Гидротермальный способ получения биорезорбируемого керамического материала

Изобретение относится к гидротермальному способу получения биорезорбируемого материала на основе гидроксиапатита (ГА) с использованием микроволнового излучения (СВЧ). Способ включает приготовление и перемешивание смеси гидроксида кальция, концентрированного 60-80 %-ного раствора ортофосфорной кислоты и воды, при соблюдении необходимого значения pH среды в процессе, с последующим воздействием в течение 20 мин СВЧ-излучения и прокаливанием продукта синтеза. При этом СВЧ-воздействие на исходные компоненты проводят с мощностью 1305 Вт в гидротермальной установке при температуре 100°C и давлении 5 атм и прокаливание продукта синтеза при 800°C в течение 4 ч. Технический результат заключается в разработке способа получения биорезорбируемого керамического двухфазного материала, используемого для медицинского назначения, в том числе для замещения костных тканей. 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к гидротермальному способу получения биорезорбируемого материала на основе гидроксиапатита (ГА) с использованием микроволнового (СВЧ) излучения. Биорезорбируемый керамический материал может использоваться в медицине, а именно для укрепления зубной эмали, в качестве наполнителя зубного каркаса, как биосовместимый слой на имплантатах и как основной компонент композиционного материала. Применение микроволнового излучения в ходе синтеза ГА значительно упрощает и сокращает время и затраты для его получения. В ходе гидротермального микроволнового жидкофазного синтеза при небольшом содержании воды получается смесь фосфатов кальция: преимущественно гидроксиапатита и трикальцийфосфата (ТКФ). Низкая растворимость керамического материала на основе ГА, используемого в медицинских целях, является главным недостатком, поэтому смесь ГА с ТКФ, полученная гидротермальным способом обладает повышенной растворимостью в жидкостях организма относительно чистого гидроксиапатита.

Известен способ получения гидроксиапатита (заявка РФ № 93012609, МПК С01B25/22, опубл. 20.03.1996). Способ относится к технологии получения неорганических материалов, в частности гидроксиапатита, используемого в медицине, а также в качестве наполнителя или сорбента в газожидкостной хроматографии. Предлагаемый способ включает смешение суспензии гидроксида кальция с водным раствором фосфорной кислоты при последовательном прохождении реакционной смеси через две зоны, при этом в первой зоне поддерживается pH, равный 10,0-11,0, и скорость движения потока 0,8-1,5 м/с, а во второй зоне суспензию разбавляют в 400-500 раз и возвращают в первую зону, обеспечивая 4-5-кратную циркуляцию реакционной смеси в замкнутом цикле за 10-20 мин. Продукт отделяют фильтрованием и высушивают. Способ обеспечивает повышение выхода гидроксиапатита при улучшении его качества и повышении чистоты фазового состава.

Недостатками указанного способа являются то, что синтез осуществляется путем последовательного, а затем повторного (4-5-кратного) прохождения реакционной смеси через две зоны циркуляционной установки, технологическая сложность способа, обусловленная наличием многих контролируемых параметров процесса, что значительно увеличивает время проведения синтеза и способ не содержит стадию прокаливания продукта.

Известен способ получения гидроксиапатита (заявка РФ № 92007479, МПК С01B25/32, опубл. 20.01.1996). Способ используется в химической промышленности при производстве гидроксилапатита кальция как исходного материала для изготовления биоактивной керамики, применяемой в стоматологии, протезировании, ортопедии. Для достижения чистого фазового состава готовят суспензию кальция с фосфорной кислотой, приливаемой по каплям до pH 9-11, после фильтрации и сушки продукт в присутствии гидроксилсодержащего компонента в количестве 10-12 мас.% от массы продукта подвергается двойной переработке при 600-700 °С в течение 20-30 мин и при 1000-1400 °С в течение 1-4 ч. В качестве гидроксилсодержащего компонента используются гидроксиды кальция, стронция, циркония, алюминия и др.

Недостатком указанного способа является то, что гидроксилсодержащий компонент (гидроксиды кальция, стронция, циркония, алюминия и др.) в количестве 10-12 мас.% от массы продукта добавляется на стадии сушки продукта, фазовый состав которого не указывается, и то, что для обработки целевого продукта необходима высокая температура и длительность процесса, обуславливающие нежелательные энергетические затраты.

Известен способ, который относится к области получения биологически активных фармацевтических и медицинских материалов, являющихся компонентами лекарственных средств, и может быть использовано в стоматологии и хирургии (патент РФ № 2406693, МПК С01B25/32, опубл. 20.12.2010). Способ получения суспензии гидроксиапатита осуществляют путем смешивания 0,04 N водного раствора гидроксида кальция и 0,2 N раствора фосфорной кислоты при их объемном соотношении, равном (3,75÷4):1, при комнатной температуре, причем перемешивание осуществляют в течение 15 минут. Технологически простой способ обеспечивает выход готового продукта с высокой степенью дисперсности и чистоты.

Недостатком указанного способа является то, что суспензия гидроксиапатита получается при комнатной температуре перемешиванием водных растворов гидроксида кальция и фосфорной кислоты в течение 15 минут без контроля рН в реакционной смеси и фазового состава целевого продукта.

В качестве прототипа выбран способ, описанный авторами Коротченко Н.М., Рассказова Л.А., Осмольская Е.О. (патент РФ № 2596739, МПК C01B25/32, опубл. 10.09.2016). Этот способ получения биорезорбируемого материала с использованием СВЧ-излучения 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 с оптимально подобранным количеством воды, которое поддерживает необходимое pH среды при синтезе, а также тем, что СВЧ-нагрев осуществляют в течение 20 мин мощностью 450-700 Вт при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Гидроксид кальция 25,69-30,31
Фосфорная кислота 20,41-25,59
Вода Остальное

Недостатком известного cпособа является то, что все образцы кроме фазы гидроксиапатита Ca5(PO4)3OH содержат примесные фазы кислого пирофосфата кальция CaH2P2O7 и гидрофосфата кальция CaHPO4, и СВЧ-нагрев осуществляется в результате микроволнового воздействия мощностью 450-700 Вт.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения биорезорбируемого керамического двухфазного материала с размерами частиц и соотношениями ГА/β-ТКФ, полностью удовлетворяющими требованиям ГОСТа, предъявляемым к фосфатам кальция, используемых для медицинского назначения, в том числе для замещения костных тканей.

Поставленная задача решается тем, что гидротермальный способ получения биорезорбируемого керамического материала, включает приготовление и перемешивание смеси гидроксида кальция, концентрированного 60-80 %-ного раствора ортофосфорной кислоты и воды, при соблюдении необходимого значения pH среды в процессе, с последующим воздействием в течение 20 мин СВЧ-излучения и прокаливанием продукта синтеза. В отличие от прототипа в заявляемом способе СВЧ-воздействие на исходные компоненты проводят с мощностью 1305 Вт в гидротермальной установке при температуре 100 °С и давлении 5 атм, и прокаливание продукта синтеза при 800 °С в течение 4 ч. при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Гидроксид кальция 22,18
Ортофосфорная кислота 17,62
Вода Остальное

Ниже приведены примеры конкретного осуществления изобретения.

Пример осуществления изобретения:

В расчете на 5 г биорезорбируемого материала на основе ГА и ТКФ. В реакционный сосуд (автоклав) вносится навеска 3,685 г сухого гидроксида кальция марки х.ч., затем по каплям добавляют 2,64 мл 72 %-ого раствора ортофосфорной кислоты (плотность 1,542 г/см3), 10 мл дистиллированной воды и раствор гидроксида аммония для создания рН 10-11. Автоклав со смесью помещается в гидротермальную установку, в которой с помощью программы устанавливаются температура 100 °С, давление 5 атм, смесь подвергается в течение 20 минут СВЧ-воздействию мощностью 1305 Вт. После чего полученная смесь просушивается в сушильном шкафу при температуре 90 °С в течение 15 часов, затем прокаливается в течение 4 часов в муфельной печи при температуре 800 °С.

Качественный и количественный фазовый состав синтезированного образца определяли с помощью метода рентгенофазового анализа (РФА).

На фиг. 1 «Дифрактограмма полученного образца» представлены результаты РФА, которые подтверждают, что исследуемый образец имеет высокую степень кристалличности и состоит из двух фаз: ГА и ТКФ, со значительным преобладанием первого.

Размеры агрегированных частиц определяли по микрофотографиям, полученным методом сканирующей электронной микроскопии на растровом электронном микроскопе HITACHI TM-3000 при ускоряющем напряжении 15 кВ, в условиях режима снятия зарядки с образца (электронная пушка 5∙10ˉ2 Па; камера для образца 30–50 Па).

На фиг. 2 «Микрофотография поверхности полученного образца» показано, что частицы имеют размеры от 1,9 до 2,68 мкм.

Для оценки биорезорбируемости навеску синтезированного образца поместили в физиологический раствор (водный раствор хлорида натрия с массовой долей 0,9 %) и оставили на неделю для установления гетерогенного равновесия, после чего методом комплексонометрического титрования в присутствии аммиачного буфера и индикатора эриохрома черного Т устанавливали равновесную концентрацию ионов кальция в насыщенном растворе при 25 °С. Результаты показали, что растворимость образца составляет (4,2 ± 0,3) × 10ˉ3 моль/л, в то время как растворимость чистого ГА (1,6 ± 0,1) × 10ˉ3 моль/л.

Гидротермальный способ получения биорезорбируемого керамического материала, включающий приготовление и перемешивание смеси гидроксида кальция, концентрированного 60-80 %-ного раствора ортофосфорной кислоты и воды, при соблюдении необходимого значения pH среды в процессе, с последующим воздействием в течение 20 мин СВЧ-излучения и прокаливанием продукта синтеза, отличающийся тем, что СВЧ-воздействие на исходные компоненты проводят с мощностью 1305 Вт в гидротермальной установке при температуре 100°C и давлении 5 атм и прокаливание продукта синтеза при 800°C в течение 4 ч при следующем соотношении компонентов, мас.%:

гидроксид кальция 22,18
ортофосфорная кислота 17,62
вода остальное.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов.

Изобретение может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой отраслях промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов.

Изобретение может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности. Композиция агрегированного наполнителя содержит частицы наполнителя из измельченного карбоната кальция, средство для предварительной обработки, выбранное из поливиниламина и катионного полиакриламида или их смеси и нанофибриллярную целлюлозу.

Изобретение может быть использовано при получении бумаги, красок, покрытий, при обработке сточных вод. Способ получения водной суспензии, содержащей смесь частиц, содержащих поверхностно-модифицированный карбонат кальция (MCC), и частиц, содержащих осажденный карбонат кальция (PCC), включает обеспечение водной суспензии частиц, содержащих MCC, и обеспечение водной суспензии частиц, содержащих PCC.

Изобретение относится к производству минеральных солей, в частности формиата кальция, и может быть использовано на действующих химических производствах. Способ получения формиата кальция осуществляют взаимодействием соединения, содержащего формиат-ион, и соли кальция, выделением, промывкой и сушкой целевого продукта, где в качестве соединения, содержащего формиат-ион, используют формиат натрия, в качестве соли кальция используют смесь хлорида и нитрата кальция в форме маточного раствора производства нитрата калия.

Изобретение может быть использовано в производстве бумаги, пластмасс, краскок, адгезивов, пищевых продуктов, кормов, фармацевтических продуктов, бетона, цемента, косметики, в водоочистке и сельском хозяйстве.

Изобретение относится к способу получения порошков гексаборидов стронция и бария, включающему электролиз солевого расплава, содержащего смесь соли получаемого гексаборида с борсодержащим компонентом.

Изобретение относится к получению терморегулирующих покрытий и может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов.

Изобретение может быть использовано в производстве бумажных и картонных изделий, косметических, пластмассовых изделий, герметизирующих материалов, красок, покрытий.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности для получения фосфорной кислоты, концентрата редкоземельных элементов (РЗЭ), карбонатов щелочноземельных металлов и соединений фтора.
Изобретение относится к области получения биологически активных фармацевтических и медицинских материалов, которые могут быть использованы в ортопедической стоматологии и хирургии при восстановлении и лечении костной ткани.

Изобретение относится к области медицины, в частности к фармакологии, и раскрывает гемостатическое, ранозаживляющее и остеопластическое средство. Указанное средство характеризуется тем, что содержит не более трех волокнистых резорбируемых полимеров природного и/или синтетического происхождения, гетерофазные фосфаты кальция, представляющие собой соединения с молярным соотношением Са : PO4 от 1,0 до 2,0, а также лекарственные вещества в объеме не более 4% весовых единиц в суммарном исчислении, выбираемые из группы: антибиотики, антисептики, иммуномодуляторы, стимуляторы репаративных процессов, причем массовое соотношение волокнистых полимеров к гетерофазным фосфатам кальция составляет (1-10):(1-99).

Изобретение относится к получению гидроксиапатита. Предложен способ переработки костей с получением гидроксиапатита.

Изобретение относится к получению гидроксиапатита Са10(РO4)6(ОН)2, используемого при изготовлении биоактивных покрытий в стоматологии, травматологии и ортопедии. Для получения гидроксиапатита к водному раствору нитрата кальция добавляют при комнатной температуре 0,2 М раствор этилендиаминдиянтарной кислоты.

Изобретение относится к способам получения порошков фосфатов кальция, которые могут быть использованы для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, для производства косметических средств, сорбентов и других функциональных материалов.

Изобретение относится к твердой фосфатной соли, а также к способу ее получения, при этом данная соль может быть использована в качестве сырья для приготовления сложных минеральных удобрений.

Изобретение относится к области медицины. Описан способ получения биомиметического кремний-содержащего кальций-фосфатного покрытия на сплавах титана из модельного раствора межклеточной жидкости человека, в котором предварительно готовят раствор состава: CaCl2 - 3.7424 г, MgCl2 - 0.6092 г, К2НРO4 - 2.8716 г, NaHCO3 - 4.5360 г, Na2SO4 - 0,0144 г, NaCl - 8.8784 г, Na2SiO3 - 0,0488÷0,2444 г, полученный раствор осаждают при: температуре T1=20÷25°С, значении рН 7.40±0.05 в течение 48 часов, затем осадок промывают, фильтруют, высушивают при температуре Т2=80÷85°С в течение 5 часов, из полученного кремний-содержащего кальций-фосфатного порошка готовят водную суспензию при концентрации С=1÷5 масс.

Изобретение относится к технологии получения неорганических веществ, а именно к способу получения магний-замещенного гидроксиапатита (Mg-ГА), используемого для получения биосовместимых покрытий, применяемых в челюстно-лицевой хирургии и травматологии.

Изобретение может быть использовано при получении фосфатных солей, таких как дикальцийфосфат и/или трикальцийфосфат, и сульфата калия. Установка для комбинированного получения фосфатных солей и сульфата калия включает блок получения сульфата калия и соляной кислоты из хлорида калия и серной кислоты.

Изобретение относится к неорганической химии и касается способа получения наногидроксиапатита, который может быть использован в медицине для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, в том числе в стоматологии.

Изобретение относится к гидротермальному способу получения биорезорбируемого материала на основе гидроксиапатита с использованием микроволнового излучения. Способ включает приготовление и перемешивание смеси гидроксида кальция, концентрированного 60-80 -ного раствора ортофосфорной кислоты и воды, при соблюдении необходимого значения pH среды в процессе, с последующим воздействием в течение 20 мин СВЧ-излучения и прокаливанием продукта синтеза. При этом СВЧ-воздействие на исходные компоненты проводят с мощностью 1305 Вт в гидротермальной установке при температуре 100°C и давлении 5 атм и прокаливание продукта синтеза при 800°C в течение 4 ч. Технический результат заключается в разработке способа получения биорезорбируемого керамического двухфазного материала, используемого для медицинского назначения, в том числе для замещения костных тканей. 2 ил., 1 пр.

Наверх