DD236304A5

DD236304A5 - Verfahren zur beschichtung anorganischer traegerpartikel mit biologisch aktivem glas

Info

Publication number: DD236304A5
Application number: DD84268668A
Authority: DD
Inventors: Edward G Howard
Original assignee: �K@�K@��@��@��@��@��@��Kk��
Priority date: 1983-10-27
Filing date: 1984-10-24
Publication date: 1986-06-04
Also published as: ZA848346B; ES8706581A1; US4608350A; YU183384A; AU3470884A; ES546635A0; NO844274L; DK513884D0; ES537047A0; DK513884A; FI844218L; EP0145210A2; PT79421B; PT79421A; IL73317A0; AU574109B2; FI844218A0; ES8605743A1; NZ210011A; JPS60137849A

Abstract

Offenbart werden eine waessrige Loesung von Vorstufen fuer biologisch aktives Glas, mit der Loesung beschichtete Traeger-Teilchen, mit dem Glas beschichtete Traeger-Teilchen, kugelfoermige Teilchen aus biologisch aktivem Glas, Verfahren zur Herstellung der Loesung, zur Beschichtung des Traegers und zur Herstellung des beschichteten Traegers und der kugelfoermigen Glas-Teilchen. Die das biologisch aktive Glas enthaltenden Materialien sind geeignet fuer prothetische Vorrichtungen und Implantante fuer den menschlichen Koerper.

Description

9. Anorganische Trägerpartikel nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Säurebeschichtungslösung Vorstufen umfaßt, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus:

(a) Na₂O(SiO₂)₃₃₈, Na₂SiO₃, (NaO)₂Si(CH₃)₂, Kieselsäure und kolloidales SiO₂;

(b) Ca Salze der C₁-C₄ alkanischen Säruen und Ca(NO₃J₂;

(c) Na₃PO₄, Na₂HPO₄, NaHPO₄, Na₂H₂P₂O₇, Na₃PO₃, Na₂HPO₃, H₃PO₄, (NH₄J₃PO₄, (NH₄J₂HPO₄, (NH₄)HPO₄, (NH₄J₂H₂P₂O₇, (NH₄J₃PO₃, (NH₄J₂HPO₃ und (NH₄)H₂PO₃;

(d) Na₂B₄O₇ und andere Natriumborate;

(e) Natriumsalze der C₁-C₄ alkanischen Säuren und NaNO₃.

O. Anorganische Trägerpartikel nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Säurebeschichtungslösung Vorstufen enthält, die ausgesucht werden aus der Gruppe bestehend aus:

(a) Na₂O(SiO₂) 3.38,

(b) Ca (O₂CH₂J₂,

(c) Na₃PO₄ -12H₂O

(d) NaO₂CH und

(e) Na₂B₄O₇- 10 H₂O.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung anorganischer Trägerpartikel mit biologisch aktivem Glas sowie die durch das /erfahren erhaltenen anorganischen Trägerpartikel.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Wie von Hench in einem Übersichtsartikel unter dem Titel „Biomateirals" in Science 208, 826-831 (1980) dargelegt wurde, werden in den Vereinigten Staaten Einzelpersonen jährlich 2 bis 3 Millionen künstliche oder prothetische Teile implantiert. Diese aus einer breiten Mannigfaltigkeit von Materialien hergestellten Vorrichtungen sind beispielsweise einsetzbar im Auge, im Ohr und im Nervensystem, im Herzen, in den Gliedmaßen, in der Blase und in den Blutgefäßen sowie zur Reparatur oder zum Ersatz von Knochen, Bändern und Zähnen. Bei diesen Anwendungen bekämpfen sie sowohl die degenerativen Effekte des Alterns als auch von Unfällen herrührende Schäden.

Eine Zusammenfassung des Standes der Biomaterialien und der mit ihnen verbundenen Probleme wurde von Hall in J. Biomed., Mater, Res. Symposium, No. 2 (Part 1), Seiten 1 bis 4 (1971) vorgelegt. Der Artikel unterstreicht die Bedeutung der Grenzfläche zwischen einem Implantat und dem Körpergewebe des Wirts.

Die US-PS 4 171 544 offenbart zahlreiche biologisch aktive Glas-Zusammensetzungen.

Die US-PS 4 103 002 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche einer Aluminiumoxid-Keramik mit einem biologisch aktiven Glas. Das Patent legt dar, daß die Oberflächen von Aluminiumoxid-Keramiken biologisch inaktiv sind und Knochengewebe sich nicht mit ihnen verbindet oder auf ihnen wächst.

Die US-PS 4 159 358 offenbart ein Verfahren zum Binden eines biologisch aktiven Glases an eine Metall-Oberfläche. Bei der Diskussion des Einsatzes biologisch aktiver Gläser als Biomaterialien stellt das Patent fest, daß es unmöglich ist, aus ihnen hinreichend starke orthopädische oder dentale Vorrichtungen aufzubauen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von neuartigen biologisch aktiven Glas-Zusammensetzungen und Formkörpern aus biologisch aktivem Glas, die körperverträglich sind und keine Entzündungen hervorrufen und dadurch zur Herstellung von Implantaten geeignet sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beschichtung anorganischer Trägerpartikel mit biologisch aktivem Glas sowie die durch das Verfahren erhaltenen anorganischen Trägerpartikel zur Verfügung zu stellen.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Beschichtung anorganischer Trägerpartikel mit biologisch aktivem Glas, gekennzeichnet dadurch, daß genannte Partikel mit einer wäßrigen Säurebeschichtungslösung aus Vorstufen des biologisch aktiven Glases in Kontakt gebracht werden, dann die beschichteten Partikel getrocknet werden und dann auf eine erhöhte

-r * u.„„u* ..._nrrt_an «.._nhoi HiQvwSRrino <?ä.irohpsnhiohtunaslösuna Vorstufen enthält, die in der Lage sind, biologisch

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SiO₂, 40 bis 62 Gewichtsprozent Na₂O, 10 bis 32 Gewichtsprozent CaO, 10 bis 32 Gewichtsprozent CaF₂, 0,01 bis 18 Gewichtsprozent P₂O₅, 0,1 bis 12 Gewichtsprozent B₂O₃, 0,01 bis 20 Gewichtsprozent

wobei davon auszugehen ist, daß die Summe von Na₂O und von CaO mindestens 30 Gewichtsprozente ausmacht.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die wäßrige Säurebeschichtungslösung mindestens eine Vorstufe entsprechend jeder Komponente des biologisch aktiven Glases besitzt, die umfaßt:

SiO₂ ungefähr 40 Gewichtsprozent Na₂O ungefähr 24,5 Gewichtsprozent CaO ungefähr 24,5 Gewichtsprozent P₂O₅ ungefähr 6 Gewichtsprozent und B₂O₃ ungefähr 5 Gewichtsprozent.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die wäßrige Säurelösung einen pH-Wert hat, der unter 3,8 liegt.

• Wiederum eine andere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Säurebeschichtungslösung Vorstufen umfaßt, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus:

(a) Na₂O(SiOj)₃₃₈, Na₂SiO₃, (NaO)₂Si(CH₃J₂, Kieselsäure und kolloidales SiO₂

(b) Ca Salze der C₁-C₄ alkanischen Säuren und Ca(NO₃J₂;

(c) Na₃PO₄, Na₂HPO₄, NaHPO₄, Na₂H₂P₂O₇, Na₃PO₃, Na₂HPO₃, H₃PO₄, (NH₄J₃PO₄, (NH₄) ₂HPO₄, (NH₄)HPO₄, (NH₄J₂H₂P₂O₇, (NH₄)₃PO₃, (NH₄J₂HPO₃ und (NH₄) H₂PO₃;

(d) Na₂B₄O₇ und andere Natriumborate;

(e) Natriumsalze der C]-C₄ alkanischen Säuren und NaNO₃.

Des weiteren zeichnet sich eine andere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch aus, daß die wäßrige Säurebeschichtungslösung Vorstufen enthält, die ausgesucht werden aus der Gruppe bestehend aus:

*

(a) Na₂O(SiO₂)₃.₃₈

(b) Ca(O₂CH₂J₂

(c) Na₃PO₄- 12H₂O

(d) NaO₂CH und

(e) Na₂B₄O₇- 10 H₂O.

Gegenstand der Erfindung sind weiterhin Trägerpartikel, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer biologisch aktiven Glasschicht beschichtet sind.

Erfindungsgemäß wird eine wäßrige Säurelösungs-Zusammensetzung von Vorstufen für biologisch aktives Glas zur Verfügung gestellt. Die wäßrige Säurelösung der Erfindung umfaßt eine Kombination sämtlicher Vorstufen, die erforderlich sind für die Gewinnung eines Endproduktes, wenn die Vorstufen-Zusammensetzung getrocknet und gebrannt wird. Die vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf irgendwelche besonderen Vorstufen für irgendein spezielles biologisch aktives Glas. Im Gegenteil, jede beliebige Kombination von Vorstufen, die einen Überzug aus einem biologisch aktiven Glas auf den Träger-Teilchen bildet, kann eingesetzt werden.

Der Begriff „biologisch aktives Glas" bedeutet, daß das Glas in vivo-Bindungen mit Knochen, Muskeln oder anderen Körpergeweben auszubilden vermag. Aus Gründen der Kürze wird der Begriff „Glas" hier so verwendet, daß er biologisch aktives Glas bezeichnet. Der Begriff „wäßrige Lösung" bedeutet eine wäßrige Säurelösung, -suspension oder -dispersion von Glas-Vorstufen. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem Zusammensetzungen von mit den Glas-Vorstufen beschichteten Träger-Teilchen mit Träger-Teilchen, die mit dem Glas beschichtet sind, das durch Calcinieren der Glas-Vorstufen gebildet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft auch kugelförmige Teilchen aus biologisch aktivem Glas, die durch Sprühtrocknen der Glas-Vorstufen und Brennen der sprühgetrockneten Teilchen hergestellt sind. Ebenfalls enthalten im Umfang der vorliegenden Erfindung sind Verfahren zur Herstellung der Lösungs-Zusammensetzungen der Glas-Vorstufen, zur Beschichtung der Träger-Teilchen, zum Trocknen und Brennen der mit den Vorstufen beschichteten Teilchen unter Bildung der mit Glas beschichteten/verschmolzenen Träger-Teilchen und zum Sprühtrocknen der Lösungs-Zusammensetzung der Glas-Vorstufen. Die kugelförmigen Teilchen sind gekennzeichnet durch ihre allgemein sphärische Geometrie und relativ glatte Oberflächen. Glas-Teilchen der vorliegenden Erfindung lassen sich durch mikroskopische Untersuchung leicht von den rauh-kantigen, im wesentlichen nicht kugelförmigen Teilchen des Standes der Technik unterscheiden.

Die nachstehenden Patente offenbaren eine Anzahl biologisch aktiver Gläser, die mittels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können: US-PS 4 159 358, US-PS 4 103 002 und US-PS 4 171 544. Im allgemeinen schließt die vorliegende Erfindung sämtliche Gläser ein, deren Komponenten in Form einer stabilen wäßrigen Lösung hergestellt werden können. Hier ist unter „stabil" zu verstehen, daß während eines Zeitraums von einer Stunde keine nennenswerte Niederschlagsbildung stattfindet. Ein typischer Bereich der Zusammensetzungen für eine Untergruppe der in Betracht kommenden Gläser, der in Übereinstimmung mit den Gepflogenheiten in der Glas-Chemie in Form der Oxide und Fluoride angegeben wird, ist der folgende:

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Komponente Gew.-%

SiO₂	40	bis 62
Na₂O	10	bis 32
CaO	10	bis 32
CaF₂	0	bis 18
P₂O₅	0,1	bis 12
B₂O₃	0	bis 20,

vobei die Summe von Na₂O + CaO wenigstens etwa 30 Gew.-% beträgt. Von den aufgeführten Komponenten ist CaF₂ nicht wasserlöslich., Dementsprechend wird eine wäßrige Lösung von Glas-Vorstufen, die CaF₂ als Bestandteil enthält, so behandelt, daß Jas CaF₂ suspendiert wird. Ein Behandlungsverfahren umfaßt die Zugabe einer Lösung von Fluorid-Ionen (vermittelts NaF oder VlH₄F) zu einer Lösung von Ca⁺⁺-Ionen unter kräftigem Rühren. Bevorzugte Gläser dieses Typs enthalten etwa 0,5 bis 6 Gew.-%

iine andere Untergruppe der in Betracht kommenden Gläser umfaßt diejenigen, die Bor enthalten. Ein typisches bprhaltiges Glas snthä+t 40 Gew.-% SiO₂, 5 Gew.-% B₂O₃, 6 Gew.-% P₂O₅, 24,5 Gew.-% CaO und 24,5 Gew.-% Na₂O.

Iu den in Betracht kommenden Materialien, die als Träger für das Glas einsetzbar sind, zählen hochschmelzende Mineraloxide, Keramiken und dergleichen. In der Tat kann jedes beliebige Material eingesetzt werden, das nicht in nachteiliger Weise mit dem 3las, den Glas-Vorstufen oder Körperteilen, mit denen das betreffende Material in Berührung kommen kann, reagiert. Es steht edoch naturgemäß außer Frage, daß das betreffende Material relativ zäh und bei den zum Brennen des Glases angewandten löheren Temperaturen stabil ist.

Iu den in Betracht kommenden Materialien zählen Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Kohlenstoff, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Titandioxid, Tone, Calciumsilicat, Feldspat, Zinkoxid und dergleichen, darunter auch beliebige Metalle, die der Körper annimmt. 3evorzugte Träger sind Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid sowie deren Mischungen und Zusammensetzungen. Die Größe jnd die Konzentration der Träger-Teilchen variieren mit der speziellen herzustellenden Vorrichtung, deren Verwendungszweck und Jer gewünschten Zusammensetzung der Teilchen. In Betracht kommende Teilchen haben einen Durchmesser im Bereich bis hinauf :u 1 mm oder mehr.

:ine Natrium und Siliciumdioxid enthaltende Verbindung wie Na₂O · (SiO₂)₃,₃e oder Na₂SiO₃ oder (NaO)₂Si(CH₃J₂ kann als Vorstufe für SiO₂ und Na₂O verwendet werden. Zu anderen Vorstufen für SiO₂ zählen Kieselsäure und kolloidales SiO₂. Zu den Vorstufen für CaO jehören die Calcium-Salze der C₁- bis C₄-Alkansäuren, vorzugsweise Calciumformiat Ca(O₂CH)₂, und, falls HNO₃ zur pH-Steuerung /erwendet wird, Ca(NO₃J₂. Vorstufen für P₂O₅ und Na₂O sind die Natriumphosphate Na₃PO₄, Na₂HPO₄, NaH₂PO₄, Na₂H₂P₂O₇ sowie die Vlatriumphosphite Na₃PO₃, Na₂HPO₃, NaH₂PO₃. Bevorzugt wird das Natriumphosphat Na₃PO₄ · 12 H₂O. Zu anderen Vorstufen für P₂O₅ zählen H₃PO₄ und die Ammoniumsalz-Äquivalente zu den oben genannten Natriumsalzen. Zu den Vorstufen für B₂O₃ zählen die Matriumborate, die außerdem Na₂O liefern. Bevorzugt wird Na₂B₄O₇ · 10 H₂O. Vorstufen für Na₂O umfassen die im Vorstehenden genannten Natriumsalze sowie die Natrium-Salze der C₁- bis C₄-Alkansäuren, vorzugsweise Natriumformiat und, falls HNO₃ zur oH-Steuerung verwendet wird, NaNO₃. Die Einführung solcher Ionen wie SO₄"² und Al⁺³, die mit anderen anwesenden Ionen jnmittelbar Niederschläge bilden würden, sollte vermieden werden. Andere Ionen, die das biologische Wachstum verstärken, <önnen ebenfalls in die lösung eingeführt werden. Zu diesen Ionen zählt Mg⁺²; hierzu vgl. Jaffe, "Metabolie Degenerative and Inflammatory Diseases of Bones and Joints", Lea and Febiger, Phila (1972), S. 124ff. Falls K₂O als Komponente der Glases srwünscht ist, kann es in die Vorstufen-Lösung als KHCO₃, KNO₃ oder KOC(O)R eingebracht werden.

Die wäßrigen Lösungs-Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung haben einen pH, der typischerweise unter etwa 5 iegt. Bevorzugte Säuren für die pH-Kontrolle sind solche, die sich beim Erhitzen in sauberer Weise zersetzen und keinen Kohlenstoff-Rückstand hinterlassen, der eine verlängerte Verbrennung erfordern würde. Eine solche saubere Zersetzung ist ein allgemeines Erfordernis für eine Säure, deren Salze verwendet werden oder die in freier Form verwendet wird. Eine genügende Menge der Säure wird der Lösung zugesetzt, um den gewünschten pH zu erreichen. Zu Säuren, die die Bedingungen relativ hoher Flüchtigkeit und sauberer Zersetzung erfüllen, zählen Salpetersäure und die C₁- bis C₄-Alkansäuren, einschließlich beliebiger Säuren, deren Calcium- und Natrium-Salze bei der Bereitung der Lösung oder Dispersion eingesetzt werden. Da diese Salze vorzugsweise die Formiate sind, ist die am meisten bevorzugte Säure die Ameisensäure. Für Ameisensäure und Salpetersäure liegt der pH höchstens bei etwa 3,8 und vorzugsweise bei etwa 3,3 bis 3,8. Für Essigsäure, Propionsäure und die Buttersäuren liegt der pH höchstens bei etwa 4,6 und vorzugsweise bei etwa 4,1 bis 4,6. Der optimale pH für jede spezielle Glas-Vorstufen-Zusammensetzung läßt sich leicht durch einen einfachen Versuch ermitteln.

Bei der praktischen Durchführung des Arbeitsganges der Beschichtung wird der zu beschichtende teilchenförmige Träger mit einer frisch bereiteten Lösung der Glas-Vorstufen unter Rühren und vorzugsweise unter mildem Vermählen innig vermischt. Im Laboratorium werden das Mischen, Rühren und Vermählen zweckmäßigerweise in einem Mörser mittels eines Pistills durchgeführt. Der feuchte feste Stoff kann dann zur Entfernung der Gesamtmenge oder eines Teils des Wassers an der Luft getrocknet werden, wobei Arbeitsweisen der Sprühtrocknung bevorzugt werden. Der getrocknete Feststoff wird dann auf eine Temperatur erhitzt, die hoch genug ist, um etwa verbliebenes Wasser zu entfernen, etwa verbliebene Ameisensäure zu verflüchtigen und/oder zu zersetzen und die Komponente des Beschichtungsmediums in das gewünschte Glas umzuwandeln. Diese Temperatur beträgt gewöhnlich etwa 600⁰C bis etwa 1 550⁰C, obwohl gelegentlich etwas niedrigere Temperaturen wirksam eingesetzt werden können. Zur Minimierung der Gefahr der Niederschlagsbildung besteht ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung der Beschichtungslösung darin, zwei Lösungen anzusetzen, wobei die erste Calciumformiat und Natriumformiat, falls verwendet, enthält und die zweite Natriumsilicat und, sofern einer oder mehrere der folgenden Stoffe eingesetzt werden sollen, Natriumphosphate und/oder Natriumborate enthält. Dann wird in beiden Lösungen Ameisensäure gelöst, und die beiden Lösungen werden unter gutem Rühren miteinander vermischt. Die einzusetzende Menge Ameisensäure kann leicht durch einfache Versuche mit aliquoten Anteilen der zwei Lösungen ermittelt werden.

Die relative Menge jeder in dem Beschichtungsmedium gelösten anorganischen Vorstufe ist der relativen Menge der entsprechenden anorganischen Komponente, die für die Bildung des gewünschten Glases benötigt wird, äquivalent. Gewöhnlich beträgt die Konzentration der Vorstufen in der Lösung etwa 100 g/l bis 200 g/l. Bei niedrigeren Konzentrationen muß in der Stufe des

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Niederschlagsbildung. Die mit den genannten Vorstufen in Berührung gebrachten Träger-Teilchen variieren in Größe und Konzentration je nach der Gewichts- und/oder Volumen-Relation, die in dem mit Glas beschichteten Träger-Produkt gewünscht wird. Mehrfache Schritte des Beschichtens/Trocknens/Sinterns können auch durchgeführt werden.

t)ie biologisch aktiven Gläser, die mit Hilfe des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung unter Einsatz der Vorstufen-Lösung hergestellt werden, sind gut eingeführt und wohl akzeptiert als Komponenten in biomedizinischen Erzeugnissen, darunter Vorrichtungen, Prothesen, Ersatzteile und Implantate für den Körper. Die Brauchbarkeit des trägerunterstützten biologisch aktiven Glases der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ebenso weitreichend wie diejenige von nicht trägerunterstütztem biologisch aktiven Glas. Darüber hinaus hat das trägerunterstützte Glas Vorteile in bezug auf Festigkeit/Glattheit/Steifigkeit und Dichte ergänzt durch das Kennzeichen einer homogenen Zusammensetzung - die zu erreichen bisher unmöglich war.

Beschichtete Träger können auf nahezu jedes verträgliche Substrat aufgesintert und/oder aufgeschmolzen werden, wodurch kleine oder große Vorrichtungen mit fast jeder beliebigen geometrischen Gestalt gebildet werden. Die beschichteten Träger können auch formgepreßt oder gegossen werden, wodurch biomedizinische Vorrichtungen gebildet werden, die allein aus dem hierin beschriebenen Träger und Glas in einer gleichmäßigen, homogenen und körperverträglichen Matrix bestehen.

Die Bedingungen, die aus dem trägerunterstützten Glas gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte biomedizinische Materialien erfüllen, sind folgende:

1) Ihre Eigenschaften nähern sich denen des Körperteils, den sie ersetzen oder in den sie einbezogen werden;

2) sie werden von dem lebenden Wirt ohne Gegenreaktionen wie Entzündung oder Toxizität angenommen;

3) sie bilden in vivo Bindungen mit den Wirtsgeweben und

4) ihre Implantation verursacht nicht die Bildung von mehr als einer relativ dünnen „Kapsel" an ihrer Grenzfläche mit dem Körperteil des Wirts.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Zwei Lösungen wurden bereitet wie folgt: Lösung I enthielt 56,9 g Calciumformiat, 6,1 g Natriumformiat und genügend Wasser für 500 ml Lösung; ihr pH betrug 6,6. Die Lösung Il enthielt 32,0 g Na₃PO₄ · 12 H₂O, 158,5 g Na₂O · (SiO₂J₃₃₈ in Form einer wäßrigen 37,1prozentigen Lösung und genügend Wasser für 500 ml Lösung; ihrpH betrug 10,9.

Zu 37,5 ml der Lösung I wurden 5,3 ml Ameisensäure hinzugefügt, und die erhaltene Lösung wurde rasch unter gutem Rühren zu 37,5 ml der Lösung Il gegeben. Dfe vereinigte Lösung wurde langsam zu 155 g Aluminiumoxid in einem Mörser gegeben, während die Mischung mit einem Pistill gerührt wurde. Das Aluminiumoxid wurde durch Calcinieren von AI₂O₃ · 3 H₂O (Alcoa C30BF) erhalten. Das Rühren wurde fortgesetzt, bis die Mischung einheitlich war. Das Produkt wurde über Nacht in einem Muffelofen bei 1200°.C gebrannt. Der Feststoff wurde nochmals einer Oberflächenbehandlung mittels des in diesem Abschnitt beschriebenen Verfahrens unterzogen, wonach ein biologisch aktives, mit Glas beschichtetes Aluminiumoxid erhalten wurde, das eine spezifische Oberfläche von 35,6 m²/g besaß. Das Produkt enthielt 48,1 % Al, entsprechend einer Gesamt-Zusammensetzung Glas/Aluminiumoxid von etwa 9/91.

Beispiel 2

Aluminiumoxid wurde im wesentlichen nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 mit biologisch aktivem Glas beschichtet, jedoch mit den folgenden Abänderungen: Das Aluminiumoxid war calciniertes „Alcoa" C333B AI₂O₃ · 3 H₂O; die Mengen waren 600 g Aluminiumoxid, 180 ml Lösung I, 180 ml Lösung Il und 25,2 ml Ameisensäure; nach dem Vermischen mit der Flüssigkeit wurde das behandelte Aluminiumoxid über Nacht an der Luft getrocknet und dann 1 h bei 1 200⁰C gebrannt.

Lose Aggregate wurden in einem Mixbecher zerkleinert, wodurch ein teilchenförmiges mit Glas beschichtetes Aluminiumoxid erhalten wurde, das eine spezifische Oberfläche von 7,4 m²/g besaß. Eine repräsentative Probe wurde über Siebe zunehmender Feinheit fraktioniert und ergab die nachstehende Verteilung der Teilchengröße:

auf Sieb 0,177 mm ( 80 mesh) 2%,

durc-Sieb 0,177 mm h ( 80 mesh),

auf Sieb 0,074 mm (200 mesh) 13%,

durc-Sieb 0,074 mm h (200 mesh),

auf Sieb 0,044 mm (325 mesh) 45%, und

durc-Sieb 0,044 mm (325 mesh) 35%

h

Beispiel 3

Eine wäßrige Lösung eines biologisch aktiven Glases mit der folgenden Zusammensetzung wurde ohne Bildung eines Niederschlags hergestellt: 40% SiO₂, 5% B₂O₃, 6% P₂O₅, 24,5% CaO und 24,5% Na₂O. Die beiden Vorstufen-Lösungen enthielten die folgenden Reagenzien:

Lösung I:

2,4 g NaO₂CH 56,9 g Ca(O₂CH)₂ Endvolumen: 600 ml (Wasser).

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Lösung II:

140,7 g 37,1 proz. Lösung von Na₂O · 3,38 SiO₂

13,6 g Na₂B₄O₇-10 H₂O

32,1 g Na₃PO₄-12 H₂O Endvolumen: 600 ml (Wasser).

)as Vermischen der Lösungen I und Il wurde wie folgt durchgeführt. Ameisensäure (0,5 ml) wurde mit 5 ml Wasser der Lösung Il :ugesetzt. Dann wurden 5 ml I schnell unter Rühren hinzugefügt. Dies ergab eine klare Lösung, die innerhalb von drei Tagen bei iaumtemperatur nicht gelierte.

)as gepulverte Aluminiumoxid wurde wie folgt beschichtet: Zunächst wurde AI₂O₃ · 3 H₂O (Gibbsit), Alcoa C-331 mit der lachstehenden Größen-Klassierung bei 400⁰C calciniert:

94 bis 99 % kleiner als 30 μηη, 85 bis 93% kleiner als 20 μπη, 56 bis 67% kleiner als 10 μπι und 20 bis 40% kleiner als 5 μηη.

Jas Aluminiumoxid (100 g) wurde dann mit einer Lösung des biologisch aktiven Glases vermählen, die aus 25 ml der Lösung I, 3 ml Ameisensäure und 25 ml der Lösung Il hergestellt worden war. Der feuchte Feststoff wurde an der Luft getrocknet und dann 30 min η einer Platinschale bei 1200°C gebrannt, wonach 102 g eines rieselfähigen Feststoffs erhalten wurden. Dieses Pulver (75 g) wurde jnter Verwendung von 15 ml der Lösung 1,1,8 ml Ameisensäure und 15 ml der Lösung Il erneut behandelt. Das Endprodukt war ein veißes Pulver (80 g). Dieses Pulver erhöht in Wasser den pH auf etwa 10.

Beispiel 4

lwe\ Lösungen wurden bereitet wie folgt: (I) 237,6g Calciumformiat,

114,4g Natriumformiat und

genügend destilliertesWasserfür4l Lösung; II) 158,4g Na₄P₂O₇-10H₂O,

1448,8g 37,1proz.. Na₂O · 3,38SiO₂ und

genügend Wasserfür4l Lösung.

Iu 720 ml der Lösung I, die 160 ml Ameisensäure enthielten, wurden in einem Mixbecher 720 ml der Lösung Il hinzugefügt. Diese fertige Lösung wurde zu einem feinen weißen Pulver sprühgetrocknet.

Das Pulver enthielt Wasser und Formiate, die wie folgt entfernt wurden: Ein mit Paddelrührer, Thermoelement und langsamer Stickstoff- * 3espülung ausgerüsteter 1-1-Dreihalskolben wurde mit 25g des Pulvers unter Rühren und Heizen beschickt. Die Teilchen entwickelten bei 35O°C bis 400⁰C kräftig Gas. Weiteres Pulver wurde zugegeben, wobei das heiße Pulver als Verdünnungsmittel diente. Mit fortschreitender Trocknung erfolgte die Pulver-Zugabe schneller. Das Endprodukt (214g aus 409,6 g sprühgetrocknetem Pulver) wurde in einem Muffelofen auf 300⁰C erhitzt und dann zu einem Pulver vermählen. Nach weiterem Erhitzen auf 920⁰C war das dunkelgraue Produkte ein poröser, leicht >erstoßbarer Glasschaum einer Zusammensetzung, die den 53,0Gew.-% SiO₂,12,8Gew.-% CaO, 23,0Gew.-% Na₂O und 6,3 Gew.-% P₂O₅ der US-PS 4171 544entsprach.

Seispiel 5

)ieses Beispiel wurde in ähnlicher Weise wie Beispiel 4 durchgeführt.

Lösung I:

2,4 g Natriumformiat, 56,9 g Calciumformiat, genügend Wasser für 600 ml

Lösung lh 140,7 g 37,1 proz. Na₂O · 3,38 SiO₂ in Wasser,

13,6 g Na₂B₄O₇- 10 H₂O,

32,1 g Na₃PO₄-12 H₂O, genügend Wasser für 600 ml.

üur Herstellung.der Lösung für die Sprühtrocknung wurden 720 ml der Lösung I und 100,8 ml Ameisensäure in einen Mixbecher gefüllt und kräftig gerührt, während 720 ml der Lösung Il zugesetzt wurden. Die Lösung wurde dann wie in Beispiel 4 beschrieben sprühgetrocknet und erhitzt und gerührt. Nachdem die Temperatur auf 1050⁰C gesteigert worden war, war das erhaltene Produkt sin krümeliger weißer Feststoff, der sich im Mörser mit dem Pistill leicht zu einem weißen Pulver zerstoßen ließ. Bezogen auf die Mengen der eingesetzten Stoffe hatte dieses Produkt die folgende, auf das Gewicht bezogene Zusammensetzung: 23,7% Na₂O, »4,8% CaO, 6,0% P₂O₅, 40,5% SiO₂ und 5,0% B₂O₃.

Seispiel 6

Planiertes AI₂O₃ 3 H₂O (Alcoa C30BF) wurde mit Glas beschichtet. Die Verteilung der Teilchengrößen war folgende: 80 bis 85% Durchgang durch Sieb # 325, d. h. kleiner als 45 μηη; 97 bis 99% Durchgang durch Sieb # 200, d. h. kleiner als 75 μηη.

Zwei Lösungen wurden bereitet wie folgt: Lösung I enthielt 56,9 g Calciumformiat, 6,1 g Natriumformiat und genügend Wasser für 500 ml Lösung; ihr pH betrug 6,6. Die Lösung Il enthielt 32,0 g Na₃PO₄- 12 H₂0,158,5 g Na₂O · (SiO₂I₃₃₈ in Form einer wäßrigen

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Zu 50 ml der Lösung I wurden 7 ml Ameisensäure hinzugefügt, und die erhaltene Lösung wurde rasch unter gutem Rühren zu 50 ml der Lösung Il gegeben. Die vereinigte Lösung wurde langsam zu 200 g Aluminiumoxid in einem Mörser gegeben, während die Mischung mit einem Pistill gerührt wurde. Das Rühren wurde fortgesetzt, bis die Mischung einheitlich war. Das Produkt wurde über Nacht in einem Muffelofen bei 1 200⁰C gebrannt. Der Feststoff wurde nochmals einer Oberflächenbehandlung mittels des in diesem Abschnitt beschriebenen Verfahrens unterzogen, wonach ein mit Glas beschichtetes Aluminiumoxid erhalten wurde.

Beispiel 7

Ein sprühgetrocknetes, biologisch aktives Glas-Pulver wurde hergestellt aus

Lösung I:

68,3 g Calciumformiat, 7,3 g Natriumformiat, genügend Wasser für 600 ml Lösung.

Lösung II:

190,2 g 37,1 proz. Na₂O · 3,38 SiO₂, 38,5 g Na₃PO₄-12 H₂O, genügend Wasser für 600 ml Lösung.

Weitere Lösungen wurden hergestellt, bis 4 I von jeder Lösung bereitet worden waren.

Zu 720 ml der Lösung I und 100 ml Ameisensäure in einem Mixbecher wurden unter kräftigem Rühren 720 ml der Lösung Il hinzugefügt. Diese fertige Lösung wurde danach sprühgetrocknet.

Ein Dreihals-Rundkolben wurde mit einem Paddelrührer und einem N₂-Einlaßrohr bestückt und mit einem Meeker-Brenner erhitzt.

Etwa 25 g des sprühgetrockneten Pulvers wurde in den mit Stickstoff bespülten Kolben gegeben, der Rührer wurde in Gang gesetzt, und der Brenner wurde angestellt. Das Pulver klebte zusammen, als Flüssigkeit aus dem Kolben zu destillieren begann. Beim fortgesetzten Erhitzen wurden die Teilchen rieselfähig und entwickelten bei 380⁰C kräftig ein brennbares Gas, wahrscheinlich CO und H₂. Weiteres sprühgetrocknetes Material wurde mit einer solchen Rate zugegeben, daß keine Agglomeration stattfand. Im Laufe von 35 min wurden 320 g sprühgetrocknetes Material zugesetzt. Der gerührte Feststoff wurde auf 520⁰C erhitzt und gekühlt.

Der Versuch erforderte 45 min und lieferte 210 g eines braunen rieselfähigen Pulvers. Beim Erhitzen auf 950⁰C an der Luft wurde aus dem Produkt ein weißer krümeliger Kuchen, der sich im Mörser mit dem Pistill leicht zu einem Pulver zerstoßen ließ.

Beispiel 8

Dieses Beispiel repräsentiert ein Verfahren zur Herstellung von biologisch aktivem Glas und/oder mit Glas beschichteten Träger-Teilchen, bei dem nur eine einzige Lösung eingesetzt wird. .

In 15 ml H₂O wurden 1,6 g Na₃PO₄ · 12 H₂O gelöst.·Zu dieser Lösung wurden 7,9 g einer 37,1 proz. wäßrigen Lösung von Na₂O · 3,38 SiO₂ hinzugefügt. Mit Wasser wurde auf ein Volumen von 25 ml aufgefüllt, und 5 ml Ameisensäure wurden dazugegeben, worauf eine klare Lösung erhalten wurde. Danach wurden 2,8 g Ca(O₂CH)₂ und 0,3 g NaO₂CH unter kräftigem Rühren hinzugefügt. Die genannte Lösung gelierte während einer Stunde nicht. Beim Trocknen und Brennen liefert diese Vorstufen-Lösung ein biologisch aktives Glas mit der Zusammensetzung

SiO₂:45 %,·

Na₂- 24,5%,

0:

CaO: 24,5%,

P₂O₅: 6 %.

Die Vorstufen-Lösung kann sprühgetrocknet und anschließend gebrannt werden, wodurch kugelförmige, biologisch aktive Glas-Teilchen gebildet werden. Alternativ können Träger-Teilchen aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Kohlenstoff, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Mineralien, Titandioxid, Ton, Calciumsilicat, Feldspat und Zinkoxid, einzeln oder in beliebiger Kombination, unter gutem Rühren zu der Lösung hinzugegeben werden. Die anschließende Trocknung liefert mit der Glas-Vorstufe beschichtete Träger-Teilchen, die im trockenen Zustand formgepreßt und calciniert werden können, wodurch geformte biomedizinische Vorrichtungen gebildet werden. In einer anderen Alternative können die mit der Glas-Vorstufe beschichteten Träger-Teilchen mit einem eine oder mehrere individuelle Komponenten von biologisch aktivem Glas enthaltenden Haftmittel behandelt werden und die aufgebrachte haftende Masse kann geformt und gebrannt werden.

Beispiel 9

Dieses Beispiel demonstriert allgemein, wie man gewisse Zusatzstoffe in eine Lösung von Vorstufen für biologisch aktives Glas einarbeiten kann. Beispielsweise können Sr-, Ba-, Li-, Al-, Fe- und/oder Ti-Komponenten in eine bereits hergestellte wäßrige Salpetersäure-Lösung der Vorstufen eingebracht werden. Alternativ können die Glas-Vorstufen und Zusatzstoff-Vorstufen in einem Schritt zu einer modifizierten Lösung von Vorstufen für ein biologisch aktives Glas formuliert werden. Die Zusatz-Komponenten liegen in der Salpetersäure-Lösung in Form ihrer Nitrate vor, z. B. als Sr(NO₃J₂, Ba(NO₃)₂, LiNO₃, AI(NO₃)₃, Fe(NO₃)₃ bzw. als Titanyl-Ion TiO⁺⁺. In jedem Falle ist darauf zu achten, daß wegen Explosionsgefahr Ameisensäure/Formiate nicht mit Salpetersäure/Nitraten vermischt werden.

Beispiel 10

Zylindrische oc-Aluminiumoxid-Pellets mit einem Durchmesser von 1,27 cm (1/2 inch) und einer Höhe von 1,27 cm (1/2 inch) wurden gewaschen, getrocknet und mit der vereinigten wäßrigen Lösung aus Beispiel 1 behandelt, an der Luft getrocknet und bei 1 200⁰C gebrannt. Die Arbeitsgänge des Beschichtens, Trocknens und Brennens wurden einmal wiederholt, und die Oberflächen wurden mittels Abtast-Elektronenmikroskopie untersucht. Die feinen Löcher und Risse auf der ursprünglichen Aluminiumoxid-Oberfläche ία,arar. - , , ο,-, ^i.". 11+ Π i „ flknrflSnkn ...-.- „I-,** ,.„,J „U„„ □ :„„„ ,.„,j I^ „.,*-,„_

Claims

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Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Beschichtung anorganischer Trägerpartikel mit biologisch aktivem Glas, gekennzeichnet dadurch, daß genannte Partikel mit einer wäßrigen Säurebeschichtungslösung aus Vorstufen des biologisch aktiven Glases in Kontakt gebracht werden, dann die beschichteten Partikel getrocknet werden und dann auf eine erhöhte Temperatur gebracht werden, wobei die wäßrige Säurebeschichtungslösung Vorstufen enthält, die in der Lage sind, biologisch aktives Glas mit folgender Zusammensetzung zu bilden:

SiO₂, 40 bis 62 Gewichtsprozent Na₂O₁IO bis 32 Gewichtsprozent CaO, 10 bis 32 Gewichtsprozent CaF₂, 0,01 bis 18 Gewichtsprozent P₂O₅, 0,1 bis 12 Gewichtsprozent B₂O₃, 0,01 bis 20 Gewichtsprozent

wobei davon auszugehen ist, daß die Summe von Na₂O und von CaO mindestens 30 Gewichtsprozente ausmacht.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Säurebeschichtungslösung mindestens eine Vorstufe entsprechend jeder Komponente des biologisch aktiven Glases besitzt, die umfaßt:

SiO₂ ungefähr 40 Gewichtsprozent Na₂O ungefähr 24,5 Gewichtsprozent CaO ungefähr 24,5 Gewichtsprozent P₂O₅ ungefähr 6 Gewichtsprozent und B₂O₃ ungefähr 5 Gewichtsprozent
3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Säurelösung einen pH-Wert hat, der unter 3,8 liegt.
4. Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Säurebeschichtungslösung Vorstufen umfaßt, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus:

(a) Na₂O(SiO₂J₃₃₈, Na₂SiO₃, (NaO)₂Si(CH₃J₂, Kieselsäure und kolloidales SiO₂; • (b) Ca Salze der C₁-C₄ alkanischen Säuren und Ca(NO₃J₂;

(c) Na₃PO₄, Na₂HPO₄, NaHPO₄, Na₂H₂P₂O₇, Na₃PO₃, Na₂HPO₃, H₃PO₄, (NH₄J₃PO₄, NH₄J₂HPO₄, (NH₄)HPO₄, (NH₄J₂H₂P₂O₇, (NH₄J₃PO₃, (NH₄J₂HPO₃ und (NH₄) H₂PO₃;

(d) Na₂B₄O₇ und andere Natriumborate;

(e) Natriumsalze der C₁-C₄ alkanischen Säuren und NaNO₃.
5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Säurebeschichtungslösung Vorstufen enthält, die ausgesucht werden aus der Gruppe bestehend aus:

(a) Na₂O(SiO₂J₃₃₈,

(b) Ca(O₂CH₂J₂,

(c) Na₃PO₄' 12H₂O

(d) NaO₂CH und

(e) Na₂B₄O₇-IOH₂O.
6. Anorganische Trägerpartikel, gekennzeichnet dadurch, daß sie mit einer biologisch aktiven Glasschicht beschichtet sind, die dadurch erhalten worden ist, daß die Trägerpartikel mit einer wäßrigen Säurebeschichtungslösung aus Vorstufen des biologisch aktiven Glases in Kontakt gebracht werden, dann die beschichteten Partikel getrocknet werden und dann auf eine erhöhte Temperatur gebracht werden, wobei die wäßrige Säurebeschichtungslösung Vorstufen enthält, die in der Lage sind, biologisch aktives Glas mit folgender Zusammensetzung zu bilden:

SiO₂, 40 bis 62 Gewichtsprozent Na₂0,10 bis 32 Gewichtsprozent CaO, 10 bis 32 Gewichtsprozent CaF₂, 0,01 bis 18 Gewichtsprozent P₂O₅, 0,1 bis 12 Gewichtsprozent B₂O₃, 0,01 bis 20 Gewichtsprozent

wobei davon auszugehen ist, daß die Summe von Na₂O und von CaO mindestens 30 Gewichtsprozente ausmacht.
7. Anorganische Trägerpartikel nach Punkt 6, gekennzeichnet, dadurch, daß die wäßrige Säurebeschichtungslösung mindestens eine Vorstufe entsprechend jeder Komponente des biologisch aktiven Glases besitzt, die umfaßt:

SiO₂ ungefähr 40 Gewichtsprozent Na₂O ungefähr 24,5 Gewichtsprozent

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CaO ungefähr 24,5 Gewichtsprozent
P₂O₅ ungefähr 6 Gewichtsprozent und
B₂O₃ ungefähr 5 Gewichtsprozent
8. Anorganische Trägerpartikel nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Säurelösung einen pH-Wert hat, der unter 3,8 liegt