RU2104040C1 - Osseous implant and a method of its preparing - Google Patents
Osseous implant and a method of its preparing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2104040C1 RU2104040C1 SU5056483A RU2104040C1 RU 2104040 C1 RU2104040 C1 RU 2104040C1 SU 5056483 A SU5056483 A SU 5056483A RU 2104040 C1 RU2104040 C1 RU 2104040C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- bone implant
- bone
- bio
- implant
- Prior art date
Links
- 239000007943 implant Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims abstract description 34
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000001054 cortical effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000005312 bioglass Substances 0.000 claims description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 4
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims description 3
- RGVLTEMOWXGQOS-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);oxalate Chemical class [Mn+2].[O-]C(=O)C([O-])=O RGVLTEMOWXGQOS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 150000003890 succinate salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000010411 cooking Methods 0.000 claims 3
- 239000006093 Sitall Substances 0.000 claims 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 14
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 5
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- UNRVMLDKEXPNDG-UHFFFAOYSA-N butanedioic acid;manganese Chemical compound [Mn].OC(=O)CCC(O)=O UNRVMLDKEXPNDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 10
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 8
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- 210000000459 calcaneus Anatomy 0.000 description 3
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 3
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000283973 Oryctolagus cuniculus Species 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000001149 thermolysis Methods 0.000 description 2
- 210000002303 tibia Anatomy 0.000 description 2
- 229910017119 AlPO Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 1
- 208000006386 Bone Resorption Diseases 0.000 description 1
- 208000017234 Bone cyst Diseases 0.000 description 1
- 208000020084 Bone disease Diseases 0.000 description 1
- 241000252095 Congridae Species 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 206010061363 Skeletal injury Diseases 0.000 description 1
- 102000011759 adducin Human genes 0.000 description 1
- 108010076723 adducin Proteins 0.000 description 1
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 1
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 1
- 210000001185 bone marrow Anatomy 0.000 description 1
- 230000010478 bone regeneration Effects 0.000 description 1
- 230000024279 bone resorption Effects 0.000 description 1
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 1
- NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N calcium;magnesium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Mg+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000845 cartilage Anatomy 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 229910052637 diopside Inorganic materials 0.000 description 1
- XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYSA-J diphosphate(4-) Chemical compound [O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 235000011180 diphosphates Nutrition 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 239000005337 ground glass Substances 0.000 description 1
- 210000001564 haversian system Anatomy 0.000 description 1
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010883 osseointegration Methods 0.000 description 1
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 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 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000005373 porous glass Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000002271 resection Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 208000028528 solitary bone cyst Diseases 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 229910000391 tricalcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019731 tricalcium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229940078499 tricalcium phosphate Drugs 0.000 description 1
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 description 1
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины и медико-биологических материалов, предназначенных для лечения костных повреждений и заболеваний, сопровождающихся разрушением кости с образованием дефектов и может быть применено в травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии. The invention relates to the field of medicine and biomedical materials intended for the treatment of bone injuries and diseases accompanied by bone destruction with the formation of defects and can be used in traumatology, orthopedics, maxillofacial surgery.
Известен ряд пористых материалов для применения в качестве костных имплантатов на основе силикоалюмофосфатной стеклокерамики и способы их получения (частные аналоги). A number of porous materials are known for use as bone implants based on silicoaluminophosphate glass ceramics and methods for their preparation (private analogues).
Например, по патенту Японии 62-148336 (Маримото Сигэки), кл. C 03 C 3/062, 1987, предлагаются исходные стекла составов, мас.%: SiO2 = 10-40, P2O5 = 5-30, Al2O3 = 3-20, B2O3 = 20-45, Na2O = 5-15, а в патенте Японии 63-188191 (Аве Иосихиро, Хосоно Хидео), кл. C 03 C 3/08, 1990, - стекла составов (мас. %): CaO = 15-40, P2O5 = 35-65, TIO2 = 15-35, Na2O = 0,6-5, которые после отливки в заготовки подвергают термообработке для фазового разделения на растворимую и нерастворимую фазу, затем "вытравливают" при pH раствора 2-7 растворимую фазу и получают пористую заготовку. Последние операции способа состоят в том, что в пористом стекломатериале вновь выделяют кристаллические фазы, подвергая их повторной термообработке по разработанному режиму.For example, according to Japanese patent 62-148336 (Marimoto Shigeki), cl. C 03 C 3/062, 1987, initial glass compositions are proposed, wt.%: SiO 2 = 10-40, P 2 O 5 = 5-30, Al 2 O 3 = 3-20, B 2 O 3 = 20- 45, Na 2 O = 5-15, and in Japanese patent 63-188191 (Ave Yoshihiro, Hosono Hideo), cl. C 03 C 3/08, 1990, - glass compositions (wt.%): CaO = 15-40, P 2 O 5 = 35-65, TIO 2 = 15-35, Na 2 O = 0.6-5, which, after casting into preforms, are subjected to heat treatment for phase separation into a soluble and insoluble phase, then the soluble phase is “etched” at a solution pH of 2-7 and a porous preform is obtained. The last operations of the method consist in the fact that crystalline phases are again isolated in the porous glass material, subjecting them to repeated heat treatment according to the developed regime.
Полученные пористые имплантаты (частные аналоги) выполнены в виде пластин, так как формообразование по этим способам затруднено и имплантат сложной формы получить нельзя. Они также обладают незначительной объемной пористостью (примерно 20%), а радиус полученных пор соответствует размерам удаленной фазы - ликванта (1-3 мкм). Эти материалы не отвечают одному из важнейших требований остеоинтеграции имплантата: оптимально открытой пористости ≤40% объема при радиусе открытых пор 50-100 мкм, которая бы позволяла врастать в имплантат новообразуемой костной ткани при ее регенерации. Хотя известно, что сама структура костного материала различна, структура поверхностного кортикального слоя материала низкопориста (60% объема, радиус пор 0,66-0,80 мкм), а внутренние слои (спонгиозной кости) (18% объема), обращенные к гаверсовым каналам и костному мозгу, широкопористы с радиусом пор, микроканалов ≈80oC110 мкм.The obtained porous implants (private analogues) are made in the form of plates, since the shaping by these methods is difficult and an implant of complex shape cannot be obtained. They also have insignificant bulk porosity (approximately 20%), and the radius of the obtained pores corresponds to the size of the removed phase - liquid (1-3 μm). These materials do not meet one of the most important requirements for implant osseointegration: optimally open porosity ≤40% of the volume with an open pore radius of 50-100 μm, which would allow the newly formed bone tissue to grow into the implant during its regeneration. Although it is known that the structure of the bone material itself is different, the structure of the surface cortical layer of the material is low porosity (60% of the volume, pore radius 0.66-0.80 μm), and the inner layers (spongy bone) (18% of the volume) facing the haversian canals and bone marrow, broadly porous with a radius of pores, microchannels ≈80 o C110 microns.
Известны также пористые имплантируемые материалы в стеклокристаллической системе CaO-P2O5-Al2O3 и способ их получения спеканием с использованием кальциевых солей. Так, Pernot K., Kadom R.//Impeant, Mat. in Biojunc. Int. Conf. Biomat. Amsterdam, 1988, v. 8, p. 387-392, предлагают к измельченному стеклу состава (мол.%) 22CaO8Al2O370P2O5 с радиусом частиц ≤ 50 мкм добавлять в качестве порообразователя - порофора CaCO3 в соотношении 95:5 (стекло: порофор), перемешивать и спрессовывать в заготовки изделий. Затем заготовки подвергать нагреванию, в результате которого выделяющийся CO2 - продукт термолиза удаляется, а в объеме материала образуются поры. Далее материал подвергают кристаллизации для выделения фаз в нужном соотношении стекло - матрица - кристаллическая фаза. Предлагается также в качестве порофора к стеклам в системе CaO-P2O5-Al2O3 добавление 20-30 мас.% CaHPO4 (Lihua L., Yuwbi S. //Bioactive glass-ceramics for prostetic applications / XV. Inter. Congr. on Ilass. - L. - 1989, p. 108-114).Also known are porous implantable materials in a glass crystal system CaO-P 2 O 5 -Al 2 O 3 and a method for their preparation by sintering using calcium salts. So, Pernot K., Kadom R. // Impeant, Mat. in Biojunc. Int. Conf. Biomat. Amsterdam, 1988, v. 8, p. 387-392, they propose to the ground glass of the composition (mol%) 22CaO8Al 2 O 3 70P 2 O 5 with a particle radius ≤ 50 μm to add 95: 5 (glass: porophore) as a blowing agent - CaCO 3 porophore (glass: porophore), mix and compress in the procurement of products. Then the preforms are subjected to heating, as a result of which the released CO 2 - thermolysis product is removed, and pores are formed in the bulk of the material. Further, the material is subjected to crystallization to separate phases in the desired ratio glass - matrix - crystalline phase. It is also proposed as a porophore to glasses in the CaO-P 2 O 5 -Al 2 O 3 system the addition of 20-30 wt.% CaHPO 4 (Lihua L., Yuwbi S. // Bioactive glass-ceramics for prostetic applications / XV. Inter Congr. On Ilass. - L. - 1989, p. 108-114).
Прессование влажной (10-20 мас. % H2O) смеси порошков стекла и CaHPO4 получают заготовки изделий, термообрабатывают их. Полученный спеченный материал при открытой пористости (радиус пор не сообщен) ≈30oC40% предлагают для использования в качестве костных имплантатов.Compression of wet (10-20 wt.% H 2 O) mixtures of glass powders and CaHPO 4 produce product blanks, heat treat them. The obtained sintered material with open porosity (pore radius not reported) ≈30 o C40% offer for use as bone implants.
Однако в кристаллических фазах приведенных выше материалов (частных аналогов) преобладают несовмещаемые с костными биоминералами AlPO4 (с прочной кристобаллитовой структурой), CaP2O7 (присутствие пирофосфата Ca свидетельствует о патологическом состоянии костной и хрящевой ткани, далеко зашедших воспалительных процессах).However, in the crystalline phases of the above materials (private analogues), AlPO 4 (with a strong cristoballite structure), CaP 2 O 7 (the presence of Ca pyrophosphate indicates a pathological condition of bone and cartilage tissue, far-reaching inflammatory processes) prevail incompatible with bone biominerals.
Кроме того, применение в качестве порофоров CaCO3 и CaHPO4 предопределяет совпадение температурных интервалов наиболее интенсивно протекающих реакций газообразования за счет термолиза солей, кристаллизации и спекания (все процессы при 700-900oC), что приводит к неравномерной усадке спекаемой заготовки, трещинам, короблению, образованию внутренних несплошностей, дефектов поверхности, в конечном счете низкой механической прочности пористого изделия.In addition, the use of CaCO 3 and CaHPO 4 as porophores predetermines the coincidence of temperature ranges of the most intensive gas formation reactions due to thermolysis of salts, crystallization and sintering (all processes at 700-900 o C), which leads to uneven shrinkage of the sintered preform, cracks, warping, the formation of internal discontinuities, surface defects, and ultimately low mechanical strength of the porous product.
Проблему получения пористых стеклокристаллических имплантатов с гладкой поверхностью и приемлемыми прочностными характеристиками отчасти решает патент Японии 61-158841, кл. C 03 C 11/00 (Кабаями Сагэеси), 1986, предлагающий стекло состава, мас.%: SiO2 = 34,0; P2O5 = 16,2; CaO = 44,7; MgO = 4,6; CaF2 = 0,5 и способ получения из него имплантата спеканием по порошковой технологии. Для получения заготовки нужной формы прессованием, экструзией и создания пористости в порошок стекла вводят диспергированные органические вещества (полиэтилен, нафталин). Отформованное изделие подвергается нагреванию по специальному режиму, в ходе которого выжигаются органические вещества, образуются поры, в ходе дальнейшего нагревания изделие спекается и приобретает необходимую прочность. При этом проходят и процессы кристаллизации, выделения заданных кристаллических фаз.The problem of obtaining porous glass-crystal implants with a smooth surface and acceptable strength characteristics is partially solved by Japanese patent 61-158841, class. C 03 C 11/00 (Kabayami Sageesi), 1986, offering glass composition, wt.%: SiO 2 = 34.0; P 2 O 5 = 16.2; CaO = 44.7; MgO = 4.6; CaF 2 = 0.5 and a method for producing an implant from it by sintering by powder technology. Dispersed organic substances (polyethylene, naphthalene) are introduced into the glass powder to obtain the desired shape blank by pressing, extrusion and creating porosity. The molded product is subjected to heating in a special mode, during which organic substances are burned, pores are formed, during further heating, the product is sintered and acquires the necessary strength. In this case, crystallization processes occur, as well as the selection of the given crystalline phases.
Однако указанный стеклокристаллический материал разрабатывался только для стоматологических имплантируемых протезов и, хотя интервал прочностных характеристик и пористости не сообщается, это назначение материала определило присутствие (дополнительно к кальциевофосфатным кристаллическим фазам) несовместимых с биоминералами кости волластонит Ca3(Si3O9) и диопсид CaMg(Si2O6), которые обеспечивают длительный срок (годы) работы материала в контакте со средами организма без утраты прочности, но затрудняют процессы регенерации кости. Указанные материалы не предназначаются для имплантатов.However, the specified glass-crystalline material was developed only for dental implantable prostheses and, although the interval of strength characteristics and porosity were not reported, this purpose of the material determined the presence (in addition to calcium phosphate crystalline phases) of wollastonite Ca 3 (Si 3 O 9 ) and CaMg diopside ( Si 2 O 6 ), which provide a long period (years) of work of the material in contact with body fluids without loss of strength, but complicate bone regeneration processes. These materials are not intended for implants.
Целью изобретения является заполнение костного дефекта с сохранением остеорепаративных процессов и функциональной нагрузки на сегмент за счет регулируемой пористости и прочностных особенностей имплантата. The aim of the invention is the filling of a bone defect while maintaining osteoreparative processes and functional load on the segment due to the adjustable porosity and strength characteristics of the implant.
Поставленная цель достигается тем, что:
1. В костный имплантат, содержащий SiO2, P2O5, CaO, MgO, CaF2, предлагается ввести Al2O3 и ZnO в следующих концентрационных соотношениях, мас.%:
SiO2 - 37,2 - 39,3
P2O5 - 12,9 - 15,5
CaO - 34,0 - 18,8
MgO - 3,0 - 12,5
CaF2 - 0,05 - 0,6
Al2O3 - 6,2 - 9,6
ZnO - 6,65 - 3,7
2. Для получения костного имплантата, имитирующего либо кортикальный, либо спонгиозный, либо совмещаемые слои кости, приготовляют форм-массы следующих составов, мас.%:
2.1 Кортикальный слой:
Дисперсный биоситалл по п.1 - 67-71
Парафин - 15 - 12
н-Октан - 18 - 17
2.2. Спонгиозный слой:
Дисперсный биоситалл - 61-50
Глицерин - 25-32
Флакарбин - 14-18
Сукцинаты, оксалаты железа и марганца - 0,1 - 0,2% сверх 100%
2.3. Совмещаемый слой формируют, соединяя заготовки по п.2.1 и п.2.2, выжигают из нее органические вещества, а затем спекают по заданному режиму.This goal is achieved by the fact that:
1. In a bone implant containing SiO 2 , P 2 O 5 , CaO, MgO, CaF 2 , it is proposed to introduce Al 2 O 3 and ZnO in the following concentration ratios, wt.%:
SiO 2 - 37.2 - 39.3
P 2 O 5 - 12.9 - 15.5
CaO - 34.0 - 18.8
MgO - 3.0 - 12.5
CaF 2 - 0.05 - 0.6
Al 2 O 3 - 6.2 - 9.6
ZnO - 6.65 - 3.7
2. To obtain a bone implant that mimics either cortical, spongy, or compatible bone layers, formulations of the following compositions are prepared, wt.%:
2.1 Cortical layer:
Dispersed bio-glass according to claim 1 - 67-71
Paraffin - 15 - 12
n-Octane - 18 - 17
2.2. Spongy layer:
Dispersed Biosital - 61-50
Glycerin - 25-32
Flacarbin - 14-18
Succinates, iron and manganese oxalates - 0.1 - 0.2% in excess of 100%
2.3. A compatible layer is formed by connecting the workpieces according to 2.1 and 2.2, organic substances are burned out of it, and then sintered according to a given mode.
Таким образом, сравнительный анализ доступных литературных и патентных источников и выявленных частных аналогов и принятого за прототип ввиду наибольшей близости сущности заявляемого решения патента Японии 61-158841, кл. C 03 C 11/00 (Кабаяси Сагэеси), 1986, позволяет сделать вывод о том, что неизвестен состав алюмосиликофосфатного стекломатериала, позволяющего на его основе получить костный пористый имплантат с регулируемой пористостью и диапазоном остеосовместимых кристаллических фаз Mg-витлокит:
Отличительные особенности предлагаемых решений
1. В предлагаемом составе биоситалла иное соотношение основных оксидов - стеклователей SiO2/P2O5, дополнительное введение Al2O3, ZnO изменяет важнейшее соотношение PO/P2O5/Al2O3, вариация в указанном диапазоне концентраций CaO/MgO и CaF2 позволяет в отличие от известных решений получить в одной системе диапазон кристаллических фаз от
Distinctive features of the proposed solutions
1. In the proposed composition of the bio-metal, a different ratio of the main oxides - glass transitions SiO 2 / P 2 O 5 , the additional introduction of Al 2 O 3 , ZnO changes the most important ratio PO / P 2 O 5 / Al 2 O 3 , a variation in the indicated concentration range CaO / MgO and CaF 2 allows, in contrast to the known solutions, to obtain in one system a range of crystalline phases from
2. В предлагаемом решении - получении имплантатов одного состава, но имитирующих различные слои кости достигается оптимальный уровень прочностных характеристик имплантата при заданной величине пористости, особенно в случае совмещенных слоев. 2. In the proposed solution - obtaining implants of the same composition, but simulating different bone layers, the optimal level of strength characteristics of the implant is achieved at a given value of porosity, especially in the case of combined layers.
Так, для слоев, имитирующих кортикальный слой кости (объемная пористость 20-40%, радиус пор 2,5oC10 мкм), прочностные характеристики составляют для биоситалла с гидроксилапатитовой фазой σсж. = 125-130 Кг/см2, σизг. = 42-45 МПа, для биоситалла с трикальциевофосфатной фазой σсж. = 250-280 Кг/см2, σизг. = 110-120 МПа. Занимая основной объем имплантата, эти слои определяют удобство имплантирования и возможность прочной фиксации имплантатом участка костной ткани, в то время как широкопористые слои, имитирующие структуру спонгиозных участков, при общей пористости 40-65% и радиусами пор каналов = 50oC100 мкм, имеют невысокие механические характеристики σсж. = 4,2-5 Кг/см2, σизг. = 1,2-1,5 МПа. Размеры и форма имплантата, как и размеры (толщина) слоев, могут варьировать при одном и том же составе импалантата в зависимости от требований функциональной нагрузки на сегмент.So, for layers imitating the cortical bone layer (bulk porosity of 20-40%, pore radius 2.5 o C10 μm), the strength characteristics are for σ biocrystal with hydroxylapatite phase σ sr. = 125-130 Kg / cm 2 , σ ar = 42-45 MPa, for biositall with tricalcium phosphate phase σ sr. = 250-280 Kg / cm 2 , σ ar = 110-120 MPa. Occupying the main volume of the implant, these layers determine the convenience of implantation and the possibility of strong fixation of the bone tissue by the implant, while the wide-porous layers that mimic the structure of the spongy sites, with a total porosity of 40-65% and channel pore radii = 50 o C100 μm, are low mechanical characteristics σ sr. = 4.2-5 Kg / cm 2 , σ ar = 1.2-1.5 MPa. The dimensions and shape of the implant, as well as the dimensions (thickness) of the layers, can vary with the same composition of the implantate, depending on the requirements of the functional load on the segment.
Примеры применения костных имплантатов предлагаемого состава в эксперименте и клинике
Пример 1. Замещение искусственного дефекта метадиафиза большеберцовой кости кролика (в эксперименте).Examples of the use of bone implants of the proposed composition in the experiment and clinic
Example 1. Replacement of an artificial defect in the metadiaphysis of the tibia of a rabbit (in the experiment).
Сформированный долотом костный дефект в матадиафизе большеберцовой кости кролика размером 0,6 х 1,8 см замещен аналогичного размера имплантатом состава, мас. %: SiO2 - 39,3, P2O5 - 15,5, Al2O3 - 9,57, CaO - 18,78, MgО - 12,48, ZnO - 3,79, CaF - 0,61 с монофазой β -Ca3(PO4)2, общая пористость 42-45%.The bone defect formed in the chisel in the tibia matadiaphysis of a rabbit with a size of 0.6 x 1.8 cm is replaced by an implant of the same size, wt. %: SiO 2 - 39.3, P 2 O 5 - 15.5, Al 2 O 3 - 9.57, CaO - 18.78, MgO - 12.48, ZnO - 3.79, CaF - 0.61 with a monophase β-Ca 3 (PO 4 ) 2 , the total porosity of 42-45%.
Заживление первичное. Primary healing.
Животное выведено из опыта через 3,5 мес. Макроскопически - полная интеграция в кость с восстановлением костной структуры вокруг имплантата. Микроскопически: активный остеогенез со стороны, прилегающей к имплантату костной ткани. The animal was withdrawn from the experiment after 3.5 months. Macroscopically - full integration into the bone with restoration of the bone structure around the implant. Microscopically: active osteogenesis from the side adjacent to the bone implant.
Пример 2. Замещение дефекта пяточной кости. Example 2. Substitution of a calcaneus defect.
Больной Х., 12 лет. Диагноз: костная киста левой пяточной кости. Операция 22.08.95 г. - частичная резекция пяточной кости с замещением дефекта костным имплантатом (с монофазой Ca10(PO4)4(OH)2, состав, мас.%: SiO2 - 37,94, P2O5 - 13,14, Al2O3 - 6,29, CaO - 34,55, MgO - 3,08, ZnO - 4,95, CaF2 - 0,05, общая пористость 43-50%). Заживление первичное. При контрольном осмотре через 2 мес полное восстановление функции сегмента, рентгенологически явлений резорбции костной ткани в области имплантата не отмечено. Через 6 мес после операции осложнений не выявлено, пациент здоров.Patient H., 12 years old. Diagnosis: bone cyst of the left calcaneus. Operation August 22, 1995 - partial resection of the calcaneus with the replacement of the defect with a bone implant (with a monophase Ca 10 (PO 4 ) 4 (OH) 2 , composition, wt.%: SiO 2 - 37.94, P 2 O 5 - 13 , 14, Al 2 O 3 - 6.29, CaO - 34.55, MgO - 3.08, ZnO - 4.95, CaF 2 - 0.05, total porosity 43-50%). Primary healing. At the follow-up examination after 2 months, a complete restoration of the segment function was observed, radiological phenomena of bone resorption in the implant area were not observed. 6 months after the operation, no complications were detected, the patient is healthy.
Технико-экономические преимущества предлагаемого решения
Предлагаемый имплантат отвечает функциональным требованиям назначения костных имплантатов и удобства его имплантирования. Новое сочетание (совокупность) свойств (качественно иное по сравнению с известными решениями) обеспечено у предлагаемого решения:
содержанием в материале только остеосовместимых с костной тканью компонентов, в т.ч. и изоморфных биоминералам кости кальциевофосфатных кристаллических фаз биоситалла;
пористостью, имитирующей структурные особенности различных слоев кости (кортикальный, спонгиозный).Technical appraisal and economic benefits of the proposed solution
The proposed implant meets the functional requirements of the appointment of bone implants and ease of implantation. A new combination (set) of properties (qualitatively different in comparison with the known solutions) is provided for the proposed solution:
content in the material only components that are osteocompatible with bone tissue, including and isomorphic to biomineral bones of calcium phosphate crystalline phases of biositall;
porosity that mimics the structural features of various layers of bone (cortical, spongy).
Препараты, вещества, используемые в предлагаемом составе имплантата, не являются токсичными, разрешены к применению в медицине как материалы (парафин, глицерин) либо как лекарственные средства (флакарбин). The drugs, substances used in the proposed composition of the implant are not toxic, are approved for use in medicine as materials (paraffin, glycerin) or as medicines (flacarbin).
Применение имплантата для замещения костных дефектов в клинической практике повышает эффективность лечения за счет полного функционального восстановления поврежденного сегмента и отсутствия необходимости в повторных операциях для удаления имплантата. The use of an implant to replace bone defects in clinical practice increases the effectiveness of treatment due to the full functional restoration of the damaged segment and the absence of the need for repeated operations to remove the implant.
Claims (1)
P2O5 12,9 15,5
Al2O3 6,2 9,6
CaO 18,8 34,0
MgO 3,0 12,5
ZnO 3,7 6,65
CaF2 0,05 0,6
2. Способ получения костного имплантата, включающий варку биоситалла, отличающийся тем, что варку биоситалла осуществляют при содержании в нем следующих компонентов состава, мас.SiO 2 37.2 39.3
P 2 O 5 12.9 15.5
Al 2 O 3 6.2 9.6
CaO 18.8 34.0
MgO 3.0 12.5
ZnO 3.7 6.65
CaF 2 0.05 0.6
2. A method of obtaining a bone implant, including cooking bio-glass, characterized in that the cooking of bio-glass is carried out when it contains the following components of the composition, wt.
P2O5 12,9 15,5
Al2O3 6,2 9,6
CaO 18,8 34,0
MgO 3,0 12,5
ZnO 3,7 6,65
CaF2 0,05 0,6
полученный после варки гранулированный биоситалл подвергают термообработке в течение 5 ч в режиме ступенчатого подъема температуры до 860oС, затем подвергают помолу с использованием фракций дисперсностью 10 - 50 мкм и готовят две форммассы следующих составов, мас.SiO 2 37.2 39.3
P 2 O 5 12.9 15.5
Al 2 O 3 6.2 9.6
CaO 18.8 34.0
MgO 3.0 12.5
ZnO 3.7 6.65
CaF 2 0.05 0.6
the granulated biositall obtained after cooking is subjected to heat treatment for 5 hours in the mode of stepwise rise in temperature to 860 ° C, then it is subjected to grinding using fractions with a fineness of 10-50 μm and two forms of the following compositions are prepared, wt.
Дисперсный биоситалл 67 71
Парафин 12 15
н-Октан 17 18
для спонгиозного слоя костного имплантата
Дисперсный биоситалл 50 61
Глицерин 25 32
Флакарбин 14 18
Сукцинаты, оксалаты железа и марганца 0,1 0,2 сверх 100
которые при формировании плотно соединяют в заготовку требуемой формы, после чего выжигают из нее органические вещества с последующим спеканием при температуре 950oС в течение 15 мин.for cortical bone implant
Dispersed bio-glass 67 71
Paraffin 12 15
n-octane 17 18
for spongy layer of bone implant
Dispersed bio sitall 50 61
Glycerin 25 32
Flacarbin 14 18
Succinates, iron and manganese oxalates 0.1 0.2 in excess of 100
which, when forming, are tightly connected into the workpiece of the desired shape, after which organic substances are burned out of it with subsequent sintering at a temperature of 950 o C for 15 minutes
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5056483 RU2104040C1 (en) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Osseous implant and a method of its preparing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5056483 RU2104040C1 (en) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Osseous implant and a method of its preparing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2104040C1 true RU2104040C1 (en) | 1998-02-10 |
Family
ID=21610470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5056483 RU2104040C1 (en) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Osseous implant and a method of its preparing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2104040C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2175249C2 (en) * | 1999-04-13 | 2001-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Элкор" | Surgical body implant |
| CN114984308A (en) * | 2022-06-28 | 2022-09-02 | 奥精医疗科技股份有限公司 | Cleft lip and palate repair material and preparation method thereof |
-
1992
- 1992-04-23 RU SU5056483 patent/RU2104040C1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2175249C2 (en) * | 1999-04-13 | 2001-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Элкор" | Surgical body implant |
| CN114984308A (en) * | 2022-06-28 | 2022-09-02 | 奥精医疗科技股份有限公司 | Cleft lip and palate repair material and preparation method thereof |
| CN114984308B (en) * | 2022-06-28 | 2023-07-28 | 奥精医疗科技股份有限公司 | Cleft lip and palate repairing material and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hayashi et al. | Honeycomb blocks composed of carbonate apatite, β-tricalcium phosphate, and hydroxyapatite for bone regeneration: effects of composition on biological responses | |
| US6287341B1 (en) | Orthopedic and dental ceramic implants | |
| Munting et al. | Bone repair of defects filled with a phosphocalcic hydraulic cement: an in vivo study | |
| Wise | Encyclopedic handbook of biomaterials and bioengineering: v. 1-2. Applications | |
| Jensen et al. | Tissue reaction and material characteristics of four bone substitutes. | |
| CA2270185C (en) | Method of preparing a poorly crystalline calcium phosphate and methods of its use | |
| LeGeros | Calcium phosphate-based osteoinductive materials | |
| 时东陆 | Biomaterials and tissue engineering | |
| US6953594B2 (en) | Method of preparing a poorly crystalline calcium phosphate and methods of its use | |
| US7517539B1 (en) | Method of preparing a poorly crystalline calcium phosphate and methods of its use | |
| Van Raemdonck et al. | Calcium phosphate ceramics | |
| Wang et al. | Biological evaluation of biphasic calcium phosphate ceramic vertebral laminae | |
| EP0987032B1 (en) | Ceramic material for osteoinduction comprising micropores in the surface of macropores | |
| JP5792633B2 (en) | Bone regeneration material based on monetite and other bioactive calcium composites and silicon compounds | |
| US7087540B2 (en) | Resorbable bone replacement and bone formation material | |
| US5011495A (en) | Unique bone regeneration tricalcium phosphate | |
| JP2003506193A (en) | Composite molded body and method for producing and using the same | |
| US20020136696A1 (en) | Orthopedic and dental ceramic implants | |
| JPH0359703B2 (en) | ||
| LeGeros et al. | Bioactive bioceramics | |
| RU2053737C1 (en) | Biologically active microporous material for bone surgery and method for its production | |
| Daculsi et al. | The micro macroporous biphasic calcium phosphate concept for bone reconstruction and tissue engineering | |
| RU2074672C1 (en) | Set of biocompatible apatite-silicate implant parts for restorative and substitutional oral surgery | |
| RU2104040C1 (en) | Osseous implant and a method of its preparing | |
| JPH0575427B2 (en) |