Способ получения нанодисперсного гидроксиапатита для медицины

Изобретение относится к способу получения нанодисперсного гидроксиапатита осаждением из растворов солей кальция и фосфатов щелочных металлов и/или аммония в присутствии биополимера, например желатина или крахмала, концентрацией 0,1-1 мас.%. Образующийся осадок фосфата кальция, имеющий соотношение Са/Р 1,67, для формирования частиц нанодисперсного гидроксиапатита подвергают старению в течение 24 часов при комнатной температуре, а затем прокаливают при 600-700°С в течение 0,5-4 часов. Способ позволяет получать порошки нанодисперсного гидроксиапатита, пригодного для производства медицинских материалов, который имеет размер частиц 5-50 нм. 2 табл.

 

Изобретение относится к способу получения нанодисперсного гидроксиапатита, который может быть использован для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, производства зубных пломб, зубных паст, сорбентов и пр.

Известны способы получения гидроксиапатита путем смешивания растворов H3PO4 и Са(ОН)2 в двухступенчатом реакторе [1. Патент США 4324773. Процесс получения гидроксиапатита. С01В 25/32, опубл. 13.04.1982]. Недостатком данного способа является необходимость постоянного и жесткого контроля скорости потоков реагентов, эффективности перемешивания и величины рН в реакционной массе. Незначительное отклонение от заданных параметров ведет к получению фосфатов кальция, не отвечающих химической формуле гидроксиапатита.

Известно, что при высоких концентрациях исходных веществ (30% Са(ОН)2 и 80% H3PO4) и высоких скоростях их подачи в реактор (31,3 кг/час Са(ОН)2 и 70,8 кг/час H3PO4) вероятность отклонения от технологических параметров, указанных в патенте [2. Патент США 4324772. Процесс получения гидроксиапатита. С01В 25/32, опубл. 13.04.1982 г.], весьма велика.

Наиболее близким по технической сущности и результату к предлагаемому способу является получение гидроксиапатита [3. Патент Российской Федерации 2149827. Способ получения мелкодисперсного гидроксиапатита высокой чистоты, опубл. 27.05.2000]. Мелкодисперсный ГА получают путем взаимодействия суспензии гидроксида кальция и раствора фосфорной кислоты, причем суспензию гидроксида кальция готовят при воздействии ультразвука частотой 9-15 кГц и температуре 40-60°С. Последующее добавление раствора фосфорной кислоты с концентрацией 6-9% производят со скоростью 70-120 мл/мин. Формирование суспензии гидроксиапатита с концентрацией основного вещества 320-350 г/л и размером частиц 1-5 мкм происходит в отстойнике в течение 20-24 часов. Преимуществами данного способа являются высокий выход ГА, возможность получения высокочистого гидроксиапатита без примесей других соединений кальция и фосфора, контролируемого с помощью рентгеновской дифракции. К недостаткам данного способа следует отнести больший размер частиц ГА по сравнению с предлагаемым в настоящем изобретении.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа получения нанодисперсного гидроксиапатита.

Технологическим результатом изобретения является получение гидроксиапатита с размером частиц 5-50 нм.

Технический результат достигается тем, что в способе получения нанодисперсного гидроксиапатита для медицины осаждением из растворов солей кальция и фосфатов щелочных металлов и/или аммония согласно изобретению в процессе осаждения гидроксиапатита к реакционной смеси исходных компонентов добавляют биополимер в виде водных коллоидных растворов желатина или крахмала концентрации 0,1-1 мас.%, образовавшийся осадок фосфата кальция с соотношением Са/Р 1,67 подвергают старению в течение 24 часов при комнатной температуре, прокаливают при температуре 600-700°С в течение 0,5-4 часов с образованием частиц гидроксиапатита размером 5-50 нм.

Сущность изобретения заключается в том, что при добавлении биополимеров к реакционной смеси исходных компонентов за счет образования пространственной сетки биополимера и специфического взаимодействия между ионами кальция и анионными группировками биополимера увеличивается число центров кристаллизации и, таким образом, размер образующихся частиц фосфата кальция снижается. Кроме того, при термообработке происходит выгорание биополимера, что позволяет сохранить достигнутые размеры частиц ГА.

Уменьшение количества вводимых биополимеров приводит к получению порошков более низкой дисперсности; увеличение количества биополимеров свыше 1 мас.% (для желатина) или 0,2 мас.% (для крахмала) приводит к неоднородности фазового состава и к уменьшению дисперсности образующегося продукта. (Табл.1а, б.)

Таблица 1а
Зависимость размера частиц и фазового состава получаемого продукта от концентрации желатина в растворе
Концентрация желатина, мас.% Размер частиц, нм Фазовый состав
0,05 50-70 ГА
0,1 40-50 ГА
0,2 20-30 ГА
0,5 5-20 ГА
1 15-25 ГА
1,5 50-70 ГА+ТКФ
Таблица 1б
Зависимость размера частиц и фазового состава получаемого продукта от концентрации крахмала в растворе
Концентрация крахмала, мас.% Размер частиц, нм Фазовый состав
0,01 60-80 ГА
0,02 40-50 ГА
0,04 35-45 ГА
0,05 20-30 ГА
0,07 15-25 ГА
0,1 10-20 ГА
0,15 10-20 ГА+ТКФ

Значительное, по сравнению с прототипом, уменьшение размера частиц достигается за счет применения растворов биополимеров оптимальной концентрации.

Ввиду того что природа аниона и катиона в случае солей кальция и фосфата, соответственно, не оказывает влияния на процесс образования и размер зародышей фосфата кальция в присутствии биополимера, в примерах рассмотрены лишь случаи осаждения фосфата кальция из нитрата кальция и двухзамещенного фосфата аммония.

Для использования получаемого продукта в медицине необходимо использовать исходные реактивы квалификации не ниже «хч», а также дистиллированную воду.

Пример 1

Получение гидроксиапатита осуществляется в стеклянном реакторе с пропеллерной мешалкой и капельной воронкой. В реактор помещают раствор нитрата кальция концентрации 0,1 моль/л, добавляют водный раствор желатина и при перемешивании вводят 25%-ный водный раствор аммиака. Затем по каплям при непрерывном перемешивании добавляют раствор фосфата аммония концентрации 0,06 моль/л. Содержание желатина в растворе составляет 0,5 мас.%. Перемешивание продолжают в течение 2 часов. Через 24 часа образовавшийся осадок фильтруют с отсасыванием, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 100-120°С в течение 5-6 часов. Высушенный ксерогель измельчают корундовыми шарами в планетарной мельнице. Измельченный порошок прокаливают при температуре 700°С в течение 1 часа. После прокаливания образуется чистый однофазный продукт - ГА с размером частиц 5-20 нм.

Пример 2

Получение гидроксиапатита осуществляется в стеклянном реакторе с пропеллерной мешалкой и капельной воронкой. В реактор помещают раствор нитрата кальция концентрации 0,1 моль/л, добавляют водный раствор желатина и при перемешивании вводят 25%-ный водный раствор аммиака. Затем по каплям при непрерывном перемешивании добавляют раствор фосфата аммония концентрации 0,06 моль/л. Содержание желатина в растворе составляет 0,05 мас.%. Перемешивание продолжают в течение 2 часов. Через 24 часа образовавшийся осадок фильтруют с отсасыванием, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 100-120°С в течение 5-6 часов. Высушенный ксерогель измельчают корундовыми шарами в планетарной мельнице. Измельченный порошок прокаливают при температуре 700°С в течение 1 часа. После прокаливания образуется чистый однофазный продукт - ГА с размером частиц 50-70 нм.

Пример 3

Получение гидроксиапатита осуществляется в стеклянном реакторе с пропеллерной мешалкой и капельной воронкой. В реактор помещают раствор нитрата кальция концентрации 0,1 моль/л, добавляют водный раствор желатина и при перемешивании вводят 25%-ный водный раствор аммиака. Затем по каплям при непрерывном перемешивании добавляют раствор фосфата аммония концентрации 0,06 моль/л. Содержание желатина в растворе составляет 1,5 мас.%. Перемешивание продолжают в течение 2 часов. Через 24 часа образовавшийся осадок фильтруют с отсасыванием, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 100-120°С в течение 5-6 часов. Высушенный ксерогель измельчают корундовыми шарами в планетарной мельнице. Измельченный порошок прокаливают при температуре 700°С в течение 1 часа. После прокаливания образуется двухфазный продукт - ГА/ТКФ (80/20) с размером частиц 50-70 нм.

Пример 4

Получение гидроксиапатита осуществляется в стеклянном реакторе с пропеллерной мешалкой и капельной воронкой. В реактор помещают раствор нитрата кальция концентрации 0,5 моль/л, добавляют водный раствор крахмала и при перемешивании вводят 25%-ный водный раствор аммиака. Затем по каплям при непрерывном перемешивании добавляют раствор фосфата аммония концентрации 0,3 моль/л. Содержание крахмала в растворе составляет 0,01 мас.%. Перемешивание продолжают в течение 2 часов. Через 24 часа образовавшийся осадок фильтруют с отсасыванием, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 100-120°С в течение 5-6 часов. Высушенный ксерогель измельчают корундовыми шарами в планетарной мельнице. Измельченный порошок прокаливают при температуре 600°С в течение 2 часов. После прокаливания образуется чистый однофазный продукт - ГА с размером частиц 60-80 нм.

Пример 5

Получение гидроксиапатита осуществляется в стеклянном реакторе с пропеллерной мешалкой и капельной воронкой. В реактор помещают раствор нитрата кальция концентрации 0,5 моль/л, добавляют водный раствор крахмала и при перемешивании вводят 25%-ный водный раствор аммиака. Затем по каплям при непрерывном перемешивании добавляют раствор фосфата аммония концентрации 0,3 моль/л. Содержание крахмала в растворе составляет 0,15 мас.%. Перемешивание продолжают в течение 2 часов. Через 24 часа образовавшийся осадок фильтруют с отсасыванием, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 100-120°С в течение 5-6 часов. Высушенный ксерогель измельчают корундовыми шарами в планетарной мельнице. Измельченный порошок прокаливают при температуре 600°С в течение 2 часов. После прокаливания образуется двухфазный продукт - ГА/ТКФ (75/25) с размером частиц 10-20 нм.

Пример 6

Получение гидроксиапатита осуществляется в стеклянном реакторе с пропеллерной мешалкой и капельной воронкой. В реактор помещают раствор нитрата кальция концентрации 0,5 моль/л, добавляют водный раствор крахмала и при перемешивании вводят 25%-ный водный раствор аммиака. Затем по каплям при непрерывном перемешивании добавляют раствор фосфата аммония концентрации 0,3 моль/л. Содержание крахмала в растворе составляет 0,1 мас.%. Перемешивание продолжают в течение 2 часов. Через 24 часа образовавшийся осадок фильтруют с отсасыванием, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 100-120°С в течение 5-6 часов. Высушенный ксерогель измельчают корундовыми шарами в планетарной мельнице. Измельченный порошок прокаливают при температуре 600°С в течение 2 часов. После прокаливания образуется чистый однофазный продукт - ГА с размером частиц 10-20 нм.

Способ получения нанодисперсного гидроксиапатита для медицины осаждением из растворов солей кальция и фосфатов щелочных металлов и/или аммония, отличающийся тем, что в процессе осаждения гидроксиапатита к реакционной смеси исходных компонентов добавляют биополимер в виде водных коллоидных растворов желатина или крахмала концентрации 0,1-1 мас.%, образовавшийся осадок фосфата кальция с соотношением Са/Р 1,67 подвергают старению в течение 24 ч при комнатной температуре, прокаливают при температуре 600-700°С в течение 0,5-4 ч с образованием частиц гидроксиапатита размером 5-50 нм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области материаловедения. .

Изобретение относится к области материалов для костных имплантантов и может быть использован для заполнения костных дефектов. .
Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, в частности к способу получения гидроксиапатита Са 10(PO4)6(ОН)2, используемого в медицине: в качестве биоактивных покрытий в стоматологии, травматологии и ортопедии.
Изобретение относится к технологии переработки экстракционной фосфорной кислоты и фосфогипса на технические фосфаты, в частности на кормовой дикальцийфосфат. .
Изобретение относится к медицине, в частности к кальцийфосфатным керамическим материалам, предназначенным для изготовления костных имплантатов и/или замещения дефектов при различных костных патологиях.

Изобретение относится к способу получения порошка нанокристаллического гидроксиапатита. .

Изобретение относится к способу получения нанокристаллического гидроксиапатита. .

Изобретение относится к носителю, к способу его производства, к катализатору для эпоксидирования олефинов, включающему носитель, и к способу окисления этилена до окиси этилена.
Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии. .

Изобретение относится к области туннельной и атомно-силовой микроскопии, а точнее к устройствам, обеспечивающим градуировку сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ) на нанометровом уровне.

Изобретение относится к технологии получения волокнистых углеродных материалов методом пиролиза ароматических и неароматических углеводородов. .

Изобретение относится к импульсным способам формирования активного корочкового слоя прямопоточного трубчатого катализатора гетерогенных химических реакций. .

Изобретение относится к области конструкции и технологии изготовления оптоэлектронных приборов. .

Изобретение относится к области технологии микроэлектроники и наноэлектроники, а именно к технологии формирования упорядоченных наноструктур на поверхности твердого тела.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошковых материалов с частицами размером менее 0,2 мкм, используемых для производства металлокерамики, композиционных материалов, а также в качестве горючего, термитных и пиротехнических составов.

Изобретение относится к технологии получения волокнистых углеродных материалов методом пиролиза ароматических и неароматических углеводородов. .

Изобретение относится к способу получения нанодисперсного гидроксиапатита осаждением из растворов солей кальция и фосфатов щелочных металлов иили аммония в присутствии биополимера, например желатина или крахмала, концентрацией 0,1-1 мас.

Наверх