Способ получения аморфного трикальцийфосфата
Владельцы патента RU 2691051:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "Научно-производственное объединение ЕВРОХИМ" (RU)
Изобретение относится к химической и медицинской промышленности, а именно к способу получения аморфного трикальцийфосфата, и может быть использовано в производстве исходного биосовместимого материала. Способ осуществляют путем осаждения средних фосфатов кальция, образующихся при сливании и постоянном перемешивании водного раствора хлористого кальция и диаммонийфосфата в избытке аммиака, с последующей фильтрацией полученного осадка, промывкой его водой от ионов хлора и сушкой. При этом осаждение проводят при температуре 20-25°С в течение 10-15 мин. Технический результат заключается в упрощении технологии при получении трикальцийфосфата в аморфной форме, не оказывающего раздражающего воздействия на кожу, не содержащего примесей. 1 табл., 4 пр.
Изобретение относится к химической и медицинской промышленности и может быть использовано в производстве исходного биосовместимого материала, пригодного для изготовления в стоматологии имплантов, при протезировании, пломбировании зубов и др. Аморфный трикальцийфосфат (АФК), имеющий формулу Са3(PO4)2, относится к основной области системы СаО-P2O5-H2O и является промежуточным продуктом при образовании кристаллического дефектного гидроксилапатита кальция (КДГАК), состав которого соответствует формуле Са10-х(PO4)6-х(ОН)2-х, где 0<х<2, КДГАК является производным от стехиометрического гидроксилапатита кальция (СГАК), состав которого описывается формулой Са10(PO4)6(ОН)2.
Синтез индивидуальных веществ в системе СаО-P2O5-H2O зависит от условий проведения процесса (среда, температура, концентрация реагентов, соотношение СаО/P2O5 мольное и т.п.) и характеризуется образованием целого ряда соединений (Са(H2PO4)2, CaHPO4⋅2H2O, Са10(ОН)2(PO4)6, АФК и т.д.
АФК, как правило, получают путем взаимодействия солей кальция и фосфорной кислоты в водно-аммиачной среде, однако в чистом виде получить его крайне сложно, поскольку он достаточно быстро переходит в КДГАК.
Известен способ получения АФК при смешении растворов диаммонийфосфата и нитрата кальция. Смесь при барботировании аргоном выдерживали при рН 11 в течение 48 часов при комнатной температуре (J. Amer. Ceram. Soc. 1989, 72, №8, 1476-1478). Однако, несмотря на сложность технологии, указанный способ не позволяет получить АФК в чистом виде без примесей других побочно образующихся фосфатов кальция, например КДГАК. Для использования АФК в качестве импланта костной ткани он не должен содержать примеси КДГАК и ДДФ.
Известен способ получения АФК путем растворения оксида кальция в воде с последующим взаимодействием образовавшегося гидроксида кальция с ортофосфорной кислотой, отделением осадка фильтрованием и сушкой продукта. Ортофосфорную кислоту добавляют до конечного рН реакционной смеси, равного 6,5-8,0, а полученный осадок высушивают при температуре 20-30°С (получают продукт типа дентина) либо при 100-140°С (получают продукт типа эмали зуба человека) (патент RU 2098350).
Известен также способ получения АФК, пригодного для биоактивной керамики.
Способ включает приготовление водной суспензии гидроокиси кальция с фосфорной кислотой, приливаемой по каплям при рН 7,3-8,0 с последующим фильтрованием и высушиванием полученного продукта («Le//Jntereeram", 1989, 38, №2, 22-23). Недостатком указанных способов является образование наряду с АФК примесей других фосфатов (гидроксилапатит Са10(ОН)2(PO4)6 и дигидрат дикальцийфосфата CaHPO4⋅2H2O). Кроме того, выход АФК недостаточен.
Известен способ приготовления аморфного фосфата кальция, стабилизированного фосфопептидом, включающий получение раствора, содержащего фосфопептид, смешивание растворов, содержащих ионы кальция, ионы фосфора и ионы гидроокиси при поддержании рН ниже 7,0, при постоянном перемешивании (патент RU 2404738).
Недостаток указанного способа - получение АФК в смеси с другими фосфатами, в основном КДГАК.
Известен способ получения АФК взаимодействием растворов Са(ОН)2 и фосфорной кислоты. Для получения суспензии вначале готовят суспензию гидроокиси кальция, затем при перемешивании и температуре 50°С в течение 2 часов прикапывают раствор ортофосфорной кислоты до достижения рН среды
6-11. Для сохранения текучести и равномерной дисперсности среды даже при содержании в ней до 25% твердого вещества, добавляют многоосновную карбоновую кислоту, например, лимонную (JP 2000169121 A (SEKISUI PLASTIC LTD) 20.06.2000). Однако указанный способ не дает возможности получить АФК без примеси КГАК и Са(ОН)2, так как Са(ОН)2 малорастворимое соединение При взаимодействии с H3PO4 на нерастворимых частицах Са(ОН)2 высаживается фосфат кальция, который препятствует дальнейшему взаимодействию Са(ОН)2 с Н3РО4. Кроме того, как правило, реакция протекает при низких рН = 5-8, при которых АФК неустойчив и достаточно быстро переходит в КГАК. Помимо этого, технология получения АФК достаточно сложная.
Известен способ получения трикальций фосфата взаимодействием водного раствора хлористого кальция и аммиачного раствора триаммонйфосфата в избытке аммиака в течение 1,0-1,5 часов при температуре температуре 18-19°С в течение 2-х часов с последующей фильтрацией, промывкой от ионов хлора и сушкой полученного осадка (авт. св. СССР 222334).
К числу недостатков способа следует отнести то, что полученный фосфат кальция содержит до 60 мас. % КДГАК, а также до 6 мас. % дигидрата дикальцийфосфата CaHPO4⋅2H2O, что мешает его использованию в медицине из-за раздражающего воздействия на кожу человека. Кроме того, полученный трикальцийфосфат загрязнен ионами натрия.
Известен также способ получения амофного трикальций фосфата путем взаимодействия водного расвора хлористого кальция и аммиачного раствора триаммонийфосфата в избытке аммиака в течение 1,0-1,5 часов при температуре 14-16°С. Полученный осадок фильтруют и промывают дистиллированной водой при температуре 14-16°С, после чего сушат при температуре 105-120°С
Предлагаемый способ позволяет получить аморфный трикальцийфосфат, не содержащий примесей кристаллического дефектного гидроксилапатита кальция и дигидрата дикальций фосфата, не оказывающего раздражающего воздействия на кожу человека (патент RU 2478570 - прототип).
Недостаток способа - прототипа заключается в длительном времени осаждения, равном 1,0-1,5 часа при поддержании температуры 14-16°С, что осложняет технологию процесса.
С целью упрощения технологии при получении трикальцийфосфата в аморфной форме, не оказывающего раздражающего воздействия на кожу, не содержащего примесей КДГАК и ионов натрия, предложено взаимодействие солей кальция и фосфорной кислоты проводить в водоаммиачной среде в течение 10-15 мин при температуре 20-25°С с последующей фильтрацией, промывкой полученного осадка дистиллированной водой и сушкой.
В качестве исходных реагентов берут водные растворы хлористого кальция и аммиачного раствора триаммонийфосфата, который получают путем смешения раствора диаммонийфосфата (ДАФ) и аммиака непосредственно перед осаждением при мольном соотношении аммиак:диаммонийфосфат, равном 3,0:1,0. Полученный осадок АФК не содержит примесей КДГАК и ДДФ. При увеличении продолжительности осаждения более 15 мин появляются примеси КДГАК, а при снижении продолжительности осаждения менее 10 мин резко увеличивается продолжительность фильтрации осадка и последующей отмывки от ионов хлора. При увеличении температуры осаждения выше 22°С полученный осадок содержит КДГАК, а при снижении температуры осаждения ниже 20°С осадок трудно отмыть от ионов хлора.
Промышленная применимость предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
В качестве исходных реагентов для получения АФК берут 1,78 л содержащего 101,89 г хлористого кальция в 1 л раствора и 9,5 л раствора, содержащего 51,02 г диаммонийфосфата в 1 л раствора.
К раствору диаммонийфосфата непосредственно перед осаждением добавляют раствор аммиака с концентрацией 152,15 г/л исходя из расчета 3,0 моля аммиака на 1 моль диаммонийфосфата (1,23 л). Осаждение фосфата кальция проводят в течение 15 мин при температуре 20°С путем одновременного сливания растворов реагентов в общую емкость, снабженную мешалкой. Подачу обоих растворов при осаждении ведут при практически постоянном соотношении их объемов, обеспечивающем проведение реакции осаждения при молярном соотношении СаО/P2O5 (моль), равном 3,0.
РН суспензии находится в интервале 9,0-9,1. По окончании сливания растворов осадок фильтруют, отмывают от ионов хлора дистиллированной водой до содержания в последней 0,1 г в 1 л и сушат при температуре 120°С до постоянной массы.
Анализ осадка на фазовый состав проводят по методике Е. Инза и А. Познера (J. Phys. Chem. Solids, Supply, 1967, №1, P.373-376).
Пример 2
АФК получают аналогично примеру 1 за исключением того, что продолжительность осаждения составляет 10 мин, а температура осаждения - 22°С. Результаты опыта приведены в Таблице.
Примеры 3-4 (для сравнения)
АФК получают аналогично примеру 1, однако длительность осаждения составляет 10 мин при температуре осаждения 30°С и 30 мин при температуре осаждения 10°С. Результаты опытов приведены в Таблице.
Полученные образцы АФК прошли биологические испытания на цитотоксичность, сенсибилизирующее и раздражающее действие, общую токсичность, субхроническую токсичность и генотоксичность. Дополнительно были проведены имплантационный тест и тест на гемосовместимость.
Цитотоксичность материалов, содержащих АФК с различным его содержанием, исследовали на культуре фибробластов линии 929. Клетки культивировали в среде RDM-1640 с добавлением гентамицина, глютатиона и эмбриональной телячьей сыворотки. По окончании культивирования жизнеспособность клеток оценивали методом восстановления тетразолиевого нитросинего с последующим исследованием на спектрофотометре. Исследования показали, что АФК, получаемый предлагаемым способом, не обладает цитотоксичностью.
Отсутствие местного раздражающего действия АФК установлено при проведении аппликационных тестов на кроликах. При однократном и многократном воздействии (до 14 суток) видимых изменений кожи лабораторных животных не наблюдалось.
Сенсибилизирующее действие исследовалось на здоровых молодых половозрелых морских свинках-альбиносах одной линии обоего пола. Провокационные пробы через 14 дней после последней аппликации АФК реакции кожи подопытных животных не выявили.
АФК исследовалась в тестах на острую, подострую, субхроническую и хроническую токсичность. Опыты проводились на беспородных белых мышах (самцах) массой 18-25 г, прошедших 7-суточный карантин. В опытной и контрольной группах наблюдалось по 10 животных. Токсических, пирогенных и канцерогенных эффектов не выявлено.
Имплантационный тест выполнялся на кроликах. АФК имплантировался в подкожную и костную ткани. В ходе макроскопического, гистологического и рентгенологического изучения тканей, окружающих имплантированный синтезированный АФК, было установлено, что через шесть месяцев после имплантации признаков деструкции костной ткани в области импланта нет. Имплант устойчив, слизистая оболочка нормальной окраски. Отторжения импланта не произошло. Признаков воспалительной реакции, фиброза и некроза в окружающих трансплантат тканях не выявлено.
В связи с тем, что в известных научно-технических и патентных источниках аналогичного способа получения АФК не обнаружено, можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна » и «изобретательский уровень"
Способ получения аморфного трикальцийфосфата путем осаждения средних фосфатов кальция, образующихся при сливании и постоянном перемешивании водного раствора хлористого кальция и диаммонийфосфата в избытке аммиака, с последующей фильтрацией полученного осадка, промывкой его водой от ионов хлора и сушкой, отличающийся тем, что осаждение проводят при температуре 20-25°С в течение 10-15 мин.
