Способ получения гранул карбонатгидроксилапатита в матрице желатина

Способ получения гранул карбонатгидроксилапатита в матрице желатина

Реферат

Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского назначения, которые могут быть использованы при создании бифазных композитов на основе карбонатгидроксилапатита и полимерной органической матрицы, при заполнении костных дефектов в травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии.

Известен способ получения пористых сферических гранул гидроксилапатита (Min-Ho Hon, Jun-Sik Son, Kwang-Mahn Kim, Myungho Han, Daniel S. Oh, Yong-Keun Lee Drug-loaded porous spherical hydroxyapatite granules for bone regeneration // J Mater Sci: Mater Med V. 22, 2011. P. 349-355), при котором готовят суспензию гидроксилапатита, в качестве связующего и для улучшения спекания и стабильности используют 3% высокомолекулярный поливиниловый спирт, 3% карбоксиметилцеллюлозу и 5% полиакрилат аммония. Для изготовления гранул суспензии гидроксилапатита получали путем постепенного увеличения соотношения H₂O/гидроксилапатит (1.5, 2 и 4), постепенно увеличивая содержание NaCl 3, 15 и 30 мас.%. Суспензию перемешивали в несколько этапов при низкой скорости вращения 1000 об/мин. Температуру суспензии доводили до комнатной температуры при низкой скорости перемешивания. Когда суспензия становилась гомогенной, то скорость вращения была увеличена до 5000 об/мин и суспензию перемешивали в течение 10 ч при этой скорости вращения, температура суспензии также была снижена до 15°C в течение высокоскоростного перемешивания. К недостаткам данного метода можно отнести сложность пробоподготовки и время формирования гранул гидроксилапатита, добавления в суспензию синтетических компонентов, чужеродных для человеческого организма.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ изготовления пористых керамических гранул фосфатов кальция (патент RU 2299869 С1, С04В 35/447, С04В 35/626, A61L 27/12), заключающийся в предварительном синтезировании порошка фосфата кальция с соотношением Са/Р от 1,5 до 1,67, приготовлении суспензии с 10%-ным раствором желатина в соотношении 0,5-3 мл раствора желатина на 1 г порошка при температуре раствора 10-39°C. Суспензию ГА в водном растворе желатина диспергировали в нейтральной жидкой среде растительного масла, перемешивали смесь лопастной мешалкой со скоростью вращения 100-1500 об/мин. Под действием сил поверхностного натяжения образовывались гранулы сферической формы, которые промывали, сушили и подвергали термической обработке при температуре 900-1250°C.

К недостаткам следует отнести использование некоторых фосфатов кальция, которые не соответствуют неорганической составляющей костной ткани человека, а также использование высоких температур термической обработки, не указано время перемешивания.

Задачей заявляемого изобретения является разработка способа получения гранул карбонатгидроксилапатита в матрице желатина.

Указанный технический результат заключается в том, что предложен способ получения гранул карбонатгидроксилапатита, заключающийся в том, что смешивают порошок карбонатгидроксилапатита с 5 масс.% водным раствором желатина при соотношении 1 г порошка к 7,5 мл раствора до однородной массы, полученную смесь диспергируют через капилляр диаметром 1-2 мм в растительное масло, охлажденное до температуры Т₁=-1÷0°C, затем полученные гранулы декантируют от масла и промывают смесью этилового спирта и ацетона в соотношении 2:1, после этого сушат при температуре Т₂=25÷27°C на воздухе, в течение времени t=5÷7 часов, для сохранения сферической формы.

Затем изучали свойства полученных гранул: дисперсный состав полученных гранул, с помощью ситового анализа, удельную поверхность, которая является одной из важнейших характеристик твердых пористых материалов.

Пример 1

Смешивают порошок карбонатгидроксилапатита с 5 масс.% водным раствором желатина при соотношении 0,2 г порошка к 1,5 мл раствора до однородной массы, затем полученную смесь диспергируют в течение 4 минут через капилляр диаметром 1 мм в растительное масло объемом 100 мл, охлажденное до 0°C, с помощью 200 г льда, смешанного с 10 г CaCl₂, полученные гранулы декантируют от масла и промывают смесью этилового спирта и ацетона (10 мл и 5 мл соответственно), затем сушат при температуре 25°C на воздухе.

Пример 2

Смешивают порошок карбонатгидроксилапатита с 5 масс.% водным раствором желатина при соотношении 0,4 г порошка к 3 мл раствора до однородной массы, затем полученную смесь диспергируют в течение 8 минут через капилляр диаметром 1 мм в растительное масло объемом 100 мл, охлажденное до -1°C, с помощью 200 г льда, смешанного с 10 г CaCl₂, полученные гранулы декантируют от масла и промывают смесью этилового спирта и ацетона (10 мл и 5 мл соответственно), затем сушат при температуре 26°C на воздухе.

Пример 3

Смешивают порошок карбонатгидроксилапатита с 5 масс.% водного раствора желатина при соотношении 0,8 г порошка к 6 мл раствора до однородной массы, затем полученную смесь диспергируют в течение 16 минут через капилляр диаметром 1 мм в растительное масло объемом 100 мл, охлажденное до -1°C, с помощью 200 г льда, смешанного с 10 г CaCl₂, полученные гранулы декантируют от масла и промывают смесью этилового спирта и ацетона (10 мл и 5 мл соответственно), затем сушат при температуре 27°C на воздухе.

Для определения оптимального содержания желатина в водном растворе изучали свойства полученных гранул: дисперсный состав полученных гранул с помощью ситового анализа, удельную поверхность, которая является одной из важнейших характеристик твердых пористых материалов.

Расчет удельной поверхности проводился по уравнению Брунауэра, Эммета и Теллера (БЭТ), которое является одним из наиболее распространенных и общепринятых в настоящее время. Измерение удельной поверхности и пористости образцов проводился по методу БЭТ (S_БЭТ-N2) на анализаторе Gemini 2365 по адсорбции стандартного газа азота при 77.4 К. Диапазон измерения удельной поверхности - от 0.5 до 999 м²/г. Предел допускаемой относительной погрешности измерений удельной поверхности в режиме многократного измерения не более 5% (табл.1).

Исходя из данных табл.1, наибольшую удельную поверхность и объем мезопор имеют гранулы, полученные при концентрации желатина 5% масс. При увеличении концентрации желатина от 5-15 наблюдается резкое падение удельной поверхности и объема мезопор, что негативно сказывается на функциональных свойствах полученных изделий.

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить гранулы на основе карбонатгидроксилапатита в белковой матрице желатина с диаметром 1-2 мм, удельной поверхностью 32-0,04 м²/г, объемом мезопор 0-0,098 см³/г, средним размером пор от 10 до 20 нм.

Способ получения гранул карбонатгидроксилапатита, заключающийся в том, что смешивают порошок карбонатгидроксилапатита с 5 масс.% водным раствором желатина при соотношении 1 г порошка к 7,5 мл раствора до однородной массы, полученную смесь диспергируют через капилляр диаметром 1÷2 мм в растительное масло, охлажденное до температуры Т₁=-1÷0°C, затем полученные гранулы декантируют от масла и промывают смесью этилового спирта и ацетона в соотношении 2:1, после этого сушат при температуре T₂=25÷27°C на воздухе в течение времени t=5÷7 часов.