Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе ренанита
Владельцы патента RU 2362538:
Государственное учебно-научное учреждение Химический факультет Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова (RU)
Изобретение относится к медицине. Описан способ получения керамического биодеградируемого материала на основе ренанита, включающий подготовку шихты, содержащей соль натрия и фосфат кальция, формование, обжиг. В качестве соли натрия шихта содержит хлорид натрия, а в качестве фосфата кальция - карбонатгидроксиапатит. Шихту готовят взаимодействием водных растворов хлорида кальция и гидрофосфата натрия в щелочной среде. Состав исходной шихты 65-80% карбонатгидроксиапатита и 20-35% хлорида натрия обусловлен адсорбированием сопутствующего продукта реакции при синтезе нанопорошка гидроксиапатита. Равномерное распределение компонентов обеспечивает формирование керамического биодеградируемого материала на основе ренанита в интервале температур 800-1200°С в течение 2-6 часов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области медицины, а именно травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, и может использоваться для заполнения костных дефектов, являясь источником компонентов гидроксиапатита (Са2+, РO4 3-) при биодеградации in vivo.
Известен способ получения ренанита NaCaPO4, как одной из фаз при кристаллизации стекла в системе SiO2-Аl2О3-Nа2О-К2О-Р2О5-F (1) или в SiO2-CaO-Na2O-P2O5-F-K2O (2). Недостатком данных способов является тот факт, что ренанит не является единственной фазой.
Известен способ обработки фосфатных руд с помощью карбоната натрия или хлорида калия при температурах 300-900°С, когда образование ренанита происходит только при взаимодействии фосфатного камня с карбонатом натрия (3), или при обработке фосфатного камня алюмосиликатом или карбонатом натрия при 900°С (4). Такой способ не подходит для синтеза ренанита медицинского применения.
Известен синтез порошка ренанита нагреванием смеси Na2CO3 и Са2Р2О7 при 1000°С в течение 10 часов (5). Проведенный таким образом твердофазный синтез ренанита, как это характерно для любого твердофазного синтеза, дает порошок с низкой активностью к спеканию и потребует более высоких температур для формирования керамики на его основе.
Наиболее близким является способ (6) получения материала на основе ренанита NaCaPO4 из шихты, содержащей соль натрия (гидрокарбонат натрия NaHCO3) и фосфатат кальция - монетит СаНРO4, включающий прессование исходной шихты и обжиг при 1300°С в течение 16 часов. Недостатком данного способа является высокая температура и длительность синтеза.
Была поставлена задача разработки способа, который не содержал бы этих недостатков. Задача была решена настоящим изобретением.
В способе получения керамического биодеградируемого материала на основе ренанита, включающем подготовку шихты, содержащей соль натрия и фосфат кальция, формование, обжиг, согласно изобретению в качестве соли натрия шихта содержит хлорид натрия, а в качестве фосфата кальция - карбонатгидроксиапатит, при этом шихту готовят взаимодействием водных растворов хлорида кальция и гидрофосфата натрия в щелочной среде.
Синтез исходной шихты проводят из водных растворов хлорида кальция с концентрацией 0,5-1,0 М и гидрофосфата натрия с концентрацией 0,3-0,6 М. После фильтрования осадка и сушки порошок представляет собой смесь хлорида натрия и карбонатгидроксиапатита с массовым содержанием хлорида натрия 20-35%. Образование ренанита происходит при обжиге сформованных прессованием образцов в интервале температур 800-1200°С в течение 2-6 часов.
При использовании более разбавленных растворов (менее 0,5 М для СаСl2 и 0,3 М для Nа2НРO4) количество хлорида натрия, адсорбированного при синтезе карбонатгидроксиапатита, недостаточно для получения однофазного материала. При использовании более концентрированных растворов (более 1,0 М для CaCl2 и 0,6 М для Na2HPO4) при синтезе образуется чрезвычайно густая суспензия, перемешивание которой затруднено.
Обжиг материала при температуре ниже 800°С с выдержкой при этой температуре менее 2 часов не обеспечивает получения однофазного материала. Обжиг при температуре выше 1200°С с выдержкой при этой температуре более 6 часов ведет к деградации микроструктуры биодеградируемого керамического материала.
Пример 1
1 л 0,75 М раствора хлорида кальция CaCl2 приливают к 1 л 0,45 М раствора Na2HPO4, содержащему в качестве регулятора рН среды NaOH, взятый в 1,2-кратном избытке относительно рассчитанного по реакции (1)
(6Na2HPO4+8 NaOH)+10 CaCl2→Са10(РO4)6(ОН)2+20 NaCl+6H2O
Порошок исходной шихты после фильтрования и сушки содержит 27% NaCl и 73% карбонатгидроксиапатита Са10-x/2(РO4)6-x(СО3)x(ОН)2. При нагревании в течение 4 часов при 1000°С происходит образование керамического биодеградируемого материала на основе ренанита в соответствии с реакциями, которые формально могут быть записаны следующим образом:
Са10-x/2(РO4)6-x(СО3)×(ОН)2→Са3(РO4)2+CO2↑+H2O↑(T>600°С)
Са3(РO4)2+2NaCl→2NaCaPO4+CaCl2↑(T>750°C)
Аналогично были изготовлены образцы керамического биодеградируемого материала на основе ренанита при заявленных условиях (таблица 1). Из таблицы 1 следует, что при указанных условиях синтеза исходной шихты и указанных условиях термообработки формируется материал, фазовый состав которого представлен фазой ренанита. Такой материал является биодеградируемым керамическим материалом и, следовательно, источником компонентов для формирования гидроксиапатита (Са2+, РO4 3-) in vivo.
| Таблица 1. | |||||||
| Условия синтеза | Состав исходной шихты | Термообработка | Фазовый состав | ||||
| [Ca2+] | [РO4 3-] | Ca10(РO4)6(ОН)2, % | NaCl, % | Т, °С | t, час | ||
| 1 | 0,50 М | 0,30 м | 80 | 20 | 800 | 2 | 100% ренанит |
| 2 | 0,75 М | 0,45 М | 73 | 27 | 1000 | 4 | 100% ренанит |
| 3 | 1,00 М | 0,60 М | 65 | 35 | 1200 | 6 | 100% ренанит |
Таким образом, экспериментальные данные показывают, что применение заявленного способа позволяет получать материал на основе ренанита из карбонатгидроксиапатита и хлорида натрия, синтезированных из водных растворов хлорида кальция и гидрофосфат натрия.
Литература
1. W.Holland, V.Rheinberger, S.Wegner, M.Frank Needle-like apatite-leucite glass-seramic as a base material for the veneering of metal restorations in dentistry // J. of Materials science: materials in medicine 11 (2000) 11-17.
2. E.Apel, W.Holland, V.Rheinberger Bioactive rhenanite glass ceramic. Патент США US 7,074,730, Jul. 11, 2006.
3. H.K.Rautaray, R.N.Dash, S.K.Mohanty Phosphorus supplying power of some thermally promoted reaction products of phosphate rosks // Fertilizer Research 41 (1995) 67-75.
4. F.P.Glasser, R.P.Gunawardane Fertilizer material from apatite Патент США US 4,436,546, Mar. 13, 1984.
5. W.Suchanek, M.Yashima, M.Kakihana, M.Yoshimura β-Rhenanite (β-NaCaPO4) as weak interphase for hydroxyapatite ceramics // J. of European Ceramic Society 18 (1989) 1923-1929.
6. M.M.A.Ramselaar, P.J.Van Mullem, W.Kalk, F.C.M.Driessens, J.R.Dewijn, A.L.H.Stols In vivo reactions to paniculate rhenanite and particulate hydroxyapatite after implantation in tooth sockets // J. of Materials science: materials in medicine 4 (1993) 311-317.
1. Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе ренанита, включающий подготовку шихты, содержащей соль натрия и фосфат кальция, формование, обжиг, отличающийся тем, что в качестве соли натрия шихта содержит хлорид натрия, а в качестве фосфата кальция - карбонатгидроксиапатит, при этом шихту готовят взаимодействием водных растворов хлорида кальция и гидрофосфата натрия в щелочной среде.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют водные растворы хлорида кальция с концентрацией 0,5-1,0 М, а водные растворы гидрофосфата натрия с концентрацией 0,3-0,6 М, что обеспечивает следующее содержание компонентов в исходной шихте, мас.%
| хлорида натрия | 20-35 |
| карбонатгидроксиапатита | 65-80 |
