Способ получения кремниймодифицированного гидроксиапатита с использованием свч-излучения

Изобретение относится к способу получения биологически активного кремниймодифицированного порошка гидроксиапатита с использованием СВЧ-излучения. Способ включает приготовление и перемешивание водных растворов нитрата кальция, гидрофосфата аммония и аммиака и раствора тетраэтоксисилана в этаноле с последующим воздействием СВЧ-излучения, отстаиванием, сушкой при температуре 90°С в течение 3 часов и прокаливанием при 800°С в течение 1 часа. При этом осуществляют дополнительную СВЧ-обработку после отстаивания смеси. Причем СВЧ-нагрев осуществляют в течение 25-30 минут, мощностью 120 Вт. Соотношение компонентов следующее, в мас.%: нитрат кальция - 5,5, гидрофосфат аммония - 1,66, тетраэтоксисилан - 0,27, этанол - 0,27, аммиак -в количестве, необходимом для поддержания рН смеси на уровне 10-11, вода - остальное. Результатом является уменьшение среднего рассчитанного размера кристаллита и дисперсности, что в свою очередь положительно сказывается на растворимости порошка. 4 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к способу получения биологически активного кремниймодифицированного порошка гидроксиапатита с использованием СВЧ-излучения. Применение микроволнового излучения в ходе синтеза кремнийгидроксиапатита значительно упрощает и ускоряет процесс. Полученный порошок может использоваться в качестве исходного материала для создания покрытий на металлические имплантаты с целью повышения их биосовместимости и биоактивности, а также уменьшения риска отторжения. Введение дополнительного силикат-иона позволяет получать гидроксиапатит, схожий по составу с природным, что приводит к увеличению биологической активности продукта.

Авторами Siwapom Meejoo, Weerakanya Maneeprakom, Pongtip Winotai [Siwapom Meejoo, Weerakanya Maneeprakom, Pongtip Winotai. Phase and thermal stability ofnanocrystalline hydroxyapatite prepared via microwave heating Carbonate release from carbonated hydoxyapatite in the wide temperature rage // J. Thermochimica Acta. - 2006. - №447. - P.115-120] описан способ получения гидроксиапатита при взаимодействии водных растворов Са(ОН)2 и (NH4)2HPO4. Реакционную смесь подвергали СВЧ-излучению мощностью 850 Вт в течение 20 минут. Далее полученная суспензия подвергалась сублимационной сушке при давлении в течении 6 часов с целью удаления остатков растворителя. Недостатками данного метода являются:

1. Высокая мощность СВЧ-режима, что связано с риском перегрева реакционной смеси, выкипанием раствора и крайне неудобно при получении небольших количеств гидроксиапатита.

2. Отсутствие стадии отстаивания, наличие которой обязательно и обосновано во многих статьях. За время отстаивания происходит формирование устойчивой фазы гидроксиапатита.

3. Наличие дополнительного оборудования для стадии длительного сублимационного высушивания.

Известен способ получения порошка гидроксилапатита (Патент РФ 2050317, С01В 25/32, 20.12.1995). Изобретение относится к способам получения порошка гидроксилапатита. Способ включает криоосаждение исходных реагентов растворов соли кальция и фосфорной кислоты с получением замороженной суспензии. Последнюю подвергают сублимационной сушке с последующей термической обработкой при 600-1200°С. Способ по изобретению позволяет интенсифицировать процесс. Недостатками известного способа является требования к дополнительному оборудованию для стадий криоосаждения гидроксиапатита и лиофилизации. Для практических целей используется сублимационная сушка в вакууме, скорость которой значительно выше; однако и в этом случае скорость сушки значительно меньше, чем при использовании традиционных методов сушки при повышенных температурах, что является одним из главных ограничений при ее промышленном использовании.

Известен способ получения гидроксиапатита (Патент РФ 2391117, A61L 27/00, опубл. 10.06.2010). Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, в частности к способу получения гидроксиапатита Са10(PO4)6(ОН)2, используемого в медицине: в качестве биоактивных покрытий в стоматологии, травматологии и ортопедии. Способ получения гидроксиапатита включает осаждение из водных растворов солей кальция и гидроортофосфата аммония. К водному раствору нитрата кальция добавляют 0,05-0,2 М раствор этилендиаминтетраацетата натрия при температуре 40-70°С, затем к этой смеси по каплям приливают раствор гидроортофосфата аммония при постоянном перемешивании, нагревают до 40-60°С и выдерживают в течение 10-20 минут, осадок старят 1 сутки, фильтруют, сушат при 100-150°С, нагревают при 250-700°С в течение часа. Способ позволяет снизить трудоемкость процесса синтеза и повысить выход готового продукта.

Недостатками известного способа являются трудоемкость и длительность процесса, связанные с многостадийностью и медленным (по каплям) сливанием исходных реагентов. Это значительно затрудняет получение продукта в больших количествах.

Авторами Рассказова Л.А., Коротченко Н.М. [Влияние СВЧ-излучения в процессе синтеза гидроксиапатита на его свойства // Материалы I Междунар. Рос.-Казах, конф. «Химия и химическая технология», 26-29 апр. 2011. С.140-143] описан синтез гидроксиапатита в условиях жидкофазного осаждения и мощностью СВЧ-излучения 90 Вт в течении 20 минут, выбранный в качестве прототипа. Недостатками являются невысокая мощность СВЧ-воздействия и длительность стадии высушивания порошка. Практически показано, что большее значение мощности (120 Вт) при большем времени (25 минут) и наличие дополнительной стадии СВЧ-воздействия после отстаивания реакционной смеси в течение 48 часов оказывается предпочтительнее. При этом удаляется большее количество частиц растворителя из реакционного объема, а время сушки порошка сокращается (на 12 ч).

Задачей настоящего изобретения является способ получения кремниймодифицированного гидроксиапатита с использованием СВЧ-излучения, с целью улучшения свойств (растворимости, дисперсности, кристалличности) получаемого продукта, а также уменьшения времени высушивания порошка. Поставленная задача решается тем, что способ получения кремниймодифицированного гидроксиапатита с использованием СВЧ-излучения, включающий приготовление и перемешивание водных растворов нитрата кальция, гидрофосфата аммония и аммиака с последующим воздействием СВЧ-излучения, отстаиванием, дополнительной СВЧ-обработкой, сушкой при температуре 90°C в течении 3 часов и прокаливанием при температуре 800°C в течение 1 часа, но отличается от прототипа тем, что появляется дополнительная стадия СВЧ-обработки, а также тем, что СВЧ-нагрев осуществляют в течение 25-30 минут, мощностью 120 Вт, используя дополнительно реагенты тетраэтоксисилан и этанол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нитрат кальция - 5,5

гидрофосфат аммония - 1,66

тетраэтоксисилан - 0,27

этанол - 0,27

аммиак - в количестве, необходимом для поддержания pH смеси на уровне 10-11

вода - остальное.

На рис.1 представлена гистограмма распределения частиц гидроксиапатита по размерам (согласно прототипу).

На рис.1а представлена гистограмма распределения частиц кремниймодифицированного гидроксиапатита по размерам (согласно изобретению).

На рис.2 представлена рентгенограмма порошка незамещенного гидроксиапатита (согласно прототипу).

На рис.2а представлена рентгенограмма порошка кремниймодифицированного гидроксиапатита (согласно изобретению).

Пример осуществления изобретения.

В расчете на 1 г кремнийзамещенного гидроксиапатита. Навеску 2,379 г сухого кристаллогидрата нитрата кальция Ca(NO3)2·4H2O растворяют в реакционном сосуде (подходящем для микроволнового излучения) в 20 мл дистиллированной воды. К нему добавляют спиртовой раствор тетраэтоксисилана (ТЭОС), приготовленный в соотношении V(C2H5OH):V(ТЭОС)=1:1. Навеску 0,7185 г сухого гидрофосфата аммония растворяют в 20 мл воды, затем полученный раствор медленно приливают к реакционной смеси. Концентрированным раствором аммиака NH4OH pH реакционной смеси поддерживается ~10-11. Затем реакционная смесь подвергается СВЧ-воздействию в течение 25 минут мощностью 120 Вт. Полученный раствор отстаивается в течение 48 часов с целью формирования фазы гидроксиапатита и отфильтровывается. Выделенная суспензия подвергается СВЧ-воздействию мощностью 120 Вт до загустевания, переносится в фарфоровую чашку и высушивается при температуре 90°C в течение 3 часов. Полученный порошок прокаливается при температуре 800°C в течение 1 часа для улучшения свойств, а именно увеличения степени кристалличности, уменьшения растворимости.

Порошок кремнийгидроксиапатита используется в качестве исходного материала для создания биологически активной керамики, гранул для заполнения костных дефектов, а также материала на покрытия для металлических имплантатов.

Преимущества изобретения заключаются в значительном сокращении временных (время синтеза 100 г продукта сокращается на 22 часа) и трудовых затрат при получении порошка кремнийгидроксиапатита.

Дополнительная стадия СВЧ-обработки и введение в структуру ГА силикат-ионов приводит к уменьшению среднего рассчитанного размера кристаллита (рис.2, 2а) и дисперсности (рис.1, 1a), что в свою очередь положительно сказывается на растворимости порошка. Известно, что существует проблема слабой растворимости стехиометрического синтетического ГА. Предложенный нами способ позволяет получать порошок с более высокой растворимостью.

В таблице 1 приведены сравнительные свойства предлагаемого изобретения с прототипом.

Таблица 1
Свойство сравнения Прототип Предлагаемое изобретение
Кристалличность Средний рассчитанный из трех параллельных измерений (по методу Шеррера) размер кристаллита (13,7±1,8) нм Средний рассчитанный из трех параллельных измерений (по методу Шеррера) размер кристаллита (9,0±2,1) нм
Растворимость ПР=6,31·10-29; рПР=28,20 ПР=4,2·10-26; рПР=25,4 Дополнительная стадия СВЧ-воздействия уменьшает степень кристалличности, что приводит к повышению растворимости. Этому же способствует и введение в структуру ГА силикат-ионов.

Способ получения кремниймодифицированного гидроксиапатита с использованием СВЧ-излучения, включающий приготовление и перемешивание водных растворов нитрата кальция, гидрофосфата аммония и аммиака с последующим воздействием СВЧ-излучения, отстаиванием, сушкой при температуре 90°С в течение 3 ч и прокаливанием при 800°С в течение 1 ч, отличающийся тем, что появляется дополнительная стадия СВЧ-обработки после отстаивания смеси, а также тем, что СВЧ-нагрев осуществляют в течение 25-30 мин, мощностью 120 Вт, используя дополнительно реагенты тетраэтоксисилан и этанол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нитрат кальция 5,5
гидрофосфат аммония 1,66
тетраэтоксисилан 0,27
этанол 0,27
аммиак в количестве, необходимом для поддержания рН смеси на уровне 10-11
вода остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к установкам для сушки сельскохозяйственного сырья. Сушильная бытовая СВЧ-печь включает магнетрон с системой электропитания и управления, корпус с волноводом, рабочую камеру с полками для сырья, по крайней мере одна из стенок которой выполнена с перфорацией для прохода воздуха, вытяжной вентилятор с диффузором и индивидуальным выключателем, причем большим основанием диффузор присоединен к перфорированной стенке рабочей камеры, а площадь перфорированной поверхности стенки, охватываемая диффузором, составляет 0,5-1,0 площади поперечного сечения рабочей камеры, согласно изобретению, в рабочую камеру монтируются как минимум два электрода из немагнитного металла, они крепятся посредством диэлектрических изоляторов к рабочей камере.

Изобретение относится к производству и использованию бытовых сверхвысокочастотных печей, применяемых для приготовления, переработки пищи и сушки сельскохозяйственной продукции.

Изобретение относится к СВЧ-технике, а именно к установкам, предназначенным для тепловой обработки различных сыпучих продуктов. .

Изобретение относится к оборудованию для тепловой обработки пищевых продуктов, в частности для варки сосисок и сарделек. .

Изобретение относится к бытовой электронагревательной технике и может быть использовано в производстве микроволновых печей. .

Изобретение относится к оборудованию для производства топленого масла, в частности для растопления сливочного масла в электромагнитном поле сверхвысокой частоты.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано, например, в устройстве ввода датчика магнитного курса летательного аппарата. .

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для лечения злокачественных опухолей человека и животных, при помощи облучения электромагнитным полем сверхвысокой частоты.

Изобретение относится к кухонному оборудованию и предназначено для приготовления пищи в СВЧ-печи, в частности для варки яиц и других продуктов в скорлупе и в оболочке.

Изобретение относится к технологии получения высокопористых покрытий на основе систем двойных оксидов, применяемых в быстро развивающихся областях электронной техники и светотехнической промышленности, производстве материалов катализаторов, в качестве функционально-чувствительных, декоративных, фильтрующих и перераспределяющих излучение покрытий.

Изобретение относится к получению порошка на основе соединений кремния и может быть использовано в пищевой промышленности для фильтрации напитков. .

Изобретение относится к реактору кипящего слоя. .
Изобретение относится к области переработки и обезвреживания высокоактивных пульп и может быть использовано на радиохимических производствах. .

Изобретение относится к люминесцентным материалам, которые могут быть использованы в оптике, оптоэлектронике, солнечной энергетике. .

Изобретение относится к нанотехнологии, в частности к способу получения бор-кремнийсодержащих наночастиц, и может быть использовано в медицине. .

Изобретение относится к использованию в качестве энергоносителей исходных материалов, содержащих диоксид кремния. .

Изобретение относится к способам очистки природного кварца от минеральных и газожидкостных включений и касается способа получения высокочистого концентрата из природного кварца.
Изобретение относится к области технологии неорганических материалов, в частности к способу получения гидроксиапатита. Гидроксиапатит получают путем смешения 1-1,5%-ной водной суспензии карбоната кальция, насыщенной углекислым газом в концентрации 1-1,5 г/л, и 1-1,5%-ного водного раствора гидроортофосфата натрия при температуре 20-37°С, при постоянном перемешивании и при мольном соотношении CaCO3/Na2HPO4=5-7.

Изобретение относится к способу получения биологически активного кремниймодифицированного порошка гидроксиапатита с использованием СВЧ-излучения. Способ включает приготовление и перемешивание водных растворов нитрата кальция, гидрофосфата аммония и аммиака и раствора тетраэтоксисилана в этаноле с последующим воздействием СВЧ-излучения, отстаиванием, сушкой при температуре 90°С в течение 3 часов и прокаливанием при 800°С в течение 1 часа. При этом осуществляют дополнительную СВЧ-обработку после отстаивания смеси. Причем СВЧ-нагрев осуществляют в течение 25-30 минут, мощностью 120 Вт. Соотношение компонентов следующее, в мас.: нитрат кальция - 5,5, гидрофосфат аммония - 1,66, тетраэтоксисилан - 0,27, этанол - 0,27, аммиак -в количестве, необходимом для поддержания рН смеси на уровне 10-11, вода - остальное. Результатом является уменьшение среднего рассчитанного размера кристаллита и дисперсности, что в свою очередь положительно сказывается на растворимости порошка. 4 ил., 1 табл., 1 пр.

Наверх