Твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров

Твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров

На основе нанокристаллических фосфатов кальция (гидроксиапатита, трикальцийфосфата) и биосовместимых полимеров (натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, поливинилового спирта) получены твердеющие композиции (цементы), характеризующиеся пористостью 13–55%, временем схватывания от 1 до 60 мин. и стати...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2013
Hauptverfasser: Мусская, О.Н., Кулак, А.И., Крутько, В.К., Лесникович, Л.А., Уласевич, С.А., Суходуб, Л.Ф.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2013
Schriftenreihe:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/75938
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров / О.Н. Мусская, А.И. Кулак, В.К. Крутько, Л.А. Лесникович, С.А. Уласевич, Л.Ф. Суходуб // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 4. — С. 781-790. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-75938
record_format dspace
spelling irk-123456789-759382016-10-14T12:00:29Z Твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров Мусская, О.Н. Кулак, А.И. Крутько, В.К. Лесникович, Л.А. Уласевич, С.А. Суходуб, Л.Ф. На основе нанокристаллических фосфатов кальция (гидроксиапатита, трикальцийфосфата) и биосовместимых полимеров (натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, поливинилового спирта) получены твердеющие композиции (цементы), характеризующиеся пористостью 13–55%, временем схватывания от 1 до 60 мин. и статической прочностью 0,1–8,7 МПа. Изучены влияния концентрации геля гидроксиапатита, температуры и полимерной добавки на время схватывания и статическую прочность кальцийфосфатных цементов. Доклиническими испытаниями in vivo показаны биосовместимость и токсикологическая безопасность кальцийфосфатных цементов. Цементы перспективны для практического использования в качестве биосовместимых компонентов покрытий на титановых имплантатах в нейрохирургии и ортопедии, а также самотвердеющих композитов. На основі нанокристалічних фосфатів кальцію (гідроксиапатиту, трикальційфосфату) і біосумісних полімерів (натрієвої солі карбоксиметилцелюлози, полівінілового спирту) одержано композиції, що твердіють (цементи), які характеризуються пористістю у 13–55%, часом тужавлення від 1 до 60 хв. і статичною міцністю у 0,1–8,7 МПа. Вивчено впливи концентрації ґелю гідроксиапатиту, температури й полімерної домішки на час тужавлення та статичну міцність кальційфосфатних цементів. Доклінічні випробування in vivo показали біосумісність і токсикологічну безпеку кальційфосфатних цементів. Цементи перспективні для практичного використання як біосумісні компоненти покриття на титанових імплантатах у нейрохірургії й ортопедії, а також самотвердні композити. New composite calcium phosphate cements with 13–55% porosity, 1–60 minute setting time, and 0,1–8,7 МPа static strength on the base of nanocrystalline calcium phosphates (hydroxyapatite, tricalcium phosphate) and biocompatible polymers (sodium carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol) are obtained. The influences of hydroxyapatite gel concentration, temperature and polymer admixture on the setting time and static strength of the composite calcium phosphate cements are studied. Biocompatibility and toxicological safety of the calcium phosphate cements are been demonstrated by preclinical trials in vivo. The cements are prospective for practical application as a biocompatible component of coatings on titanium implants for neurosurgery and orthopaedics, and as self-harding composites. 2013 Article Твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров / О.Н. Мусская, А.И. Кулак, В.К. Крутько, Л.А. Лесникович, С.А. Уласевич, Л.Ф. Суходуб // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 4. — С. 781-790. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 62.23.Pq,81.07.Pr,82.35.Np,82.70.Dd,83.60.-a,87.85.jj,87.85.Rs http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/75938 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description На основе нанокристаллических фосфатов кальция (гидроксиапатита, трикальцийфосфата) и биосовместимых полимеров (натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, поливинилового спирта) получены твердеющие композиции (цементы), характеризующиеся пористостью 13–55%, временем схватывания от 1 до 60 мин. и статической прочностью 0,1–8,7 МПа. Изучены влияния концентрации геля гидроксиапатита, температуры и полимерной добавки на время схватывания и статическую прочность кальцийфосфатных цементов. Доклиническими испытаниями in vivo показаны биосовместимость и токсикологическая безопасность кальцийфосфатных цементов. Цементы перспективны для практического использования в качестве биосовместимых компонентов покрытий на титановых имплантатах в нейрохирургии и ортопедии, а также самотвердеющих композитов.
format Article
author Мусская, О.Н.
Кулак, А.И.
Крутько, В.К.
Лесникович, Л.А.
Уласевич, С.А.
Суходуб, Л.Ф.
spellingShingle Мусская, О.Н.
Кулак, А.И.
Крутько, В.К.
Лесникович, Л.А.
Уласевич, С.А.
Суходуб, Л.Ф.
Твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet Мусская, О.Н.
Кулак, А.И.
Крутько, В.К.
Лесникович, Л.А.
Уласевич, С.А.
Суходуб, Л.Ф.
author_sort Мусская, О.Н.
title Твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров
title_short Твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров
title_full Твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров
title_fullStr Твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров
title_full_unstemmed Твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров
title_sort твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate 2013
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/75938
citation_txt Твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров / О.Н. Мусская, А.И. Кулак, В.К. Крутько, Л.А. Лесникович, С.А. Уласевич, Л.Ф. Суходуб // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 4. — С. 781-790. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv AT musskaâon tverdeûŝiekompoziciinaosnovenanokristalličeskihfosfatovkalʹciâibiosovmestimyhpolimerov
AT kulakai tverdeûŝiekompoziciinaosnovenanokristalličeskihfosfatovkalʹciâibiosovmestimyhpolimerov
AT krutʹkovk tverdeûŝiekompoziciinaosnovenanokristalličeskihfosfatovkalʹciâibiosovmestimyhpolimerov
AT lesnikovičla tverdeûŝiekompoziciinaosnovenanokristalličeskihfosfatovkalʹciâibiosovmestimyhpolimerov
AT ulasevičsa tverdeûŝiekompoziciinaosnovenanokristalličeskihfosfatovkalʹciâibiosovmestimyhpolimerov
AT suhodublf tverdeûŝiekompoziciinaosnovenanokristalličeskihfosfatovkalʹciâibiosovmestimyhpolimerov
first_indexed 2025-07-06T00:10:49Z
last_indexed 2025-07-06T00:10:49Z
_version_ 1836854175275679744
fulltext 781 PACS numbers: 62.23.Pq, 81.07.Pr, 82.35.Np, 82.70.Dd, 83.60.-a, 87.85.jj, 87.85.Rs Твердеющие композиции на основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовместимых полимеров О. Н. Мусская, А. И. Кулак, В. К. Крутько, Л. А. Лесникович, С. А. Уласевич, Л. Ф. Суходуб* Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси, ул. Сурганова, 9/1, 220072 Минск, Беларусь *Сумской государственный университет, ул. Римского-Корсакова, 2, 40000 Сумы, Украина На основе нанокристаллических фосфатов кальция (гидроксиапатита, трикальцийфосфата) и биосовместимых полимеров (натриевой соли кар- боксиметилцеллюлозы, поливинилового спирта) получены твердеющие композиции (цементы), характеризующиеся пористостью 13–55%, вре- менем схватывания от 1 до 60 мин. и статической прочностью 0,1–8,7 МПа. Изучены влияния концентрации геля гидроксиапатита, температу- ры и полимерной добавки на время схватывания и статическую прочность кальцийфосфатных цементов. Доклиническими испытаниями in vivo по- казаны биосовместимость и токсикологическая безопасность кальций- фосфатных цементов. Цементы перспективны для практического исполь- зования в качестве биосовместимых компонентов покрытий на титановых имплантатах в нейрохирургии и ортопедии, а также самотвердеющих композитов. На основі нанокристалічних фосфатів кальцію (гідроксиапатиту, трика- льційфосфату) і біосумісних полімерів (натрієвої солі карбоксиметилце- люлози, полівінілового спирту) одержано композиції, що твердіють (це- менти), які характеризуються пористістю у 13–55%, часом тужавлення від 1 до 60 хв. і статичною міцністю у 0,1–8,7 МПа. Вивчено впливи кон- центрації ґелю гідроксиапатиту, температури й полімерної домішки на час тужавлення та статичну міцність кальційфосфатних цементів. Доклі- нічні випробування in vivo показали біосумісність і токсикологічну без- пеку кальційфосфатних цементів. Цементи перспективні для практично- го використання як біосумісні компоненти покриття на титанових ім- плантатах у нейрохірургії й ортопедії, а також самотвердні композити. New composite calcium phosphate cements with 13–55% porosity, 1–60 mi- Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2013, т. 11, № 4, сс. 781–790  2013 ІМФ (Інститут металофізики ім. Ã. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 782 О. Н. МУССКАЯ, А. И. КУЛАК, В. К. КРУТЬКО и др. nute setting time, and 0,1–8,7 МPа static strength on the base of nanocrys- talline calcium phosphates (hydroxyapatite, tricalcium phosphate) and bio- compatible polymers (sodium carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol) are obtained. The influences of hydroxyapatite gel concentration, temperature and polymer admixture on the setting time and static strength of the compo- site calcium phosphate cements are studied. Biocompatibility and toxicologi- cal safety of the calcium phosphate cements are been demonstrated by pre- clinical trials in vivo. The cements are prospective for practical application as a biocompatible component of coatings on titanium implants for neurosur- gery and orthopaedics, and as self-harding composites. Ключевые слова: нанокристаллические фосфаты кальция, гидроксиапа- тит, трикальцийфосфат, твердеющие композиции, натриевая соль кар- боксиметилцеллюлозы, поливиниловый спирт. (Получено 18 ноября 2013 г.; после доработки — 28 ноября 2013 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Твердеющие материалы на основе фосфатов кальция известны как биоцементы для заполнения костных дефектов, благодаря высокой биоактивности, пластичности и способности затвердевать в течение определённого времени [1]. Биоактивные свойства цементам при- дают фосфаты кальция, главным образом, гидроксиапатит (ÃА) и трикальцийфосфат (ТКФ) — основные неорганические компоненты костной ткани [2]. Следует отметить, что биоактивные свойства фосфата кальция проявляют только в кристаллогидратной форме. Полное удаление кристаллогидратной воды приводит к получению биоинертного фосфата кальция, не имеющего существенных пре- имуществ перед другими биосовместимыми материалами [3]. Ранее было показано, что кристаллогидраты ÃА и ТКФ характеризуются нанометровым размером кристаллитов, которые, в отличие от мик- рокристаллических аналогов, обладают высокой реакционной спо- собностью, за счёт чего повышается остеокондуктивность биомате- риала [4]. Кроме того, остеокондуктивные свойства биоцементов улучшаются при включении в их состав биополимерной составля- ющей, которая играет роль структурного остова для проникновения сосудов, материнской костной ткани, а также миграции остеоген- ных клеток-предшественников реципиента [5–7]. В связи с этим целью данной работы являлось получение и исследование тверде- ющих композиционных кальцийфосфатных цементов на основе нанокристаллических фосфатов кальция (ÃА, ТКФ) в форме геля и порошка, а также влияние модифицирующих биосовместимых во- дорастворимых полимерных добавок – натриевой соли карбоксиме- тилцеллюлозы (Na-КМЦ) и поливинилового спирта (ПВС) на свой- ства цементов. ТВЕРДЕЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ И ПОЛИМЕРОВ 783 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Ãели фосфатов кальция (ÃА, ТКФ) получали взаимодействием вод- ных растворов, содержащих ионы кальция и гидрофосфат-ионы, при соотношении Са/Р 1,5 и 1,67 для ТКФ и ÃА соответственно [8, 9]. Порошки фосфатов кальция получали высушиванием гелей ÃА и ТКФ на воздухе при 60–70С с последующим измельчением и раз- делением на фракции с размером частиц от 63 до 250 мкм. Твердеющие кальцийфосфатные нанокомпозиции получали смешиванием водного геля ÃА концентрациями 4–17% с порошком фосфата кальция (ÃА либо ТКФ) определённой фракции (63; 63– 71; 71–80; 80–125; 125–200 и 200–250 мкм) при различных массо- вых соотношениях вода/(фосфат кальция) — 1:1; 1,2:1; 1,4:1. Твердеющие нанокомпозиции на основе ÃА/полимер получали смешиванием 5–17% геля ÃА с порошком ÃА/полимер (ПВС либо Na-КМЦ) при массовом соотношении вода/(ÃА/полимер) 1,2:1. Композиционный порошок ÃА/полимер получали следующим об- разом: порошок ÃА, высушенный при 60С, с размером частиц 63 мкм смешивали с раствором ПВС либо Na-КМЦ концентрацией 1, 3 и 5% в массовом соотношении (порошок ÃА)/(раствор полимера) 3:20; осадок отделяли от жидкой фазы на фильтре Шотта; высуши- вали при 60С до постоянной массы с последующим прогревом при 85, 110, 135, 150, 170 либо 180С в течение 1 ч. Полученный ксеро- гель ÃА/полимер растирали и просеивали до порошка с размером частиц 63 мкм. Пластичную массу на основе геля ÃА и порошка фосфата кальция (ÃА либо ТКФ) либо ÃА/ПВС формовали в виде кубиков объёмом 1 см3 либо наносили на титановые подложки в виде биоактивного слоя толщиной 1–2 мм. Полное затвердевание кальцийфосфатных цементов происходило в течение суток. Реологические исследования геля ÃА и твердеющих нанокомпо- зиций на его основе выполняли на реометре RHEOLAB МС1 при по- стоянной температуре (20C) в интервале скоростей сдвига 1–800 с 1. Рентгенофазовый анализ синтезированных фосфатов кальция выполняли на рентгеновском дифрактометре ADVANCED D8; Ni- фильтр, CuK-излучение (длина волны 0,154 нм). Статическую прочность твердеющих композиций определяли на измерителе прочности гранул ИПÃ-1; оптическую плотность измеряли с помо- щью спектроденситометра SpectroDens. Электронно-микроскопи- ческое исследование кальцийфосфатных цементов выполняли с помощью сканирующего электронного микроскопа LEO 1420. Пористость кальцийфосфатных цементов определяли по методи- ке [10]. Пористый образец массой m0 помещали в мерный цилиндр, содержащий известный объем этанола (V1), и выдерживали в тече- ние 30 мин. Объем этанола с погруженным образцом соответствует 784 О. Н. МУССКАЯ, А. И. КУЛАК, В. К. КРУТЬКО и др. V2. Затем образец, в поры которого проник этанол, извлекали из цилиндра, взвешивали (mк) и определяли оставшийся объем спирта (V3). Пористость (П) цементных образцов рассчитывали по форму- ле:   к 0 ЭТ 2 3 П 100% m m V V      , где ЭТ — плотность этанола. Ãигиенические исследования (токсичность, пирогенность, гемо- литическое действие, органолептические показатели, величина рН, перманганатная окисляемость, стерильность) твердеющих нано- композиций на основе геля ÃА и порошка ÃА выполняли в Респуб- ликанском центре гигиены, эпидемиологии и общественного здоро- вья (Беларусь) и Центральной научно-исследовательской лаборато- рии Белорусского государственного медицинского университета. Кальцийфосфатные цементы предварительно выдерживали при 50 кÃрей в течение 8 ч (-стерилизация), наносили на титановые пла- стинки в виде биоактивного слоя и изучали гемолитические, аллер- гические и цитотоксические свойства in vitro и in vivo на крысах. 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ Твердеющие кальцийфосфатные нанокомпозиции. Согласно дан- ным сканирующей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа, порошки фосфатов кальция (ÃА, ТКФ) состоят из нано- кристаллитов размером 6–50 нм. Смешивание водного геля ÃА и порошка нанокристаллического фосфата кальция приводит к обра- зованию пластичной массы, которая начинает схватываться в тече- ние от 1 мин. до 1 ч в зависимости от концентрации геля ÃА, приро- ды фосфата кальция, размера частиц порошка фосфата кальция и соотношения вода/(фосфат кальция). После затвердевания каль- цийфосфатный цемент характеризуется статической прочностью до 2,7 МПа и пористостью от 13 до 42%. На реологических кривых геля ÃА и твердеющих нанокомпози- ций на его основе наблюдается резкое падение вязкости в узком ин- тервале скоростей сдвига 1–2,5 с 1, что свидетельствует о протека- нии процессов разрушения и восстановления первичной структуры геля ÃА. Дальнейшее увеличение скорости сдвига до 800 с 1 способ- ствует переходу геля ÃА в текучее состояние, соответствующее раз- рушению связанной структуры. В таких высококонцентрирован- ных системах наблюдаются аномальные зависимости снижения напряжения сдвига при увеличении скорости сдвига, что свиде- тельствует о разрыве сплошности дисперсных структур в местах локализации структурных дефектов. ТВЕРДЕЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ И ПОЛИМЕРОВ 785 Повышение концентрации геля ÃА от 4 до 17% приводит к уве- личению его вязкости в 6 раз (рис. 1, кривая 1). Дальнейшее увели- чение концентрации геля ÃА, вероятно, способствует агрегирова- нию дисперсной системы и, соответственно, снижению вязкости. Аналогичная зависимость наблюдается для твердеющих компо- зиций на основе геля и порошка ÃА, что свидетельствует об увели- чении прочности сцепления частиц ÃА в цементной массе и способ- ствует повышению прочности цемента после затвердевания (рис. 1, кривая 2). Кинетические кривые изменения вязкости твердеющих компо- зиций на основе геля ÃА и порошка ÃА показывают, что в течение первых 30–60 мин. происходит снижение вязкости, вероятно, свя- занное с упорядочением частиц порошка ÃА в геле ÃА под действи- ем постоянной скорости сдвига. Затем наблюдается линейный рост вязкости, свидетельствующий о формировании более крупных аг- регатов частиц, что затрудняет их движение в геле ÃА (рис. 2). Установлено, что при соотношении вода/ÃА, равном 1:1 и 1,2:1, время схватывания и статическая прочность ÃА цементов практи- чески не изменяются. Смешивание 4% геля ÃА с порошком ÃА фракции 63–71 мкм при соотношении вода/ÃА, равном 1,2:1 приводит к достаточно медлен- ному схватыванию цемента в течение 50 мин. Повышение концен- трации геля ÃА до 16% способствует уменьшению времени схваты- вания пластичной композиции до 1 мин. При использовании 4– 16% геля ÃА и порошка ÃА с размером частиц 71–80 мкм время схватывания составляет 1–5 мин. Введение в гель ÃА порошка ÃА с большим размером частиц (200–250 мкм) способствует увеличению времени схватывания материала до 25–65 мин. Рис. 1. Зависимость вязкости геля ÃА и твердеющей композиции на его основе от концентрации геля ÃА: 1 — гель ÃА; 2 — твердеющая компози- ция гель ÃА/порошок ÃА ( 63 мкм), соотношение вода/ÃА 1,2:1. 786 О. Н. МУССКАЯ, А. И. КУЛАК, В. К. КРУТЬКО и др. Изменение соотношения вода/ÃА до 1,4:1 приводит к увеличению времени схватывания твердеющих кальцийфосфатных цементов. В частности, при введении в 16% гель ÃА порошка ÃА с размером ча- стиц 63–71 мкм время схватывания увеличивается до 30 мин., а статическая прочность материала после затвердевания составляет 0,1 МПа. Следует отметить, что после затвердевания максимальной ТАБЛИЦА. Состав и свойства цементов на основе 4–16% геля ÃА и по- рошка ТКФ с различным размером частиц при соотношении вода/(фосфат кальция) 1,2:1. Количество сухого ÃА в геле, масс.% Размер частиц порошка ТКФ, мкм Время схватывания пластичной массы, мин. Статическая прочность цемента, МПа 4 63–71 35 0,15 71–80 50 0,11 80–125 75 0,02 125–200 90 0,02 13 63–71 25 0,18 71–80 45 0,13 80–125 60 0,06 125–200 70 0,04 16 63–71 5 0,20 71–80 10 0,15 80–125 20 0,06 125–200 30 0,04 Рис. 2. Зависимость вязкости твердеющей композиции гель ÃА/порошок ÃА ( 63 мкм, соотношение вода/ÃА 1,2:1) от времени при скорости сдвига 1 с 1: 1 — 4% гель ÃА; 2 — 12% гель ÃА; 3 — 17% гель ÃА. ТВЕРДЕЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ И ПОЛИМЕРОВ 787 статической прочностью (2,7 МПа) характеризуется цемент на ос- нове 17% геля ÃА и порошка ÃА фракции 63 мкм при соотноше- нии вода/ÃА, равном 1,2:1. Введение в 4% гель ÃА порошка ТКФ при соотношении во- да/(ÃАТКФ) 1,2:1 приводит к замедлению схватывания цемента в течение 20 мин. (порошок ТКФ 63–71 мкм) и 90 мин. (125–200 мкм) по сравнению с образцами на основе ÃА. Повышение концентрации геля ÃА до 16% способствует уменьшению времени схватывания цемента до 5 мин. (63–71 мкм) и 30 мин. (125–200 мкм). После за- твердевания цементы ÃА/ТКФ характеризуются статической проч- ностью до 0,2 МПа (см. табл.). Твердеющие композиции ГА/полимер. С целью повышения меха- нической прочности цементов в их состав вводили водорастворимые полимеры — Na-КМЦ и ПВС. При введении Na-КМЦ в состав твердеющей кальцийфосфатной композиции статическая прочность повышается в 2 раза по сравне- нию с ÃА цементом. Твердеющая композиция на основе 5–17% геля ÃА и порошка ÃА, предварительно обработанного 1–5% раствором Na-КМЦ, с последующим прогревом при 60–170С, с размером ча- стиц 63 мкм схватывается в течение 7–60 мин. и характеризуется пористостью 14–48%, статической прочностью до 4,5 МПа. Установ- лено, что повышение концентрации геля ÃА от 5 до 17% уменьшает время схватывания твердеющих композиций в 2 раза. При смеши- вании порошка ÃА/Na-КМЦ (60С) и 5% геля ÃА время схватывания составляет 15 мин., а при использовании 12–17% геля ÃА — 7–8 мин. Следовательно, возрастание прочности при повышении количе- ства ÃА, введённого в материал в форме геля, может быть связано с увеличением степени структурирования исходных композиций. С повышением температуры прогрева порошка ÃА/Na-КМЦ от 60 до 170С время схватывания кальцийфосфатных материалов уве- личивается в 9 раз при использовании 5% раствора Na-КМЦ. Про- грев порошка ÃА/Na-КМЦ в интервале 100150С обеспечивает до- статочно высокую статическую прочность материала до 4,1 МПа (рис. 3, кривая 1). Последующий прогрев порошка ÃА/Na-КМЦ при температурах выше 150С приводит к получению материалов с не- высокой статической прочностью 0,20,6 МПа, при этом наблюда- ется заметное увеличение (в 6 раз) оптической плотности образцов, свидетельствующее о деструкции полимера. Согласно данным сканирующей электронной микроскопии (рис. 4), с повышением содержания полимерного связующего наблюдает- ся более однородное склеивание частиц фосфата кальция в тверде- ющей композиции, что способствует упрочнению цемента. Цемент на основе 5–17% геля ÃА и порошка ÃА, обработанного 1– 5% раствором ПВС, с последующим прогревом при 85–180С, схва- тывается в течение 1–30 мин. и характеризуется пористостью 15– 788 О. Н. МУССКАЯ, А. И. КУЛАК, В. К. КРУТЬКО и др. 55%. Использование 5% раствора ПВС способствует увеличению статической прочности цемента до 5,8–8,7 МПа. Однако при повы- шении температуры прогрева порошка ÃА/ПВС, как и в случае с композициями на основе ÃА/Na-КМЦ, наблюдается заметное уве- личение оптической плотности образцов при 150С, свидетельству- ющее о деструкции полимера, что приводит к получению цемента с невысокой статической прочностью 0,2 МПа (рис. 3, кривая 2). Медико-биологические испытания. Твердеющие кальцийфосфат- ные композиции на основе геля ÃА и порошка ÃА после - Рис. 3. Зависимость статической прочности и оптической плотности каль- цийфосфатных цементов на основе 17% геля ÃА и порошка ÃА, обрабо- танного 5% раствором полимера в зависимости от температуры прогрева: 1 — ÃА/Na-КМЦ; 2 — ÃА/ПВС. а б Рис. 4. Электронно-микроскопическое изображение поверхности тверде- ющей композиции на основе 17% геля ÃА и порошка ÃА/Na-КМЦ, высу- шенного при 60C: а — 1% раствор Na-КМЦ; б — 5% раствор Na-КМЦ. ТВЕРДЕЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ И ПОЛИМЕРОВ 789 стерилизации (50 кÃрей, 8 ч) соответствуют требованиям на про- дукцию по органолептическим, санитарно-химическим и микро- биологическим показателям. Доклинические исследования in vitro и in vivo на крысах показа- ли, что подкожная имплантация титановых пластин с покрытием на основе ÃА цемента не оказывает негативного влияния на клеточный состав периферической крови крыс, а также на активность аланин- и аспартатаминотрансфераз, содержание белка, глюкозы, креати- нина, мочевины в сыворотке крови в течение 1–3 месяцев после им- плантации (рис. 5). Введение вытяжки ÃА цемента контрольной группе крыс через 6 и 24 ч после инъекции не приводит к появлению отёка, что свидетельствует об отсутствии аллергенных свойств. Клинические испытания титановых трансплантатов с биопокры- тием на основе кальцийфосфатного цемента для пластики черепа показали, что у всех пациентов не отмечалось сухого невроза кож- ного лоскута, нарушений мозгового кровообращения, внутриче- репных гематом, гидром и интракраниального смещения транс- плантата; отмечался удовлетворительный косметический эффект, частичный регресс неврологической симптоматики. Таким образом, твердеющие кальцийфосфатные композиции на основе геля ÃА и порошка ÃА могут применяться для имплантации в различные костные дефекты с целью активации остеорепаратив- ных процессов и формирования новой костной ткани в месте введе- ния материала. Рис. 5. Показатели периферической крови крыс через 1 и 3 месяца после имплантации титановых пластин с покрытием на основе ÃА цемента. 790 О. Н. МУССКАЯ, А. И. КУЛАК, В. К. КРУТЬКО и др. 4. ВЫВОДЫ На основе нанокристаллических фосфатов кальция и биосовмести- мых полимеров (Na-КМЦ, ПВС) разработаны новые композицион- ные кальцийфосфатные биоцементы. Полученные цементы харак- теризуются пористостью 13–55%, временем схватывания от 1 мин. до 1 ч, статической прочностью до 8,7 МПа и могут использоваться в качестве биорезорбируемого слоя на титановых имплантатах при краниопластических операциях. Доклинические испытания in vitro и in vivo на крысах показали, что титановые имплантаты с биопокрытием на основе ÃА цемента обладают высокой биосовме- стимостью и токсикологической безопасностью. Работа выполнена в рамках совместного проекта Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Х13К-057) и Ãосударственного фонда фундаментальных исследова- ний Украины (грант № Ф54.4-012). Авторы благодарят сотрудни- ков Центральной научно-исследовательской лаборатории Белорус- ского государственного медицинского университета Б. В. Дубовика и Республиканского центра гигиены, эпидемиологии и обществен- ного здоровья (Беларусь) А. В. Щемелева за проведение медико- биологических испытаний цемента на основе ÃА. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. O. N. Musskaya, A. I. Kulak, V. K. Krut’ko, L. A. Lesnikovich, and S. A. Ulasevich, Glass. Phys. Chem, 37: 525 (2011). 2. Т. В. Сафронова, В. И. Путляев, Наносистемы: физика, химия, математи- ка, 4: 24 (2013). 3. О. Н. Мусская, А. И. Кулак, Л. А. Лесникович, Ã. В. Бутовская, С. А. Уласе- вич, В. К. Крутько, О. А. Сычева, Журн. общ. химии, 82: 1258 (2012). 4. V. K. Krut’ko, A. I. Kulak, L. A. Lesnikovich, I. V. Trofimova, O. N. Musskaya, G. K. Zhavnerko, and I. V. Paribok, Russ. J. Gen. Chem., 77: 336 (2007). 5. S. N. Danilchenko, O. V. Kalinkevich, V. N. Kuznetsov, A. N. Kalinkevich, T. G. Kalinichenko, I. N. Poddubny, V. V. Starikov, A. M. Sklyar, and L. F. Su- khodub, Cryst. Res. Technol., 45: 553 (2010). 6. L. F. Sukhodub, Mater. Sci. Eng. Technol., 4: 318 (2009). 7. S. N. Danilchenko, O. V. Kalinkevich, M. V. Pogorelov, A. N. Kalinkevich, A. M. Sklyar, T. G. Kalinichenko, V. Y. Ilyashenko, V. V. Starikov, V. I. Bumeyster, V. Z. Sikora, and L. F. Sukhodub, J. Biomed. Mater. Res. Part A, 96A: 639 (2011). 8. V. K. Tsuber, L. A. Lesnikovich, A. I. Kulak, I. V. Trofimova, P. T. Petrov, T. V. Trukhacheva, Yu. D. Kovalenko, and V. L. Krasil’nikova, Pharm. Chem. J., 40: 455 (2006). 9. Л. Н. Щегров, Фосфаты двухвалентных металлов (Киев: Наукова думка 1987). 10. N. Pramanik, S. Mohapatra, P. Bhargava, and P. Pramanik, Mater. Sci. Eng. С, 29: 228 (2009). http://istina.msu.ru/workers/382535/ http://istina.msu.ru/workers/405954/ http://istina.msu.ru/journals/515517/ http://istina.msu.ru/journals/515517/ http://link.springer.com/search?facet-author=%22V.+K.+Tsuber%22 http://link.springer.com/search?facet-author=%22L.+A.+Lesnikovich%22 http://link.springer.com/search?facet-author=%22A.+I.+Kulak%22 http://link.springer.com/search?facet-author=%22I.+V.+Trofimova%22 http://link.springer.com/search?facet-author=%22P.+T.+Petrov%22 http://link.springer.com/search?facet-author=%22T.+V.+Trukhacheva%22 http://link.springer.com/search?facet-author=%22Yu.+D.+Kovalenko%22 http://link.springer.com/search?facet-author=%22V.+L.+Krasil%E2%80%99nikova%22 http://link.springer.com/journal/11094 http://link.springer.com/journal/11094 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493108001331 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493108001331 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493108001331 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493108001331

Ähnliche Einträge