koje sadrži terapeutske jone stroncijuma i magnezijuma za stimulisanu osteogenezu/odontogenezu i angiogenezu i koji ima veliku specifičnu površinu i veličinu mezopora za istovremeno vezivanje terapeutski aktivnih supstance poput lekova i faktora rasta. U sledećem aspektu se ovaj pronalazak odnosi na postupak za dobijanje novog nanočestičnog bioaktivnog mezoporoznog stakla. U trećem aspektu se ovaj pronalazak odnosi na primenu tako dobijenog bioaktivnog mezoporoznog stakla kao čestice punioca u kompozitnim mastilima za 3D štampanje obloga za rane i makroporoznih nosača ćelija, kao čvrsta komponenta cemenata i pasti za fabrikovanje nosača ćelija, dentalnih cemenata, koštanih graftova i endodontskih ispuna, u vidu bioaktivnih prevlaka na metalnim implantatima, kao i u vidu sinterovanih keramičkih formi (samostalno ili u kombinaciji sa kalcijum-fosfatima).

Kratak opis slika nacrta

U cilju lakšeg razumevanja pronalaska priložen je nacrt:

Slika 1 predstavlja SEM mikrografiju morfologije nanočestičnog mezoporoznog bioaktivnog stakla dopiranog jonima stroncijuma i magnezijuma iz primera 7.

Slika 2 predstavlja SEM mikrografiju bioaktivnosti nanočestičnog mezoporoznog bioaktivnog stakla dopiranog jonima stroncijuma i magnezijuma iz primera 7 nakon 14 dana u simuliranom telesnom fluidu.

Slika 3 predstavlja krivu ukupne zapremine pora i raspodele veličine pora po zapremini, određeno BET (Brunauer - Emmett – Teller) metodom.

Detaljan opis pronalaska

Nano dimenzija i velika specifična površina mezoporoznog bioaktivnog stakla omogućavaju kontrolisano rastvaranje stakla i bolju razmenu jona sa okolnom sredinom, usled čega se prevazilazi problem smanjene rastvorljivosti bioaktivnog stakla koje sadrži angiogeni jon magnezijuma u strukturi. Osim toga, kombinacijom terapeutskih jona stroncijuma i magnezijuma u strukturi mezoporoznog nanočestičnog stakla visoke specifične površine omogućava se istovremeno lokalno otpuštanje angiogenog i osteogenog/odontogenog jona koji doprinose ubrzanoj regeneraciji tkiva. Dodatno optimizacijom odnosa SrO i MgO u strukturi stakla se može podesiti brzina razgradnje u fiziološkim uslovima i otpuštanja jona u skladu sa željenom primenom, tako da se bioaktivna stakla sa većim sadržajem MgO sporije rastvaraju u kontaktu sa telesnom tečnosti u odnosu na ona gde je veća zastupljenost SrO.

Raspodela veličina čestica ovako dobijenog nanočestičnog dopiranog mezoporoznog bioaktivnog stakla je u opsegu 50 - 250 nm (prosečna veličina čestica 70 - 150 nm) sa specifičnom površinom iznad 350 m<2>/g. Prosečna zapremina pora datog nanočestičnog mezoporoznog bioaktivnog stakla je u opsegu 0,7 - 1,2 cm<3>/g, dok je veličine pora od 5 - 12 nm što je od izuzetnog značaja za inkorporaciju i kontrolisano otpuštanje biološki aktivnih supstanci, poput lekova i faktora rasta.

Postupak sinteze mezoporoznog stakla sastava 50 - 90 % SiO2: 5 - 30 % CaO : 0,05 - 10 % SrO : 3 - 20 % MgO (mas.%):

U staklenom sudu se rastvori odgovarajuća masa cetrimonijum hlorida (CTAB) u dejonizovanoj vodi na temperaturi 25 - 35 °C, pri čemu je odnos CTAB : voda =1 : 40 - 60 (g:ml). Kada se CTAB potpuno rastvori, u sud se kontrolisano ukapa određena zapremina etilacetata (odnos etil-acetat: voda =1 : 3 - 6 (ml:ml)) brzinom od 30 - 60 kapi/min i mesa 30 -60 min, nakon čega se primeni ultrazvučna sonda energije 300000 - 1000000 J u trajanju od 1 0 - 20 min u pulsirajućem režimu (10/10 s) uz simultano mešanje i hlađenje, vodeći računa da se održava temperatura na 25 - 35 °C.

Pomoću amonijum-hidroksida se podesi pH = 10,50 ± 0,20 i meša 15 min, nakon čega se kontrolisano ukapa odgovarajuća zapremina tetraetil ortosilikat (TEOS) pri odnosu CTAB : TEOS = 1 : 4 - 6 (ml:ml) brzinom 30 - 60 kapi/min uz neprestano mešanje. Određene količine katjona se unose u intervalima na po 30 min u vidu rastvorljivih soli kalcijuma, stroncijuma i magnezijuma koji mogu biti, ali nisu limitirani na nitrate datih katjona. Količina soli koja se dodaje zavisi od nominalnog sastava željenog mezoporoznog bioaktivnog stakla (videti primer). Nakon dodavanja poslednje soli meša se još 4 h, nakon čega se centrifugira na > 4430 ref u trajanju od 20 - 30 min. Nakon centrifugiranja se eliminiše tečna faza, a talog se ispira 3 puta i to 2 puta dejonizovanom vodom i jednom alkoholom (> 96% čistoće) u trajanju od po 5 min, na > 4430 ref. Ispran talog se suši 9 - 12 h na 60 °C, nakon čega se pri sporom zagrevanju kalciniše na 500 - 700 °C u trajanju od 5 h.

Specifična površina, zapremina i veličina pora se odreduje BET (Brunauer - Emmett -Teller) metodom, a veličina čestica pomoću skenirajuće elektronske mikroskopije (SEM). Bioaktivnost mezopozornog bioaktivnog stakla dopiranog jonima stroncijuma i magnezijuma je određeno držanjem u Kokubo simuliranom telesnom fluidu na 37 °C, u trajanju 7 - 14 dana, uz zamenu fluida na svakih 48 h.

Predloženo rešenje tehničkog problema u ovom patentnom dokumentu za postupak dobijanja mezoporoznog stakla dopiranog terapeutskim jonima podrazumeva simultanu primenu ultrazvučnih talasa energije 300 000 - 1 000 000 J i intenzivnog mešanja u toku mikroemulzione sol-gel sinteze uz kontrolisano sporo ukapavanje reaktanata i održavanje konstantne temperature tokom sinteze radi bolje kontrole sastava, morfologije i dimenzija čestica bioaktivnog stakla.

Različiti sastavi nanočestica mezoporoznog bioaktivnog stakla dopiranog jonima stroncijuma i magnezijuma su ilustrovani u narednim primerima:

Primer 7.

Postupak za sintezu nanočestičnog mezoporoznog bioaktivnog stakla dopiranog jonima stroncijuma i magnezijuma sastava 89,4 % SiO2: 6,5 % CaO : 4 % MgO : 0,1 % SrO (mas.%): U staklenom sudu se rastvori 7,0 g CTAB u 330 ml dejonizovane vode na temperaturi 30 °C, a zatim se ukapa 100 ml etil-acetata brzinom 40 kapi/min i mesa se 40 min. Nakon toga se primeni ultrazvučna sonda energije 1 000 000 J u trajanju od 15 min u pulsirajućem režimu (10/10 s) uz simultano mešanje i hlađenje, vodeći računa da se održava temperatura na 30 °C. Pomoću amonijum-hidroksida se podesi pH = 10,50 ± 0,20 i mesa tokom 15 min, nakon čega se 30,8 ml TEOS ukapa brzinom 40 kapi/min uz neprestano mešanje. Na svakih 30 min se dodaje određena količina soli: 40,00 g CaNO3, 9,00 g Sr(NO3)2i 6,50 g Mg(NO3)2. Nakon dodavanja poslednje soli meša se još 4 h, nakon čega se centrifugira na 4430 ref u trajanju od 30 min. Nakon centrifugiranja se eliminiše tečna faza, a talog se ispira 3 puta i to 2 puta dejonizovanom vodom i jednom 96 % alkoholom u trajanju od po 5 min, na 4430 ref. Ispran talog se suši 10 h na 60 °C, nakon čega se pri sporom zagrevanju kalciniše na 600 °C u trajanju od 5 h. Karakterizacijom mezoporoznog bioaktivnog stakla dopiranog jonima stroncijuma i magnezijuma sastava 89,4 % SiO2: 6,5 % CaO : 4 % MgO : 0,1 % SrO (mas.%) određena je morfologija i veličina čestica u rasponu 80 - 140 nm (Slika 1). Bioaktivnost ovako dobijenog mezopozornog stakla je određena držanjem u Kokubo simuliranom telesnom fluidu na 37 °C, u trajanju 14 dana, uz zamenu fluida na svakih 48 h. Na mikrografiji dobijenoj pomoću skenirajuće elektronske mikroskopije (SEM) jasno se uočava sloj novonastalog hidroksiapatita na površini čestica mezoporoznog stakla (Slika 2), čija je igličasta morfologija svojstvena za bioaktivne materijale. Specifična površina, zapremina pora i prosečna veličina mezopora je određena BET metodom. Specifična površina datih čestica je 383 m<2>/g, zapremina pora 0,92 cm<3>/g i prosečna veličina mezopora 9,53 nm. Na Slici 3 je prikazana kriva ukupne zapremine pora i raspodele veličine pora po zapremini određeno BET (Brunauer - Emmett - Teller) metodom.

Način industrijske ili druge primene pronalaska

Nanočestice mezoporoznog bioaktivnog stakla dopiranog terapeutskim jonima stroncijuma i magnezijuma velike specifične površine i zapremine mezopora se u jednom aspektu mogu primeniti u čestičnom obliku, kao punioci u dentalnim kompozitima, adhezivima i glasjonomerima za primenu u stomatologiji. Dodatno, mogu se primeniti kao čestice punioca u kompozitnim mastilima za 3D štampanje obloga za rane i makroporoznih nosača ćelija. U daljem aspektu se ovaj pronalazak može primeniti kao čvrsta komponenta bioaktivnih cemenata i pasti za fabrikovanje nosača ćelija, dentalnih cemenata, koštanih graftova i endodontskih ispuna. U trećem aspektu se ovaj pronalazak može primeniti u vidu bioaktivnih prevlaka na metalnim implantatima, kao i u vidu sinterovanih keramičkih formi (samostalno ili u kombinaciji sa kalcijum-fosfatima).

Claims (8)

Patentni zahtevi

1. Nanočestice mezoporoznog bioaktivnog stakla, naznačene time, što su dimenzija 50 -250 nm tj. prosečne veličine čestica 70 - 150 nm, sadrže jone stroncijuma i magnezijuma, hemijskog sastava 50 - 90 % SiO2: 5 - 30 % CaO : 0,05 - 10 % SrO : 3 - 20 % MgO (mas.%), specifične površine iznad 350 m<2>/g, sa prosečnom zapreminom pora 0,7 - 1,2 cm<3>/g i veličinom pora 5 - 12 nm.

2. Nanočestice mezoporoznog bioaktivnog stakla opisane u zahtevu 2, naznačene time, što mogu imati vezanu terapeutski aktivnu supstancu, poput lekova i faktora rasta.

3. Postupak za dobijanje nanočestica mezoporoznog bioaktivnog stakla opisanih u zahtevima 1 i 2, naznačen time, da je niskotemperaturni (25 - 35 °C) mikroemulzioni postupak modifikovan ultrazvučnim talasima energije 300 000 - 1 000 000 J u pulsirajućem režimu 10/10 s u trajanju od 5 - 20 min uz simultano hlađenje, pri čemu se etil-acetat i TEOS dodaju brzinom 30 - 60 kapi/min, temperatura se održava konstantnom tokom sinteze, dobijeni gel nakon ispiranja se suši 9 - 12 h na 60 °C i kalciniše na 500 - 700 °C u trajanju od 5 h, a postupak isključuje primenu mlevenja.

4. Postupak opisan u zahtevu 3, naznačen time, da je pH u reakcionom sudu pre ukapavanja TEOS podešena na pH = 10,50 0,20.

5. Upotreba nanočestica mezoporoznog bioaktivnog stakla opisanih u zahtevima 1 - 3, naznačena time što se primenjuje u čestičnom obliku u količini kao punioc u dentalnim kompozitima, adhezivima i glas-jonomerima za primenu u restaurativnoj stomatologiji, i kompozitnim mastilima za 3D štampanje obloga za rane i nosača ćelija.

6. Upotreba nanočestica mezoporoznog bioaktivnog stakla opisanih u zahtevima 1 - 3, naznačena time što čini čvrstu komponentu cemenata i pasti za fabrikovanje makroporoznih nosača ćelija (skafolda), dentalnih cemenata, koštanih graftova i endodontskih ispuna.

7. Upotreba nanočestica mezoporoznog bioaktivnog stakla opisanih u zahtevima 1 - 3, naznačena time što se nanosi u vidu prevlaka na metalnim implantatima.

8. Upotreba nanočestica mezoporoznog bioaktivnog stakla opisanih u zahtevima 1 - 3, naznačena time što su procesirane u formi sinterovane biokeramike samostalno ili u kombinaciji sa kalcijum-fosfatima.