Способ получения сферического гидроксилапатита с регулируемым гранулометрическим составом



Способ получения сферического гидроксилапатита с регулируемым гранулометрическим составом
Способ получения сферического гидроксилапатита с регулируемым гранулометрическим составом
Способ получения сферического гидроксилапатита с регулируемым гранулометрическим составом
Способ получения сферического гидроксилапатита с регулируемым гранулометрическим составом
Способ получения сферического гидроксилапатита с регулируемым гранулометрическим составом
Способ получения сферического гидроксилапатита с регулируемым гранулометрическим составом
Способ получения сферического гидроксилапатита с регулируемым гранулометрическим составом
C01P2004/32 - Неорганическая химия (обработка порошков неорганических соединений для производства керамики C04B 35/00; бродильные или ферментативные способы синтеза элементов или неорганических соединений, кроме диоксида углерода, C12P 3/00; получение соединений металлов из смесей, например из руд, в качестве промежуточных соединений в металлургическом процессе при получении свободных металлов C21B,C22B; производство неметаллических элементов или неорганических соединений электролитическими способами или электрофорезом C25B)

Владельцы патента RU 2717064:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение может быть использовано в аддитивных технологиях для формирования импланта костной ткани. Способ получения сферических гранул гидроксилапатита с регулируемым гранулометрическим составом включает приготовление смеси, содержащей 11-15 мас.% нитрата кальция, 5-9 мас.% гидрофосфата аммония и воду – остальное. Путем добавления водного раствора гидроксида аммония доводят значение рН смеси до 10-12. Смесь выдерживают в автоклаве при давлении 150-200 атм и температуре 200-250°С в течение 1-1,5 ч. Промывают осадок до нейтрального рН. Осадок сушат в разреженной атмосфере при давлении не более 10-5 мм рт.ст. и температуре не более -55°С. Готовят суспензию, состоящую из 25-27 мас.% этилового спирта, 68-70 мас.% воды и сухого осадка – остальное. Суспензию обрабатывают ультразвуком в течение не менее 5 минут при мощности не менее 200 Вт. Проводят грануляцию с использованием распылительной сушки при температуре в рабочей камере 200-220°С и скорости подачи суспензии 13-15 мл/мин с последующим сбором сферических гранул с комплекса циклонных фильтров. Изобретение позволяет получить сферические гранулы гидроксилапатита с размером от 5 до 25 мкм. 6 ил., 2 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к способу получения сферического гидроксилапатита с регулируемым гранулометрическим составом с использованием методов химического осаждения и гидротермального синтеза, используемого в аддитивных технологиях, в том числе для формирования импланта костной ткани.

Интерес к выбранной тематике исследования обусловлен тем, что свойства гидроксилапатита наиболее близки к характеристикам костной ткани, что вкупе с высокой биосовместимостью делает этот материал востребованным в области протезирования с использованием аддитивных технологий и методами прессования. На качество конечного продукта сильно влияет исходный для печати материал.

Известен способ получения гидроксиапатита (заявка РФ №93012609, МПК С01В 25/22, 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 рН, 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 С01В 25/32, 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 рН 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.

В качестве прототипа выбран способ, описанный авторами Коротченко Н.М., Покровская Л.А., Гигилев А.С. (патент РФ №2678812, МПК С01В 25/32, опубл. 28.02.2018). 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 800°С в течение 4 ч при следующем соотношении компонентов, мас. %:

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

Недостатком известного способа является то, что конечным продуктом являются разнонаправленные частицы пластинчатой и игольчатой формы, что затрудняет применение данного материала при использовании аддитивных технологий.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение сферических гранул гидроксилапатита с размером от 5 до 25 мкм.

Требуемый технический результат достигается тем, что готовят смесь, содержащую 11-15 мас. % нитрата кальция, 5-9 мас. % гидрофосфата аммония и воды - остальное, доводят значения рН смеси до 10-12 с использованием водного раствора гидроксида аммония, выдерживают смесь в автоклаве при давлении 150-200 атм и температуре 200-250°С в течение 1-1,5 часов, промывают осадок до нейтрального рН, сушат осадок в разряженной атмосфере при давлении не более 10-5 мм рт.ст. и температуре не более -55°С, готовят суспензию из расчета 25-27 мас. % этилового спирта, 68-70 мас. % воды и сухого осадка - остальное, с дальнейшей обработкой суспензии ультразвуком в течение не менее 5 минут и мощности не менее 200 Вт, грануляцией с использованием распылительной сушки при температуре в рабочей камере 200-220°С и скорости подачи суспензии 13-15 мл/мин, с последующим сбором сферических гранул с комплекса циклонных фильтров.

Достигаемый технический результат обосновывается фигурами 1-6.

При использовании нитрата кальция менее 11 мас. % будет малый выход продукта реакции, что делает технологию неэффективной. При использовании нитрата кальция более 15 мас. % степень кристалличности конечного продукта значительно снизится. При использовании гидрофосфата аммония менее 5 мас. % будет малый выход продукта реакции, что делает технологию неэффективной. При использовании гидрофосфата аммония более 9 мас. % степень кристалличности конечного продукта значительно снизится. При давлении менее 150 атм не достигается заданная степень кристалличности. Использование давления более 200 атм экономически нецелесообразно. Использование температуры менее 200°С не позволяет достичь заданного давления. Использование температуры более 250°С экономически нецелесообразно. Выдержка в автоклаве менее 1 часа не позволяет достичь высокой степени кристалличности продукта. Выдержка более 1,5 часов не дает существенного изменения в качестве материала. Выдержка в автоклаве в течение 1-1,5 часов обусловлена необходимостью достижения высокой степени кристалличности. При использовании этилового спирта менее 25% не достигается необходимая вязкость суспензии, что не позволяет достичь требуемого гранулированного состава. При использовании этилового спирта более 27% не происходит формирования гранул сферической формы. При использовании воды менее 68 мас. % не происходит формирования гранул сферической формы. При использовании воды более 70 мас. % не достигается необходимая вязкость суспензии, что не позволяет достичь требуемого гранулированного состава. Использование 68-70 мас. % воды в суспензии обусловлено понижением параметра вязкости суспензии для формирования более мелких капель при формировании гранул. При использовании температуры рабочей камеры менее 200°С не обеспечивается полное высушивание капель аэрозоля. При использовании температуры рабочей камеры более 220°С приводит к ускоренному осушению суспензии и закупоривания сопла распыляющей форсунки. Скорость подачи суспензии менее 13 мл/мин приводит более раннему осушению капли, что приводит к закупориванию сопла распыляющей форсунки. При скорости подачи суспензии более 15 мл/мин не обеспечивается полное высушивание капель аэрозоля. Гранулы размером менее 5 мкм сильно летучи, что приводит к загрязнению и выводу из строя печатных механизмов. Использование гранул более 25 мкм приводит к закупориванию печатающих фильер.

Ниже приведены примеры конкретного осуществления изобретения.

Пример 1:

В расчете на 20 г сферического гидроксилапатита с гранулометрическим составом 5-25 мкм. в реакционный сосуд вносится навеска 32,7 г сухого нитрата кальция, 15,8 г сухого гидрофосфата аммония и 254,3 г дистиллированной воды, после чего по каплям добавляется раствор гидроксида аммония для создания рН 10. Автоклав со смесью нагревается до температуры 200°С, давления 150 атм, смесь выдерживается в течение 60 минут. После чего полученная смесь отмывается дистиллированной водой до рН равного 7, просушивается в лиофильной установке в разряженной атмосфере 10-5 мм рт.ст при температуре -55°С в течение 12 часов. Затем, сухой остаток 20 гр. разбавляется в воде - 194,3 г и этиловом спирте - 71,4 г и подвергается ультразвуковой обработке в течении 5 минут при мощности 200 Вт. Полученная суспензия сушится на распылительной установке при температуре рабочей камеры 200°С и скорости подачи суспензии 13 мл/мин. Полученный материал собирается на циклонных фильтрах.

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

На фиг. 1 представлены результаты РФА, которые подтверждают, что исследуемый образец имеет высокую степень кристалличности и состоит из фазы гидроксилапатита.

Размеры частиц определяли методом сканирующей электронной микроскопии, на установке Tescan Vega3.

На фиг. 2 показано, что частицы имеют сферический характер и размеры от 5 до 25 мкм.

Пример 2:

В расчете на 20 г сферического гидроксилапатита с гранулометрическим составом 5-25 мкм. в реакционный сосуд вносится навеска 32,7 г сухого нитрата кальция, 15,8 г сухого гидрофосфата аммония и 193,8 г дистиллированной воды, после чего по каплям добавляется раствор гидроксида аммония для создания рН 11. Автоклав со смесью нагревается до температуры 225°С, давления 175 атм, смесь выдерживается в течение 75 минут. После чего полученная смесь отмывается дистиллированной водой до рН равного 7, просушивается в лиофильной установке в разряженной атмосфере 10-5 мм рт.ст при температуре -55°С в течение 12 часов. Затем, сухой остаток 20 гр. разбавляется в воде - 276 г и этиловом спирте - 104 г и подвергается ультразвуковой обработке в течении 5 минут при мощности 200 Вт. Полученная суспензия сушится на распылительной установке при температуре рабочей камеры 210°С и скорости подачи суспензии 14 мл/мин. Полученный материал собирается на циклонных фильтрах.

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

На фиг. 3 представлены результаты РФА, которые подтверждают, что исследуемый образец имеет высокую степень кристалличности и состоит из фазы гидроксилапатита.

Размеры частиц определяли методом сканирующей электронной микроскопии, на установке Tescan Vega3.

На фиг. 4 показано, что частицы имеют сферический характер и размеры от 5 до 25 мкм.

Пример 3:

В расчете на 20 г сферического гидроксилапатита с гранулометрическим составом 5-25 мкм. в реакционный сосуд вносится навеска 32,7 г сухого нитрата кальция, 15,8 г сухого гидрофосфата аммония и 153,4 г дистиллированной воды, после чего по каплям добавляется раствор гидроксида аммония для создания рН 12. Автоклав со смесью нагревается до температуры 250°С, давления 200 атм, смесь выдерживается в течение 90 минут. После чего полученная смесь отмывается дистиллированной водой до рН равного 7, просушивается в лиофильной установке в разряженной атмосфере 10-5 мм рт.ст при температуре -55°С в течение 12 часов. Затем, сухой остаток 20 гр. разбавляется в воде - 467 г и этиловом спирте - 180 г и подвергается ультразвуковой обработке в течении 5 минут при мощности 200 Вт. Полученная суспензия сушится на распылительной установке при температуре рабочей камеры 220°С и скорости подачи суспензии 15 мл/мин. Полученный материал собирается на циклонных фильтрах.

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

На фиг. 5 представлены результаты РФА, которые подтверждают, что исследуемый образец имеет высокую степень кристалличности и состоит из фазы гидроксилапатита.

Размеры частиц определяли методом сканирующей электронной микроскопии, на установке Tescan Vega3.

На фиг. 6 показано, что частицы имеют сферический характер и размеры от 5 до 25 мкм.

Для анализа гемосовместимости образцов гидроксиапатита на мононуклеарных лейкоцитах исходную суспензию разливали по 2 мл в лунки 24-луночного планшета, содержащие 40 мг гидроксиапатита и инкубировали в течение 1 суток в CO2-инкубаторе при 5% CO2 и температуре 37°С. В качестве контроля использовали интактную суспензию. Количественную оценку проводили с использованием МТТ-колориметрического теста. Оптическую плотность (ОП) оценивали на планшетном ридере Multiscan MS (Labsystems, Finland) при длине волны 540 нм.

В результате проведенных исследований, после измерения экстинкции растворов гемоглобина в физиологическом растворе опытных проб и нулевого контроля были получены значения ОП. Для характеристики каждого образца, ОП измеряли в 9 лунках (по 3 лунки на 1 навеску), расположенных в одном ряду планшета (табл. 1). Затем был проведен описательный анализ полученных первичных данных, обобщающий величину ОП в лунках с опытными образцами и контролем (табл. 2).

Приведенные результаты показывают, что интенсивность гемолиза индуцированного испытуемыми образцами материалов достоверно не превышала 2±0,3%: ИГ образца 1 соответствовал 2,6±0,8% (р=0,087); ИГ образца 2 соответствовал 1,7±1,4% (р=0,122). Основываясь на этом, можно сделать вывод о том, что испытуемые образцы по данному показателю могут быть отнесены к биосовместимым.

Способ получения сферических гранул гидроксилапатита с регулируемым гранулометрическим составом, включающий приготовление смеси, содержащей 11-15 мас.% нитрата кальция, 5-9 мас.% гидрофосфата аммония и воду - остальное, доведение значения рН смеси до 10-12 с использованием водного раствора гидроксида аммония, выдержку смеси в автоклаве при давлении 150-200 атм и температуре 200-250°С в течение 1-1,5 часов, промывку осадка до нейтрального рН, сушку осадка в разреженной атмосфере при давлении не более 10-5 мм рт.ст. и температуре не более -55°С, приготовление суспензии из расчета 25-27 мас.% этилового спирта, 68-70 мас.% воды и сухого осадка - остальное, с дальнейшей обработкой суспензии ультразвуком в течение не менее 5 минут и мощности не менее 200 Вт, грануляцией с использованием распылительной сушки при температуре в рабочей камере 200-220°С и скорости подачи суспензии 13-15 мл/мин, с последующим сбором сферических гранул с комплекса циклонных фильтров.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению соединений с углеродом и может быть использовано в водородной энергетике. Устройство для получения порошка, содержащего карбид молибдена, содержит камеру 1 из диэлектрического материала с крышкой 2 вверху, внутри которой горизонтально и соосно размещены цилиндрические графитовые анод 9 и катод 5.

Изобретение может быть использовано при получении подложки для катализаторов, используемых в процессе каталитического риформинга. Сфероидальные частицы оксида алюминия имеют удельную поверхность по БЭТ, составляющую 150-300 м2/г, средний диаметр частиц 1,2-3 мм, разброс диаметров частиц, выраженный через стандартное отклонение, не превышающее 0,1.

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники, а более конкретно, к технологии получения эпитаксиальных пленок нитрида алюминия, и может быть применено в области акусто- и оптоэлектроники.

Изобретение относится к технологии получения титаната натрия Na2Ti3O7, который может быть использован в качестве эффективного анодного материала литиевых и натриевых источников тока, фотокатализатора в ультрафиолетовом и видимом диапазоне света, газочувствительного сенсора для определения влажности воздуха, сепаратора химического источника тока, предотвращающего замыкание электродов и обеспечивающего ионный ток в электролите.

Изобретение может быть использовано в фотонике, лазерной технике и оптоэлектронике при изготовлении лазерных фотоприемников, оптически активных слоёв фотолюминесцентных, катодолюминесцентных и электролюминесцентных устройств, амперометрических биосенсоров, хемилюминесцентных сенсоров, золь-гелевых стекол.

Изобретение может быть использовано в адсорбционной технике для аккумулирования газов, а также в материаловедении и электронике. Сначала производят насыщение материнского объема углеродных нанотрубок молекулами-координаторами: углеводородами нормального, ароматического, нафтенового, ацетиленового или олефинового ряда в жидком виде при температурах ниже температуры кипения соответствующего углеводорода, в количестве 40-230 мас.

Изобретение относится к области выращивания слоев нанокристаллического гексагонального карбида кремния (муассанита) и может быть использовано в электронной промышленности.

Изобретение относится к области физики ультрадисперсных сред и нанотехнологии и может быть использовано при создании индикаторных матриц в различных датчиках и сенсорах плазмонного резонанса, эмиттерах, устройствах нано- и микроэлектроники, измерительной техники.

Изобретение относится к технологии получения наночастиц оксида железа (III) α-Fe2O3, который может быть использован в качестве пигмента, катализатора, сенсибилизатора солнечных батарей, эффективного анодного материала химических источников тока, газочувствительного сенсора для определения паров этанола C2H5OH, монооксида углерода CO, водорода H2, композитного адсорбционного материала для очистки сточных вод от водорастворимых красителей.

Изобретение может быть использовано при обработке почв, пористых структур и сточных вод с целью подавления активности патогенных микроорганизмов. Для получения коллоидных растворов трисульфида титана в деионизированной воде, обладающих противомикробной активностью, проводят синтез трисульфида титана из металлического титана и порошка элементарной серы, взятых в стехиометрическом соотношении в соответствии с реакцией Ti+3S=TiS3.

Изобретение относится к терморегулирующим покрытиям и может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой промышленности.

Изобретение может быть использовано в производстве материалов для восстановления дефектов костной ткани, зубных пломб. Способ получения окрашенного однофазного пирофосфата кальция включает смешение лактата кальция с двузамещенным фосфатом аммония при их мольном соотношении, равном 1.
Изобретение относится к очистке дигидрофосфата калия, который в виде крупногабаритных монокристаллов используется в лазерных установках высокой пиковой мощности.

Изобретение может быть использовано при создании биоразлагаемых материалов. Способ получения органомодифицированного гидроксиапатита путем прививки молочной кислоты включает модификацию гидроксиапатита в растворе этилового спирта и молочной кислоты с использованием ультразвуковой диспергации.

Изобретение относится к получению стеарата кальция и может быть использовано в производстве получения композитов поливинилхлорида (ПВХ), синтетических каучуков, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей области, в производстве искусственных кож и линолеума, лекарственных препаратов и парфюмерно-косметической отрасли.

Изобретение может быть использовано в космической технике, в оптическом приборостроении, в строительной индустрии. Пигмент для покрытий класса «солнечные оптические отражатели» приготовлен из порошка сульфата бария, который модифицирован наночастицами оксида алюминия в количестве 5 мас.%.

Изобретение относится к способу получения покрытых цитратом и легированных фторидом наночастиц аморфного фосфата кальция для применения в биомедицине в связи с его биоразлагаемостью и биологической активностью; он также стимулирует неспецифическую адгезию клеток и остеогенерацию.

Изобретение относится к терморегулирующим покрытиям, в том числе к терморегулирующим покрытиям космических аппаратов, и может быть использовано в космической технике, а также в строительной индустрии и в широких отраслях промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов.

Изобретение может быть использовано при изготовлении бумаги, меловании бумаги, в производстве пластмасс, адгезивов, герметиков и красок. Для приготовления водной суспензии, содержащей осажденный карбонат кальция, осуществляют карбонизацию по меньшей мере одного источника кальция, являющегося по существу нерастворимым в воде, по меньшей мере одним источником карбоната в присутствии по меньшей мере одного водорастворимого источника марганца.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности при обезвреживании пульпы гипохлорита кальция, образующейся в процессе очистки хлорсодержащих газов от хлора известковым молоком.
Изобретение относится к очистке дигидрофосфата калия, который в виде крупногабаритных монокристаллов используется в лазерных установках высокой пиковой мощности.

Изобретение может быть использовано в аддитивных технологиях для формирования импланта костной ткани. Способ получения сферических гранул гидроксилапатита с регулируемым гранулометрическим составом включает приготовление смеси, содержащей 11-15 мас. нитрата кальция, 5-9 мас. гидрофосфата аммония и воду – остальное. Путем добавления водного раствора гидроксида аммония доводят значение рН смеси до 10-12. Смесь выдерживают в автоклаве при давлении 150-200 атм и температуре 200-250°С в течение 1-1,5 ч. Промывают осадок до нейтрального рН. Осадок сушат в разреженной атмосфере при давлении не более 10-5 мм рт.ст. и температуре не более -55°С. Готовят суспензию, состоящую из 25-27 мас. этилового спирта, 68-70 мас. воды и сухого осадка – остальное. Суспензию обрабатывают ультразвуком в течение не менее 5 минут при мощности не менее 200 Вт. Проводят грануляцию с использованием распылительной сушки при температуре в рабочей камере 200-220°С и скорости подачи суспензии 13-15 млмин с последующим сбором сферических гранул с комплекса циклонных фильтров. Изобретение позволяет получить сферические гранулы гидроксилапатита с размером от 5 до 25 мкм. 6 ил., 2 табл., 3 пр.

Наверх