продукт для изготовления зубных паст и порошков и способ его получения

Формула изобретения

1. Продукт для изготовления зубных паст и порошков, содержащий биосовместимый аморфный наноразмерный гидроксиапатит с карбонатными и фтор-группами, отличающийся тем, что он дополнительно содержит трикальцийфосфат в соответствии с формулой (Са₁₀(РО ₄)₆(ОН)_2-x-y(CO₃) _x/2F_y)_0,9×(Ca₃(PO ₄)₂)_0,1, где х=0,01-0,3; y=0,01-0,4,

и представляет собой водную суспензию материала с гранулометрическим составом, характеризуемым кривой распределения размеров частиц с максимумом в области 10 - 25 нм.

2. Способ получения продукта по п.1, отличающийся тем, что к 480 г оксида кальция (СаО) добавляют предварительно охлажденный до 2-5°С 10%-ный раствор спирта C₂H₅OH и доводят общий объем до 10 л, затем осуществляют процесс нейтрализации путем введения предварительно охлажденного до 2-5°С раствора ортофосфорной кислоты (H₃PO₄) объемом 25 л с концентрацией 50 г/л H₃PO₄ и с добавлением 0,2 г фтористоводородной кислоты (HF), причем процесс нейтрализации проходит при интенсивной гомогенизации, при этом от 87,5 до 90% количества смеси кислот вводят со скоростью подачи 10 мл/мин, увеличивая скорость подачи для оставшейся части смеси кислот на заключительной стадии нейтрализации в 10 раз, одновременно с введением смеси кислот вводят 2 л предварительно охлажденного до 2-5°С 0,5%-ного водного раствора Са(НСО ₃)₂ с постоянной скоростью, затем образовавшуюся смесь перемешивают от 6 до 8 ч, а показатель рН доводят до величины от 7 до 8 введением необходимого для этого количества СаО или H₃PO₄, причем все описанные процессы проводят при температуре компонентов от 2 до 5°С, после отстаивания и декантации прозрачного раствора получают водную суспензию аморфного материала заданного состава (Са₁₀(РО₄) ₆(ОН)_2-x-y(СО₃)_x/2F _y)_0,9×(Са₃(PO₄) ₂)_0,1, где х=0,01-0,3; y=0,01-0,4,

с размерами частиц порядка 10 - 25 нм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, а именно к способу получения материала, используемого как составляющая зубных паст и порошков с профилактическим действием.

Известен материал, используемый для производства зубных паст и заполнения костных дефектов, содержащий чистый ГА, полученный осаждением [П.А.Арсеньев и др. «Медицинские биоматериалы». - М.: изд. МЭИ, 1999, 73 с.; RU 2014846, патенты Японии 62-29366 и 62-46492].

Недостатком этого материала является то, что он отличается от естественного состава костной ткани: не содержит ни карбонатных групп, ни групп фтора, что снижает профилактический и лечебный эффект от его применения.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является аморфный, карбонированный и фторированный гидроксиапатит для зубных паст, включающий синтезированный неорганический материал со структурой гидроксиапатита, содержащий карбонатные группы и фторгруппы в соответствии с формулой

Са₁₀(PO ₄)₆(ОН)_2-х-у(СО₃) _x/2F_y, где х=0,01-0,3; y=0,01-0,4 [RU № 2179437].

Недостатком этого аналога является невысокие биосовместимость, адгезия и минерализующая способность.

Задачей предлагаемого изобретения является создание материала для зубных паст, близкого по составу к зубной эмали и имеющего высокие биосовместимость и минерализующую способность.

Эта задача в данном изобретении решается тем, что продукт для зубных паст, содержащий биосовместимый наноразмерный гидроксиапатит с карбонатными и фтор-группами дополнительно содержит примесь трикальцийфосфат в соответствии с формулой

(Са₁₀(РО₄)₆(ОН)_2-x-y (СО₃)_x/2F_y)_0,9×(Ca ₃(РО₄)₂)_0,1, где х=0,01-0,3; y=0,01-0,4, с гранулометрическим составом, характеризуемым кривой распределения размеров частиц с максимумом в области 10-25 нм.

При указанных размерах частиц повышаются - за счет возрастания площади активной поверхности материала - его адгезивные свойства, биоактивность и минерализующая способность материала. Благодаря наличию примеси трикальцийфосфата возрастает биосовместимость материала с тканями человеческого организма.

Для получения модифицированного биосовместимого наноразмерного ГА с размером частиц порядка 10-25 нм не могут применяться твердофазный и гидротермальный синтезы ГА, а также практически невозможно применение методик осаждения ГА из водных растворов и растворов органических растворителей, проводимых в условиях режима температур от 6°С и выше. Повышение температуры ведет к росту размеров зерна, что недопустимо в свете требований, предъявляемых к материалу. Любые методики, связанные с наличием в системе посторонних ионов, например применение аммиачных солей, хлоридов, нитратов, также не допустимы ввиду невозможности удаления их из водной эмульсии без нагрева.

Наиболее близким к предлагаемому является способ нейтрализации оксида кальция кислотой в водном растворе, заключающийся в том, что ГА получается осаждением продукта смесью ортофосфорной и фтористоводородной кислот, поддержанием концентрации карбонатных ионов в растворе постоянным введением Са(НСО₃)₂ в раствор при температурах синтеза порядка 8-10°С, обеспечивающих размер частиц порядка 35-60 нм [RU № 2179437].

Недостатком данного метода является крупный размер частиц, что негативно сказывается на адгезивных свойствах, биоактивности и минерализующей способности конечного продукта. Еще одним недостатком метода является то, что процесс нейтрализации протекает в водном растворе, а последующее удаление воды из раствора занимает значительное время.

Для получения предлагаемого материала предлагается способ, заключающийся в том, что к 480 г оксида кальция (СаО) добавляют предварительно охлажденный до 2-5°С 10% раствор спирта C₂H ₅OH и доводят общий объем до 10 л, затем вводят предварительно охлажденный до 2-5°С раствор ортофосфорной кислоты (H ₃PO₄) объемом 25 л с концентрацией 50 г/л H ₃PO₄ и добавлением 0,2 г фтористоводородной кислоты (HF), причем процесс нейтрализации проходит при интенсивной гомогенизации и со скоростью подачи от 87,5% до 90% количества смеси кислот со скоростью 10 мл/мин и увеличением скорости подачи оставшейся части смеси кислот на заключительной стадии нейтрализации в 10 раз, одновременно с введением смеси кислот вводят 2 л предварительно охлажденного до 2-5°С 0,5%-ного водного раствора Са(НСО ₃)₂ с постоянной скоростью, затем образовавшуюся смесь перемешивают от 6 до 8 часов для созревания осадка, а показатель рН доводят до величины от 7 до 8 введением необходимого для этого количества СаО или H₃PO₄, причем все описанные процессы проводят при температуре от 2 до 5°С, после отстаивания и декантации прозрачного раствора получают водную суспензию аморфного материала заданного состава с размерами частиц порядка 10-25 нм.

Для получения предлагаемого материала предлагается способ получения модифицированного наноразмерного гидроксиапатита для зубных паст, включающий введение водного раствора ортофосфорной кислоты с добавлением фтористоводородной кислоты, отличающийся тем, что с целью скорейшего протекания процесса осаждения в качестве растворителя применяется не дистиллированная Н₂О, а 10% раствор C₂H₅OH, кроме того, отличающийся тем, что с целью увеличения площади наночастиц ГА и уменьшения их размеров до 10-25 нм, исходная смесь кислот и раствор Са(НСО ₃)₂ охлаждаются до температуры 2-5°С, которая поддерживается в течение всего процесса осаждения, а также отличающийся тем, что с целью увеличения концентрации примеси трикальцийфосфата до 10%, на заключительной стадии нейтрализации резко повышается скорость подачи раствора H₃PO₄ для скачкообразного изменения показателя рН до уровня рН 3,5-4. Проведение процесса в водно-спиртовом растворе способствует повышению скорости получения готового продукта. Конечным продуктом является наноразмерный гидроксиапатит с карбонатными и фтор-группами, а также с трикальцийфосфатом, покрывающим наночастицы гидроксиапатита.

Примером осуществления предлагаемого способа может служить процесс, в котором для получения 1 кг продукта берут 480 г оксида кальция, помещают его в термостатическую емкость объемом 40 л, оборудованную криогенной установкой, которая поддерживает температуру внутри емкости в диапазоне от 2 до 5°С. Оксид кальция гасят предварительно охлажденным до 2-5°С 10% раствором С₂Н₃ ОН и общий объем доводят до 10 л. Готовят предварительно охлажденный до 2-5°С раствор H₃PO₄ объемом 25 л с концентрацией 50 г/л, куда добавляют 0,2 г HF. Готовят 2 л предварительно охлажденного до 2-5°С водного раствора Са(НСО₃)₂, содержащего 10 г Са(НСО ₃)₂. Процесс осаждения проводится при 2-5°С. Процесс нейтрализации проходит при интенсивной гомогенизации и со скоростью подачи 10 мл/мин, увеличивая скорость подачи в 10 раз на заключительной стадии нейтрализации. Скорость подачи 0,5%-ного раствора Са(НСО₃)₂ коррелируется с подачей смеси кислот, что обеспечивает равномерное поступление карбонатных ионов в течение всего процесса. Последней стадией процесса является созревание осадка, заключающееся в перемешивании в течение 6 ч. Показатель рН конечного материала должен быть нейтральным, то есть равен от 7 до 8, идеально 7,5. В конце синтеза замеряют рН геля с помощью рН-метра, если показатель ниже требуемого, подсыпают примерно 0,1 в.ч. СаО и спустя час гомогенизации повторно измеряют уровень рН и т.д. - пока уровень не будет доведен до заданных пределов. Если рН выше 8, то готовят 0,1 в.ч. водного раствора H₃PO₄, который подливают со скоростью 0,03 в.ч. в минуту. После часа гомогенизации повторно измеряют уровень рН и т.д. - пока уровень не будет нейтральным. Полученный продукт содержит соединение в количестве 4,5-5% по сухому остатку. Материал может концентрироваться до 15-17% по сухому остатку после отстаивания и декантации прозрачного раствора. Окончательный продукт, который может использоваться для изготовления зубных паст и порошков, представляет собой водную суспензию (пасту) аморфного, материала заданного состава с размерами частиц порядка 10-25 нм. После стерилизации y-облучением в замкнутой пластмассовой емкости модифицированный биосовместимый наноразмерный гидроксиапатит используют для изготовления зубной пасты. В случае необходимости получения более высоких концентраций материала в пасте применяют вакуумную откачку.

Из полученной пасты брались пробы для анализа. Они высушивались при 200°С, затем обжигались при 600°С, после чего производились химический анализ, рентгенофазовый анализ и снимались ИК-спектры: результаты подтвердили заявленный состав и структуру полученного материала.

Предлагаемый материал имеет высокую биосовместимость с тканями человеческого организма, благодаря, в частности, наличию бета-трикальцийфосфата на поверхности наночастиц и близости по химическому составу к зубной эмали человека.

Предлагаемый состав содержит частицы, размеры которых меньше расстояния между структурными элементами зубной эмали (порядка 50 нм) и имеет поэтому повышенную способность восстанавливать микроскопические дефекты и повреждения поверхности зубной эмали, возвращая эмали естественный минеральный баланс и полупрозрачность, и даже обращает вспять начинающееся образование кариеса.