способ получения гидроксиапатита

Формула изобретения

Способ получения гидроксиапатита, включающий осаждение из водных растворов солей кальция и гидроортофосфата аммония, отличающийся тем, что к водному раствору нитрата кальция добавляют 0,05-0,2 М раствор этилендиаминтетраацетата натрия при температуре 40-70°С, затем к этой смеси по каплям приливают раствор гидроортофосфата аммония при постоянном перемешивании, нагревают до 40-60°С и выдерживают в течение 10-20 мин, осадок старят 1 сутки, фильтруют, сушат при 100-150°С, нагревают при 250-700°С в течение часа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, в частности к способу получения гидроксиапатита Са ₁₀(РО₄)₆(OH)₂, используемого в медицине: в качестве биоактивных покрытий в стоматологии, травматологии и ортопедии.

Известен способ получения гидроксиапатита при взаимодействии дихлорида кальция, гидроортофосфата аммония и водного раствора аммиака при 25°С по реакции:

10CaCl₂+6(NH₄)₂HPO₄ +8NH₄OH=Ca₁₀(PO₄)₆ (OH)₂+20NH₄Cl+6Н₂О

[Орловский В.П., Ежова Ж.А., Родичева Г.В., Коваль Е.М., Суханова Г.Е., Тезикова Л.А. Изучение условий образования гидроксиапатита в системе CaCl₂-(NH₄)₂HPO ₄-NH₄OH-H₂O (25°С) // Журн. неорг. химии. 1992. Т.37. № 4. С.881].

Недостатком данного способа является многостадийность, включающая многократное нагревание и охлаждение полученного осадка с маточным раствором, длительность процесса, а также низкий выход конечного продукта.

Известен способ получения гидроксиапатита из водных растворов [Руководство по неорганическому синтезу. / Под ред. Г.Брауэра. Пер. с нем. - М.: Мир. - 1985. - Т.2. - С.572], использующий Ca(NO₃ )₂ качестве источника кальция и основанный на реакции:

10Са(NO₃)₂+6(NH₄) ₂HPO₄+8NH₄OH=Са₁₀(РО ₄)₆(ОН)₂+20NH₄NO₃ +6Н₂О

Недостатком данного способа является длительность процесса (стадия фильтрации) и необходимость очистки получаемого продукта от NH₄NO₃.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ синтеза порошков гидроксиапатита осаждением из водных растворов солей нитрата кальция и гидроортофосфата аммония в желатине [Фомин А.С., Комлев B.C., Баринов С.М., Фадеева И.В., Ренгини К. Синтез нанопорошков гидроксиапатита для медицинских применений. // Перспективные материалы. 2006. № 2. С.51-54] путем капельного приливания (NH₄ )₂HPO₄ в раствор Са(NO₃) ₂ - аммиак - желатин.

Недостатками данного способа являются трудоемкость процесса (необходимо строго поддерживать концентрацию желатина), сложности при работе с гелеобразующим реагентом и недостаточная стехиометричность конечного продукта и, соответственно, выход готового продукта.

Задачей изобретения является снижение трудоемкости процесса синтеза и повышение выхода готового продукта.

Поставленная задача достигается тем, что к водному раствору нитрата кальция добавляют 0,05-0,2М раствор ЭДТА (этилендиаминтетраацетат натрия) при температуре 40-70°С, затем к этой смеси по каплям приливают раствор гидроортофосфата аммония при постоянном перемешивании, нагревают до 40-60°С и выдерживают в течение 10-20 минут, осадок старят 1 сутки, отфильтровывают и сушат при 100-150°С, нагревают при 250-700°С в течение часа.

Пример 1. К раствору Ca(NO₃)₂, приготовленному из 7,87 г соли нитрата кальция в 40 мл воды, приливают раствор ЭДТА (навеску ЭДТА 1,334 г помещают в коническую колбу на 200 мл, смешивают с 20 мл дистиллированной воды при 70°С). При интенсивном перемешивании к данной смеси добавляют раствор (NH ₄)₂HPO₄ (2,64 г (NH₄) ₂HPO₄ в 80 мл воды) до полного осаждения, нагревают до 60°С, выдерживают 10 минут и оставляют осадок стариться при комнатной температуре. Затем осадок фильтруют, высушивают на фильтре при 100-150°С и нагревают до 250°С в течение часа для удаления остатков NH₄NO₃.

Пример 2. К раствору Ca(NO₃)₂, приготовленному из 7,87 г соли нитрата кальция в 40 мл воды, приливают раствор ЭДТА (навеску ЭДТА 1,334 г помещают в коническую колбу на 200 мл, смешивают с 20 мл дистиллированной воды при 40°С). При интенсивном перемешивании к данной смеси добавляют раствор (NH ₄)₂HPO₄ (2,64 г (NH₄) ₂HPO₄ в 80 мл воды) до полного осаждения, нагревают до 40°С, выдерживают 20 минут и оставляют осадок стариться при комнатной температуре. Затем осадок фильтруют, высушивают на фильтре при 100-150°С, а затем нагревают до 500°С в течение часа для удаления остатков NH₄NO₃ .

Температура 40-70°С на первой стадии способствует более полному растворению ЭДТА и, соответственно, его комплексообразованию с кальцием.

Температура 40-60°С для проведения процесса осаждения обеспечивает гомогенное осаждение гидроксиапатита (ГА). При температурах ниже 40°С этот процесс замедлен либо вообще не происходит. При температуре свыше 60°С происходит нерациональная затрата энергии и осадок ГА получается мелкодисперсным и плохо фильтрующимся.

При концентрации раствора ЭДТА менее 0,05М осадок формируется плохо, и реакция комплексообразования осуществляется не полно. При концентрации раствора ЭДТА более 0,2М осадок загрязняется продуктами ЭДТА.

Температура предварительной сушки 100-150°С выбрана для формирования кристаллов ГА требуемой дисперсности. При температуре ниже 100°С процесс сушки протекает длительное время, при температуре выше 150°С происходит спекание отдельных частиц и агломерация частиц порошка.

Температура 250-700°С на заключительной стадии обработки осадка гидроксиапатита определяется свойствами веществ. При температуре ниже 250°С NH₄ NO₃ удаляется не полностью, а при температуре выше 700°С происходит частичное разложение биоактивного ГА, уменьшается соотношение Са/Р (<1,67), т.е. в продукте появляется биологически неактивный трикальций фосфат.

Заявляемый способ позволяет получать синтетический гидроксиапатит с соотношением Са/Р, очень близким к биологическому гидроксиапатиту, что дает возможность создавать биоактивные покрытия на имплантаты.