Способ получения биоцемента для заполнения костных дефектов на основе дикальцийфосфата дигидрата и сульфата кальция двуводного

Изобретение относится к медицине, а именно для пластической реконструкции поврежденных костных тканей.

Наиболее перспективными для быстрого восстановления костных тканей человека являются керамические и цементные материалы с высокой скоростью биорезорбции. К таким материалам можно отнести цементы, в которых в результате схватывания и твердения образуются биорезорбируемые фазы. Известны, например, цементы на основе дикальцийфосфата дигидрата (ДКФД, СаНРO4*2Н2O), в которых ДКФД образуется в результате взаимодействия цементного кальцийфосфатного порошка, состоящего из монокальцийфосфата одноводного и трикальцийфосфата с жидкостью (водой). Однако брушитовые цементы имеют низкую прочность, что может приводить к их деструкции (потере формы, разрушению) в зоне имплантации и, как следствие, неоднородному заполнению дефекта новой костной тканью [Баринов С.М., Комлев В.С. Биокерамика на основе фосфатов кальция. - Наука, 2014, с. 204].

С целью повышения прочности применяют композиционные материалы, в которых в процессе твердения образуются две основные фазы. ДКФД и сульфат кальция двуводный (СКД). Содержание СКД способствует не только увеличению прочности цемента, но и сохраняет его высокую скорость биорезорбции [Chen, W.L., Chen, С.K., Lee, J.W., Lee, Y.L., Ju, C.P., & Lin, J.H.C. Structure, properties and animal study of a calcium phosphate/calcium sulfate composite cement // Materials Science and Engineering: C. - 2014. - T. 37. - C. 60-67.]. Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту является цемент (Nilsson, М, Fernandez, Е., Sarda, S., Lidgren, L, & Planell, J.A. Characterization of a novel calcium phosphate/sulphate bone cement // Journal of Biomedical Materials Research Part A. - 2002. - T. 61. - №. 4. - C. 600-607). В результате смешения порошка, состоящего из смеси 80% трикальцийфосфата (ТКФ) и 20% сульфата кальция полуводного (СКП) с цементной жидкостью (2,5% раствор сульфата натрия) при соотношении жидкости к порошку равное 0,32 мл/г.В результате схватывания и твердения образуются две фазы - ДКФД и СКД. Полученный цемент характеризуется недостаточной прочностью - 27 МПа при сжатии, что может приводить к его деструкции в зоне дефекта.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в получении цемента на основе ДКФД и СКД с высокой прочностью при сжатии.

Техническим результатом является получение высокопрочного цементного материала, временем схватывания 4-8 минут, прочностью не менее 55 МПа, содержащего основные фазы. ДКФД и СКД, а также аморфную фазу (АФК).

Технический результат достигается тем, что биоцемент для заполнения костных дефектов на основе ДКФД и СКД получают цементный раствор в результате смешения порошка ТКФ и СКП с водным раствором дигидроортофосфата магния 4-водного (раствор 50-66% соли Mg(H₂PO₄)₂*4H₂O в воде), при следующем соотношении компонентов, масс. %:

порошковая смесь. ТКФ - 60-90%

сульфат кальция полуводный - 10-40%

соотношение водный раствор дигидроортофосфата магния 4-водного /порошковая смесь - 0,4-0,6 мл/г,

проводят смешение в течение 0,5-2 минут до получения однородного цементного раствора, затем полученный цементный раствор схватывается в течение 4-8 минут с образованием цементного камня, состоящего из кристаллических фаз - ДКФД, СКД и АФК, полученный цементный камень характеризуется прочностью не менее 55 МПа при сжатии.

При смешении порошковой смеси ТКФ и СКП с водным раствором дигидроортофосфата магния 4-водного происходит взаимодействие между компонентами цемента, в результате образуется ДКФД, СКД и АФК, что приводит к схватыванию цементного раствора и последующим твердением с образованием цементного камня. Образование новых фаз в цементном камне происходит при следующих взаимодействиях: ДКФД и АФК образуется в результате взаимодействия ТКФ с водным раствором дигидроортофосфата магния 4-водного; СКД в результате взаимодействия СКП с водой. Образующийся АФК цементирует частицы цемента между собой, образуя прочный каркас цементного камня.

Роль вводимого дигидроортофосфата магния 4-водного заключается в регулировании процесса схватывания и фазообразования. При использовании раствора более 60% или при отношении соотношение водный раствор дигидроортофосфата магния 4-водного /порошок (L/P) менее 0,3 мл/г цементный раствор становится очень вязким, что не позволяет его использовать как пластичную массу для формования. При использовании раствора менее 40% или при отношении соотношение водный раствор дигидроортофосфата магния 4-водного /порошок более 0,7 мл/г время схватывания сильно увеличивается - более 30 минут, прочность образующихся цементных образцов резко снижается - менее 20 МПа. Использование ТКФ менее 50 или более 95% в порошковой смеси прочность цементного камня резко снижается и выходит за пределы заявленных значений.

Пример. Цементы получали при смешении 0,5 мл (66% раствор дигидроортофосфата магния 4-водного) с порошком, содержащим ТКФ-0,48 г и 0,12 г СКП в течение 1 минуты до образования цементного раствора. После смешения полученный раствор помещали в тефлоновую форму диаметром 8 мм для придания цементным образцам формы. После схватывания полученные образцы вынимали из формы. Образцы характеризовались прочностью на сжатие 60 МПа. Образцы состояли из ДКФД, СКД и АФК. Были изготовлены образцы цементов, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.