Способ получения керамического биорезорбируемого материала на основе смеси фосфатов кальция
Владельцы патента RU 2596739:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) (RU)
Изобретение относится к способу получения биорезорбируемого материала на основе фосфатов кальция (ФК) с использованием микроволнового (СВЧ) излучения. Способ включает в себя следующие стадии: приготовление и перемешивание смеси гидроксида кальция и концентрированного 60-80%-ного раствора фосфорной кислоты, с последующим воздействием СВЧ-излучения в течение 20 мин при периодическом перемешивании реакционной смеси и прокаливанием при 600°С в течение 3 ч. При этом дополнительному СВЧ-воздействию подвергают смесь реагентов с водой, которая поддерживает необходимое pH среды при синтезе, а также СВЧ-нагрев осуществляют в течение 20 мин мощностью 450 или 700 Вт. Преимущество заявленного изобретения заключается в получении керамического материала с улучшенными морфологическими характеристиками. 1 ил., 1 табл., 2 пр.
Изобретение относится к способу получения биорезорбируемого материала на основе фосфатов кальция (ФК) с использованием микроволнового (СВЧ) излучения. Образцы ФК могут использоваться в качестве исходного материала для создания гранул, паст с повышенной биорезорбируемостью для заполнения костных дефектов. Применение микроволнового излучения в ходе синтеза ФК значительно упрощает и значительно сокращает время и затраты для их получения. В ходе микроволнового синтеза получается смесь фосфатов кальция: гидроксиапатита, кислого пирофосфата кальция и гидрофосфата кальция. Готовая смесь ФК обладает повышенной, относительно чистого гидроксиапатита, растворимостью в жидкостях организма.
Известен способ получения пористого керамического материала на основе пирофосфата кальция (Патент РФ 2531377, МПК С01В 25/42, опубл. 20.10.2014). Способ получения пористого керамического материала на основе пирофосфата кальция включает подготовку шихты, содержащей фосфат кальция с соотношением Са/Р в интервале 0,9-1,1, синтезированный соосаждением из растворимых солей кальция и растворимых фосфатов, дающих легкоудаляемые при термообработке сопутствующие продукты реакции и компонент, обеспечивающий формирование пористой структуры при термообработке, в качестве которого используют дигидрофосфат натрия, формование и обжиг при температурах в интервале 800-900°С. Преимуществом данного изобретения является то, что этот способ позволяет получить пористый резорбируемый материал на основе фосфата кальция.
Известен способ получения наноразмерного порошка на основе системы трикальцийфосфат-гидроксиапатит для синтеза керамических материалов (Патент РФ 2367633, МПК С04В 35/622, опубл. 20.09.2009 г.). Изобретение относится к медицине, в частности к кальцийфосфатным керамическим материалам, предназначенным для изготовления костных имплантатов и/или замещения дефектов при различных костных патологиях. Для снижения степени агрегированности и повышения удельной поверхности влажные порошки, полученные в результате химического взаимодействия, промывают органическими жидкостями с целью удаления избытка воды. После сушки и термообработки получают ультрадисперсные кальцийфосфатные порошки с площадью удельной поверхности более 90 м2/г. Состав наноразмерных порошков по своему химическому составу близок к естественной костной ткани (соответствует системе гидроксиапатит-трикальцийфосфат).
Недостатками известного способа являются применение в ходе синтеза в качестве промывающей жидкости толуола, относящегося к классу токсичных веществ, и высокая температура прокаливания порошков, сильно снижающая биологическую активность гидроксиапатита (ГА).
В качестве прототипа выбран способ, описанный авторами Осмольская Е.О., Коротченко Н.М. (Е.О. Осмольская, Н.М. Коротченко. Влияние условий твердофазного синтеза на фазовый состав гидроксиапатита // Материалы Международной научной конференции «Полифункциональные химические материалы и технологии». 21-22 мая 205. Томск. С. 174-177). Описан способ получения материала на основе ГА с различными исходными реагентами CaO, (NH4)2HPO4, Са(ОН)2, Н3РО4. Образцы получали с использованием СВЧ-излучения от 100 до 700 Вт. Анализ данных показал, что все образцы содержат фазу ГА и примесную фазу пирофосфата кальция Ca2P2O7.
Недостатками известного прототипа является широкий интервал предложенных мощностей (100-700 Вт), который приводит к значительным изменениям фазового состава и физико-химических свойств (кристалличность, удельная поверхность, растворимость и др.) порошков, а также отсутствие корреляции между мощностью и количественным содержанием фаз в составе образцов.
Задачей настоящего изобретения является разработка экспрессного способа синтеза биорезорбируемого материала на основе смеси фосфатов кальция с использованием СВЧ-излучения.
Поставленная задача решается тем, что способ получения керамического биорезорбируемого материала на основе смеси фосфатов кальция включает в себя следующие стадии: приготовление и перемешивание смеси гидроксида кальция и концентрированного 60-80%-ного раствора фосфорной кислоты, с последующим воздействием СВЧ-излучения в течение 20 мин при периодическом перемешивании реакционной смеси и прокаливанием при 600°С в течение 3 ч, отличающийся тем, что дополнительному СВЧ-воздействию подвергают смесь реагентов при рН 9 в ходе синтеза, а также тем, что СВЧ-нагрев осуществляют в течение 20 мин мощностью 450 или 700 Вт при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Пример осуществления изобретения:
Пример 1. В расчете на 5 г биорезорбируемого керамического материала на основе фосфатов кальция. В посуду (подходящую для микроволнового излучения) вносится навеска 3,6852 г сухого гидроксида кальция Са(OH)2 марки х.ч., затем по каплям добавляют 3,4 мл 60%-ной фосфорной кислоты Н3РО4 с плотностью 1,426 г/мл и 6 мл дистиллированной воды, рН среды составляет 9. Затем реакционная смесь подвергается СВЧ-воздействию в течение 20 минут при мощности 450 Вт, в ходе синтеза вода испаряется. Полученный порошок прокаливается при температуре 600°С в течение 3 часов для улучшения свойств, увеличения растворимости.
Пример 2. В расчете на 5 г биорезорбируемого керамического материала на основе фосфатов кальция. В посуду (подходящую для микроволнового излучения) вносится навеска 3,6852 г сухого гидроксида кальция Са(OH)2 марки х.ч., затем по каплям добавляют 2,3 мл 80%-ной фосфорной кислоты Н3РО4 с плотностью 1,609 г/мл и 6 мл дистиллированной воды, рН среды составляет 9. Затем реакционная смесь подвергается СВЧ-воздействию в течение 20 минут при мощности 700 Вт, в ходе синтеза вода испаряется. Полученный порошок прокаливается при температуре 600°С в течение 3 часов для улучшения свойств, увеличения растворимости.
С целью определения качественного состава выделенных образцов ГА проводился их рентгенофазовый анализ (РФА) (рис. 1); пример 1 - рентгенограмма сверху, пример 2 - рентгенограмма снизу.
РФА показал, что все образцы содержат фазу Са5(PO4)3ОН и двухпримесных фаз кислого пирофосфата кальция СаН2Р2О7 и гидрофосфата кальция CaHPO4.
Определение растворимости полученных образцов в физиологическом растворе NaCl рН 7 ω(NaCl)=0,9% при 25°С проводили химическим методом с помощью трилонометрического титрования иона кальция в присутствии эриохрома черного Т в качестве индикатора.
Образцы 1 и 2 получены по методике, описанной выше при мощности 450 и 700 Вт.
Наличие фаз CaH2P2O7 и CaHPO4 увеличивает общую растворимость образцов, что будет благотворно сказываться на резорбируемости материалов на их основе. Известно, что слишком низкая растворимость чистого ГА в жидкостях организма является одним из главных его недостатков, в связи с чем наличие фаз ФК позволяет увеличивать общую растворимость порошков в физиологическом растворе. К тому же, в организме эти соединения участвуют в поддержании кислотно-щелочного равновесия, так как входят в состав костной ткани.
Преимущества изобретения заключаются в получении керамического материала с улучшенными морфологическими характеристиками такими, как кристалличность и в значительном повышении растворимости образцов.
Способ получения керамического биорезорбируемого материала на основе смеси фосфатов кальция, включающий приготовление и перемешивание смеси гидроксида кальция и концентрированного 60-80%-ного раствора фосфорной кислоты с водой, которая служит для поддержания необходимого рН среды при синтезе, с последующим воздействием СВЧ-излучения при мощностях 450 или 700 Вт в течение 20 мин при периодическом перемешивании реакционной смеси и прокаливанием при 600°С в течение 3 ч при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| гидроксид кальция | 25,69-30,31 |
| фосфорная кислота | 20,41-25,59 |
| вода | остальное |
