EP1381455A1 - Dispersion colloidale aqueuse stable, son procede de preparation - Google Patents

Dispersion colloidale aqueuse stable, son procede de preparation

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Publication number
EP1381455A1
EP1381455A1 EP02726281A EP02726281A EP1381455A1 EP 1381455 A1 EP1381455 A1 EP 1381455A1 EP 02726281 A EP02726281 A EP 02726281A EP 02726281 A EP02726281 A EP 02726281A EP 1381455 A1 EP1381455 A1 EP 1381455A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
colloids
calcium
colloidal dispersion
stabilizing agent
source
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02726281A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Yves Chane-Ching
Claude Magnier
Albert Lebugle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rhodia Chimie SAS
Original Assignee
Rhodia Chimie SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rhodia Chimie SAS filed Critical Rhodia Chimie SAS
Publication of EP1381455A1 publication Critical patent/EP1381455A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
    • C01B25/16—Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
    • C01B25/26—Phosphates
    • C01B25/32—Phosphates of magnesium, calcium, strontium, or barium
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P1/00—Drugs for disorders of the alimentary tract or the digestive system
    • A61P1/02—Stomatological preparations, e.g. drugs for caries, aphtae, periodontitis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P1/00—Drugs for disorders of the alimentary tract or the digestive system
    • A61P1/04—Drugs for disorders of the alimentary tract or the digestive system for ulcers, gastritis or reflux esophagitis, e.g. antacids, inhibitors of acid secretion, mucosal protectants
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P19/00—Drugs for skeletal disorders
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P19/00—Drugs for skeletal disorders
    • A61P19/08—Drugs for skeletal disorders for bone diseases, e.g. rachitism, Paget's disease
    • A61P19/10—Drugs for skeletal disorders for bone diseases, e.g. rachitism, Paget's disease for osteoporosis
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61P25/00—Drugs for disorders of the nervous system
    • A61P25/08—Antiepileptics; Anticonvulsants
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P25/00—Drugs for disorders of the nervous system
    • A61P25/20—Hypnotics; Sedatives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/0004—Preparation of sols
    • B01J13/0008—Sols of inorganic materials in water

Definitions

  • the present invention relates to stable aqueous colloidal dispersions of colloids with an apatite structure in which the colloids, of oblong shape, have nanometric dimensions.
  • colloids in more or less aggregated form, form oblong objects of an average length (or greater dimension) (in number) between 5 and 100 nm and an equivalent aspect ratio between 2 and 300 .
  • aqueous colloidal dispersion is generally understood to mean a system consisting of a continuous aqueous phase in which fine solid particles of colloidal size are dispersed, said fine particles defining colloids on the surface of which molecules of an agent can be bonded or adsorbed. stabilizer or various ionic species present in the continuous aqueous phase.
  • colloids with apatitic structure By colloids with apatitic structure is meant according to the invention colloids of general formula:
  • J is chosen from OH “ , F “ , CO 3 2 ' and / or CI " and in which certain phosphate ions (PO 4 3 ⁇ ) or hydrogenophosphate (HPO 4 2" ) can be replaced by carbonate ions (CO3 2' ); and in which certain Ca 2+ cations can be replaced by metallic cations M n + of alkali, alkaline earth metals or of lanthanide where n represents 1, 2 or 3, it being understood that the molar ratio of the cation M n + to Ca 2+ , when M n + is present, varies between 0.01: 0.99 and 0.25: 0.75, and the substitution of HPO 4 2 " ions or PO 4 3" ions with CO 3 2 ions " , the incorporation of C0 3 2 ′ ions as J and the substitution of Ca 2+ cations by metal cations is carried out so as to satisfy the electronic balance, in particular with the creation of vacancies.
  • the expression colloids with an apatite structure
  • Ca 2+ when Ca 2+ is replaced by an alkali metal cation, the latter is Na + .
  • Ca 2+ is replaced by an alkaline earth metal cation, this is Sr 2+ .
  • the latter is preferably Eu 3 ⁇ Eu 2+ , Dy 3+ or Tb 3+ .
  • the term “lanthanide” is understood to mean the elements of the group constituted by yttrium and by the elements of the periodic classification with atomic number included inclusively between 57 and 71.
  • Colloids with an apatite structure are generally obtained by contacting, in aqueous solution, a source of Ca 2+ and a source of PO 4 3 " in an appropriate pH range.
  • colloids with an apatite structure are obtained, the growth of which is difficult to control and limit.
  • the invention provides, according to a first of its aspects, a method for controlling the growth of colloids with apatitic structure and leading to stable colloidal dispersions consisting of colloids of nanometric dimensions.
  • the invention relates to stable, aqueous colloidal dispersions of colloids with apatitic structure, formed from relatively fine colloids, of oblong shape, with an average length (in number) of between 5 and 100 nm and d an equivalent aspect ratio (ratio of the average length (in number) to the equivalent diameter) of between 2 and 300.
  • These dispersions are generally transparent due to the small dimensions of the colloids constituting them.
  • the invention relates to a stable aqueous colloidal dispersion of colloids with apatitic structure, having a pH between 5 and 10.5, comprising a bifunctionalized stabilizing agent having a first amino or ammonium function and a second function capable of complex calcium, and formed of colloids of oblong shape of an average length (in number) between 5 and 100 nm and an equivalent aspect ratio (ratio of the average length (in number) to the equivalent diameter) included between 2 and 300, said sanctionditic colloids having the formula
  • J is chosen from OH “ , F “ , CO 3 2 ' or CI " ; and in which certain phosphate ions (PO 3" ) or hydrogenophosphate (HPO 2 ) can be replaced by carbonate ions (CO 3 2 " ); and in which certain Ca 2+ can be replaced by metallic cations M ⁇ + of alkali, alkaline-earth or lanthanide metals where n represents 1, 2 or 3, it being understood that the molar ratio of the cation M n + , when it is present, at Ca 2+ , varies between 0.01: 0.99 and 0.25: 0.75, and that the substitution of HPO 4 2 " ions or PO 3" ions with CO 3 2 ' ions , the incorporation of CO 3 2 " ions as J and the substitution of Ca 2+ cations by metal cations is carried out so as to satisfy the electronic equilibrium.
  • colloids of oblong shape are understood to mean colloids of parallelepipedal shape (for example in the
  • the equivalent diameter is the diameter that would have the colloid of acicular shape corresponding to the same average volume and the same average length.
  • the equivalent diameter assigned to the cross section of the acicular colloid corresponds to the diameter of an average cross section.
  • the oblong-shaped colloids are formed of colloids with an apatitic structure, more or less aggregated. Depending on the operating conditions used during the preparation of said colloidal dispersions, the dimensions of the colloids vary. In the event of weak aggregation of the colloids, the oblong colloids have an average length (in number) of between 5 and 100 nm and an equivalent diameter of between 0.5 and 5 nm.
  • the colloids of oblong shape have an average length (in number) of between 5 and 100 nm and an equivalent diameter of between 5 and 30 nm.
  • J represents OH " or / and F " . It is not necessary that all the OH " ions are replaced by F ' ions but only a part of the OH " ions can be replaced by F " ions.
  • J is chosen from OH “ , F “ , C0 3 2 “ and CI " , it is not necessary for all the Js to be identical to each other.
  • Stabilization of the colloidal dispersion is obtained by the action of a stabilizing agent having a dual functionality.
  • the stabilizing agent contributes not only to ensure the stabilization of the dispersion but also to control the growth of colloids with apatitic structure during the preparation of the aqueous dispersion.
  • the stabilizing agent has an amine or ammonium function and a function capable of complexing the Ca 2+ cation.
  • these two functions are grafted onto a lipophilic part, such as an alkylene chain, preferably of C 2 -C 1 8 , better still in C 2 -C 12, linear or branched.
  • the function capable of complexing Ca 2+ is a phosphoric acid function (-OP (O) (OH) 2 ) optionally ionized, a phosphonic acid function (-P (0) (OH) 2 or -P (O) (OH) -O-) optionally ionized or a phosphinic acid function (HO-P (O) ⁇ ) optionally ionized.
  • the stabilizing agent has the formula:
  • - X represents -O- or a bond
  • - K represents a linear or branched C 2 -C 10 alkylene group, optionally substituted
  • - Ri and R 2 independently represent a hydrogen atom; or an optionally aromatic, optionally substituted aliphatic and / or carbocyclic hydrocarbon group; or else the stabilizing agent is an ionized form of a compound of formula (II).
  • mineral acid As an example of a mineral acid, mention may be made of nitric, phosphoric, phosphinic, phosphonic, hydrochloric, sulfonic and sulfuric acids.
  • an inorganic base mention may be made of bases of the alkali metal or alkaline earth metal hydroxide and ammonium hydroxide type.
  • alkylene is meant an aliphatic, linear or branched hydrocarbon chain.
  • K is a C 2 -C 5 alkylene group, better still C 2 -C 3 .
  • the substituents of the alkylene group representing K and of the hydrocarbon group representing Ri, R2 and / or R 3 are in particular halogen atoms such as chlorine, bromine, fluorine, iodine and more particularly chlorine.
  • hydrocarbon group is meant a group comprising from 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 12.
  • the hydrocarbon group may contain an aliphatic part and / or an optionally aromatic carbocyclic part.
  • aliphatic hydrocarbon radical is meant a linear or branched, saturated group, preferably comprising from 1 to 18 carbon atoms, optionally substituted.
  • said aliphatic hydrocarbon group comprises from 1 to 12 carbon atoms, better still from 1 to 6 carbon atoms.
  • alkyl radicals such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, t-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, 2-methylbutyl, 1-ethylpropyl, hexyl, isohexyl, neohexyl, 1-methylpentyl , 3-methylpentyle, 1, 1-dimethylbutyl, 1, 3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, 1-methyl-1-ethylpropyl, heptyl, 1-methylhexyl, 1-propylbutyl, 4,4-dimethylpentyl, octyl, 1-methylheptyl , 2-ethylhexyl, 5,5-dimethylhexyl, nonyl, decyl, 1-methylnonyl, 3,7-dimethyloctyl and 7,7-d
  • alkyl represents methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, t-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, 2-methylbutyl, 1- ethylpropyl, hexyl, isohexyl, neohexyl, 1-methylpentyl, 3-methylpentyl, 1, 1 -dimethylbutyl, 1, 3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl and 1-methyl-1-ethylpropyl.
  • the alkyl radical comprises from 1 to 4 carbon atoms and in particular ethyl.
  • carbocyclic radical is meant according to the invention a monocyclic or polycyclic radical optionally substituted, preferably C 3 -C 5 o. Preferably, it is a C 3 -C ⁇ radical, preferably mono-, bi- or tricyclic.
  • the carbocyclic radical can comprise a saturated part and / or an aromatic part.
  • the carbocyclic radical comprises more than one cyclic nucleus (in the case of polycydic carbocycles)
  • the cyclic nuclei can be condensed two by two or attached two by two by ⁇ bonds.
  • saturated carbocyclic radicals are cycloalkyl groups.
  • the cycloalkyl groups are cyclic saturated hydrocarbon radicals, preferably with C 3 -C ⁇ , better still with C 3 - C 10 , and in particular the cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, adamantyl or norbomyl radicals.
  • aromatic carbocyclic radicals are the (C 6 -C ⁇ ) aryl groups and in particular phenyl, naphthyl, anthryl and phenanthryl.
  • the aromatic part and the aliphatic part are as defined above.
  • arylalkyl groups and for example (C 6 -C ⁇ 0 ) aryl- (CrC ⁇ o) alkyl and alkylaryl groups and for example (C C ⁇ o) alkyl- (C ⁇ -C ⁇ o) aryl.
  • a preferred subgroup of stabilizing agents of formula (II) consists of agents of formula (II) in which p represents 2, m represents 1 and X represents an oxygen atom.
  • a particularly preferred stabilizing agent is O-phosporylethanolamine of formula:
  • the stabilizing agent is generally either present in free form in the continuous medium of the colloidal dispersion, or adsorbed or bound to the surface of the colloids, or in interaction with Ca 2+ ions present in the continuous phase.
  • the stabilizing agent can consist of one or more compounds of formula (I).
  • the colloidal phase is predominantly of apatitic structure as defined above.
  • the apatite structure represents more than 50% by weight of the colloidal phase, preferably more than 75% by weight, better still more than 80%, for example more than 85% by weight.
  • the colloidal phase can also comprise other calcium phosphate structures, such as Ca (H 2 PO) 2 ; CaHPO; CaHPO, 2H 2 0 or other amorphous phase based on calcium and PO 4 3 " , HPO 2" or H 2 PO " and OH " .
  • the Ca / P molar ratio in the colloidal phase generally varies between 1.2 and 1.7, better still between 1.4 and 1.67.
  • the molar ratio of the stabilizing agent to calcium in the colloidal phase varies between 0.05 and 2.
  • the calcium concentration of the dispersion is easily adjustable, according to the invention, by elimination of part of the continuous aqueous phase.
  • the elimination of part of the aqueous phase can be carried out by ultrafiltration.
  • the colloidal dispersion of the invention has a concentration greater than 0.25 M of calcium in the form of colloids with apatitic structure, preferably greater than 0.5 M, advantageously greater than 1 M, this concentration possibly reaching 5M .
  • the colloidal phase contains from 60 to 100% of the total calcium, for example from 80 to 100%, preferably from 90 to 100%, better still from 95 to 100%.
  • the remaining fraction of calcium cations is in solution in the continuous medium of the dispersion.
  • the colloidal phase contains from 60 to 100% of the total phosphorus, more preferably from 80 to 100% of the total phosphorus (PO 4 3 " ions, HPO 2" and H 2 PO " total), advantageously from 90 to 100 %, better still from 95 to 100% by weight, the remaining fraction being in solution in the continuous medium of the dispersion.
  • mineral phosphorus By mineral phosphorus is meant the phosphorus contained in the species H 3 PO, H 2 P0 " and HP0 4 2" , the phosphorus contained in the stabilizing agent of formula (II) not being considered as mineral phosphorus.
  • the pH of the colloidal dispersion of the invention varies between 6 and 9.5.
  • the colloidal dispersion is transparent to the naked eye.
  • Colloidal dispersions transparent to the naked eye are formed from poorly aggregated, well-individualized colloids.
  • at least 80% by number of the colloids, preferably at least 90% and advantageously at least 95% by number, are not aggregated.
  • This state of aggregation can be viewed by transmission electron cryomicroscopy, according to the Dubochet method. This method allows observation by transmission electron microscopy (TEM) of samples kept frozen in their natural environment which is either water or organic diluents. Freezing is carried out on thin films approximately 50 to 100 nm thick, either in liquid ethane for the aqueous samples, or in liquid nitrogen for the others.
  • TEM transmission electron microscopy
  • weakly aggregated colloids is meant a percentage by number of perfectly individualized objects greater than 80%, preferably greater than 90%, advantageously greater than 95%.
  • the length of the colloids varies between 5 and 50 nm.
  • the invention relates to a transparent aqueous colloidal dispersion formed from colloids of oblong shape with an average length (in number) of 5 to 50 nm, in which at least 80% of the colloids are not aggregated, the molar ratio of the stabilizing agent to the total calcium present in the colloids or on the surface of the colloids is between 0.05 and 2 and the ratio of total calcium to the total phosphorus in the colloids is between 1, 2 and 1, 7 , the pH of the colloidal dispersion being greater than 7.
  • the invention relates to a process for the preparation of a stable aqueous colloidal dispersion, comprising the steps consisting in: a) bringing into contact, in aqueous solution, a source of Ca 2+ cations, a source of PO 3 " anions and a bifunctionalized stabilizing agent having a first amine or ammonium function and a second function capable of complexing calcium, at a pH between 5 and 11, the respective amounts of the source of Ca 2+ and of the source of PO 4 3 " anions being such that the Ca 2+ / P molar ratio varies between 1 and 5, preferably between 2 and 4, the amount of stabilizing agent being such that the molar ratio of stabilizing agent / Ca varies between 0.1 and 3, preferably between 0.2 and 2.5; b) allow the solution thus obtained to mature at a temperature of between 20 and 95 ° C. until a colloidal dispersion is obtained.
  • source of Ca 2+ cations is meant a compound capable of releasing Ca 2+ ions in aqueous solution.
  • source of PO 4 3 anions is meant a compound capable of releasing PO 3" ions in aqueous solution.
  • Examples of a source of Ca 2+ cations are calcium hydroxide, calcium oxides, calcium salts.
  • Examples of calcium salts are the salts having for anion PF ⁇ “ , PCI 6 " , BF 4 “ , BCI 4 “ , SbF 6 “ , BPh 4 “ , CIO 4 “ , CF 3 SO 3 " and more generally the carboxylates derived of C2-C 10 alkylcarboxylic acids.
  • Other salts are calcium halides, calcium carbonate, calcium hydrogencarbonate and calcium nitrate.
  • the source of Ca 2+ cations is chosen from calcium hydroxide, calcium chloride, calcium fluoride, calcium nitrate, calcium carbonate and calcium hydrogen carbonate.
  • the source of PO 4 3 " anions is the salt of a PO 3" anion, the salt of an HPO 4 2 " anion or the salt of an H 2 P0 " anion such as an ammonium salt, an alkali metal salt or an alkaline earth metal salt.
  • an acid or a base preferably an acid or a mineral base
  • the bases and acid which can be used are those generally used in the art.
  • NH 4 OH or NaOH will be used.
  • acids which can be used are in particular HCI, H 2 SO 4 , H 3 PO 4 or HNO 3 .
  • Contacting the sources with an aqueous medium can be carried out in any way.
  • the relative proportions of the compounds used respectively as a source of Ca 2+ and of PO 3 ′ are calculated so that the Ca / P molar ratio is between 1 and 5, preferably between 2 and 4.
  • the Ca / P molar ratio takes into account all of the Ca 2+ cations introduced and all of the phosphorus introduced into the solution, whether the phosphorus is in the form H 3 PO 4 , H 2 PO 4 3 " , HPO 4 2" or P0 4 3 " .
  • the stabilizing agent is added either to the aqueous solution of Ca 2+ , or to the aqueous solution of PO 3 " , or to the two aqueous solutions, in which case the respective proportion of stabilizing agent added to each solution is arbitrary.
  • the amount of stabilizing agent to be added to the total is defined so that the stabilizing agent / Ca molar ratio varies between 0.1 and 3, preferably between 0.2 and 2.5, for example between 0.2 and 1, 5.
  • the stabilizing agent is preferably as defined above. It is preferably a compound of formula (II). Even more preferably, of a compound of formula (II) in which p represents 2, m represents 1 and X represents an oxygen atom.
  • the stabilizing agent is O-phosphorylethanolamine of formula:
  • the two aqueous solutions are mixed, this mixture being used conventionally with stirring.
  • the pH of the two dispersions is adjusted beforehand before mixing. This pH is adjusted between 5 and 11.
  • the aqueous solution from the source of PO 3 " is poured into the aqueous solution from the source of Ca 2+ containing the stabilizing agent. After mixing, it may be necessary to readjust the pH conditions of the solution under the conditions described above.
  • Suitable sources are the hydroxides of these metals or salts of these metals, such as halides or nitrates.
  • the metal cation is the cation of a lanthanide
  • a salt of said lanthanide such as a chloride or a nitrate.
  • add this salt to the solution of the calcium source before mixing it with the PO 3 " source.
  • the contacting of the source of Ca 2+ with the source of PO 3 " generally takes place at room temperature, for example between 15 and 30 ° C.
  • Step b) of the process of the invention is a ripening step during which the mixture of the two solutions is left to stand or stirred, the time necessary to observe the formation of colloids.
  • This ripening stage can be carried out at ambient temperature (15-30 ° C) or at a higher temperature, namely up to 95 ° C.
  • the temperature is fixed at this stage between 15 and 95 ° C, better still between 20 and 95 ° C, for example between 50 and 90 ° C.
  • the ripening stage is preferably carried out in a closed enclosure.
  • the dispersion, conditioned in a closed enclosure, can be placed directly in an oven previously brought to the set temperature or undergo a temperature ramp up to the set temperature, the rate of temperature rise preferably varying between 0.1 ° C. / min and 10 ° C / min.
  • the ripening is carried out at various temperatures.
  • a first stage of ripening is carried out between 20 and 95 ° C at a first temperature
  • a second stage of ripening is carried out at a second temperature, said second temperature also being between 20 and 95 ° C.
  • said second temperature is higher than said first temperature.
  • the ripening time varies depending on the operating conditions and more particularly on the temperature. Usually, the ripening time varies between 0.5 and 24 hours, preferably between 2 and 16 hours.
  • the continuous phase of the colloidal dispersion can contain different species such as NH ⁇ Na + , K ⁇ CI “ , N0 3 " and S0 2 " . These ions come either from sources of calcium and PO 4 3 ' , or from acids and mineral bases used for pH adjustments.
  • the continuous phase of the colloidal dispersion may also contain stabilizers in neutral form or in ionized form, not interacting with the surface of the colloids, that is to say completely free.
  • This washing can be carried out in a conventional manner per se, by ultrafiltration.
  • Ultrafiltration can be carried out in particular in air or in an atmosphere of air and nitrogen or even under nitrogen. It preferably takes place with water whose pH is adjusted to the pH of the dispersion.
  • This final pH can advantageously be between 6 and 8.5.
  • a - molar ratio of the stabilizing agent to calcium greater than 0.6 in step a) ; b - molar ratio of calcium to total phosphorus greater than 2, better still greater than 3 in step a); c - pH greater than 7, better still 8.5 in step a); d - ripening temperature in step b) greater than 40 ° C, better still greater than 60 ° C; e - ripening time in step b) greater than 4 hours, better still greater than 8 hours.
  • the size of the colloids can be determined by photometric counting from an analysis by METHR (High Resolution Transmission Electron Microscopy).
  • the structure of colloids and in particular their greater or lesser degree of aggregation can be determined by cryo-transmission electron microscopy using the Dubochet method.
  • the average length (in number) of the oblong colloids varies between 5 and 100 nm and their equivalent aspect ratio (ratio of the average length (in number) to the equivalent diameter) varies between 2 and 300.
  • colloids with a low degree of aggregation generally vary in the following proportions:
  • the average length (in number) varies between 5 and 100 nm, preferably between 5 and 80 nm;
  • the equivalent diameter varies between 0.5 and 5 nm.
  • colloids with a higher degree of aggregation vary in the following proportions:
  • the average length (in number) varies between 5 and 100 nm, preferably between 5 and 80 nm;
  • the equivalent diameter varies between 5 and 30 nm.
  • colloidal dispersions of the invention can be used in multiple applications, as such, or after isolation of the colloids with apatitic structure, for example in order to form porous materials.
  • the isolation of the colloids can be carried out in a manner known per se: simple evaporation at room temperature, evaporation under vacuum, evaporation at temperature above 100 ° C. or by ultracentrifugation.
  • the invention relates to colloids of apatitic structure redispersible in water which can be obtained by implementing the steps consisting in: a) preparing a colloidal dispersion by implementing the process described above above ; b) isolating the colloids from the colloidal dispersion resulting from step a), in a manner known per se, and preferably by centrifugation.
  • colloidal dispersions of the invention can also be used after preparation of an emulsion by addition of an oily phase.
  • colloidal dispersions or the resulting porous materials examples include the separation and purification of proteins, use in prostheses and use in sustained release systems.
  • the hydroxyapatite colloids obtained can be used in the treatment of osteoporosis, cramps, colitis, bone fractures, insomnia, as well as in dental hygiene.
  • Hydroxyapatite colloids can be used in the preparation of hydroxyapatite films, absorbent materials with high specific surface and high pore volume, encapsulation materials and catalytic materials, but also in the field of luminescence.
  • the colloids of the aqueous dispersions of the invention can be isolated simply by ultracentrifugation. These colloids can present, bound or adsorbed, on their surface, a certain amount of stabilizing agent. The amount of stabilizing agent present can be determined by chemical determination. The molar ratio of the stabilizing agent to the calcium of the colloid generally varies between 0.05 and 2, preferably between 0.1 and 1.
  • -ethanolamine (M 141 g) or 19.8 millimoles in 10 cm 3 and the mixture is made up with demineralized water qs 25 cm 3 and the mixture is stirred at room temperature. The pH is adjusted to 9 with concentrated ammonia.
  • a solution B is prepared by adding 6.8 ml of a 0.96M phosphoric acid solution, ie 6.5 millimoles, and it is completed with demineralized water qs 25 cm 3 .
  • the pH is adjusted to 9 with concentrated ammonia.
  • Solution B is added to solution A instantaneously and at room temperature. The mixture is left stirring for 15 min at room temperature.
  • the mixture is transferred to a closed enclosure and the mixture is brought to an oven previously brought to a temperature of 80 ° C.
  • the duration of the temperature ripening is 16 hours.
  • a transparent colloidal dispersion is obtained, the calcium concentration of which is 0.4M.
  • anisotropic colloids With an average length of around 15 nm and an equivalent diameter of less than 2 nm are visualized, well individualized.
  • -amine (M 141 g) or 3 millimoles in 10 cm 3 and supplemented with demineralized water qs 25 cm 3 and stirred at room temperature. The pH is adjusted to 9 with concentrated ammonia.
  • a solution B is prepared by adding 3.43 ml of a 0.96 M phosphoric acid solution, ie 3.3 millimoles, and the mixture is made up with demineralized water qs 25 cm 3 . The pH is adjusted to 9 with concentrated ammonia.
  • Solution B is added to solution A instantaneously and at room temperature.
  • the mixture is left stirring for 15 min at room temperature.
  • the mixture is transferred to a closed enclosure and the mixture is brought to an oven previously brought to a temperature of 80 ° C.
  • the duration of temperature ripening is 16 hours.
  • a colloidal dispersion is obtained, the calcium concentration of which is 0.2M.
  • the dispersion is then washed by ultrafiltration on a 3 kD membrane with four times its volume of demineralized water. A stable colloidal solution is obtained over time.
  • -amine (M 141 g) or 74.5 millimoles in 50 cm 3 and supplemented with demineralized water qs 125 cm 3 and stirred at room temperature.
  • the pH is adjusted to 9 with concentrated ammonia.
  • a solution B is prepared by adding 42.85 ml of a 0.96 M phosphoric acid solution, ie 41 millimoles, and it is completed with demineralized water qs 125 cm 3 .
  • the pH is adjusted to 9 with concentrated ammonia.
  • Solution B is added to solution A instantaneously and at room temperature.
  • the volume of total concentrated ammonia used is 22.5 cm 3 .
  • the mixture is left stirring for 15 min at room temperature.
  • the mixture is transferred to a closed enclosure and the mixture is brought to an oven previously brought to a temperature of 80 ° C.
  • the duration of temperature ripening is 16 hours.
  • a bluish colloidal dispersion is obtained, the calcium concentration of which is 0.5M.
  • colloids formed by aggregation of 3 to 4 elementary crystallites are visualized: the aggregate is anisotropic in shape, with an average length of about 50 nm and an equivalent diameter of about 10 nm.
  • the dispersion is then washed by ultrafiltration on a 3 kD membrane with four times its volume of demineralized water, a colloidal dispersion which is stable over time is obtained.
  • the pH is adjusted to 7 with concentrated ammonia.
  • a solution B is prepared by adding 3.43 ml of a 0.96 M phosphoric acid solution, ie 3.3 millimoles, and the mixture is made up with demineralized water qs 25 cm 3 . The pH is adjusted to 7 with concentrated ammonia.
  • Solution B is added to solution A instantaneously and at room temperature.
  • the mixture is transferred to a closed enclosure and the mixture is brought to an oven previously brought to a temperature of 80 ° C.
  • the duration of temperature ripening is 16 hours.
  • a colloidal dispersion is obtained, the calcium concentration of which is 0.2M.
  • a solution B is prepared by adding 3.3 ml of a 1 M phosphoric acid solution, ie 3.3 millimoles, and the mixture is made up with demineralized water qs 25 cm 3 . The pH is adjusted to 7 with concentrated ammonia.
  • Solution B is added to solution A instantaneously and at room temperature.
  • the mixture is transferred to a closed enclosure and the mixture is brought to an oven previously brought to a temperature of 80 ° C.
  • the duration of temperature ripening is 16 hours.
  • a colloidal dispersion is obtained, the calcium concentration of which is 0.2M.
  • the mineral Ca / (PO 4 ) atomic ratio is 1.66.
  • the pellet consists essentially of an apatite.

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Abstract

La présente invention concerne une dispersion colloïdale aqueuse stable de colloïdes à structure apatitique, présentant un pH compris entre 5 et 10,5, comprenant un agent de stabilisation bifonctionnalisé présentant une première fonction amine ou ammonium et une deuxième fonction capable de complexer le calcium, et formée de colloïdes de forme oblongue d'une longueur moyenne (en nombre) comprise entre 5 et 100 nm et d'un rapport d'aspect équivalent (rapport de la longueur moyenne (en nombre) au diamètre équivalent) compris entre 2 et 300, lesdits colloïdes à structure apatitique ayant pour formule: Ca10-x (HPO4)x (PO4)6-x (J)2-x, dans laquelle x et J sont tels que définis à la revendication 1.

Description

Dispersion colloïdale aqueuse stable, son procédé de préparation
La présente invention a trait à des dispersions colloïdales aqueuses stables de colloïdes à structure apatitique dans laquelle les colloïdes, de forme oblongue, présentent des dimensions nanométriques.
Ces colloïdes sous forme plus ou moins agrégée, forment des objets de forme oblongue d'une longueur (ou plus grande dimension) moyenne (en nombre) comprise entre 5 et 100 nm et d'un rapport d'aspect équivalent compris entre 2 et 300.
Par dispersion colloïdale aqueuse, on entend généralement un système constitué d'une phase aqueuse continue dans laquelle sont dispersées de fines particules solides de dimension colloïdale, lesdites fines particules définissant des colloïdes à la surface desquels peuvent être liés ou adsorbés des molécules d'un agent stabilisant ou diverses espèces ioniques présentes dans la phase aqueuse continue.
Par colloïdes à structure apatitique, on entend selon l'invention des colloïdes de formule générale :
Caι0-x (HP04)x (PO4)6-x (J)2-x (I) dans laquelle : x est choisi parmi 0, 1 ou 2 ;
J est choisi parmi OH", F", CO3 2' et/ou CI" et dans laquelle certains ions phosphate (PO4 3~) ou hydrogenophosphate (HPO4 2") peuvent être remplacés par des ions carbonate (CO32') ; et dans laquelle certains cations Ca2+ peuvent être remplacés par des cations métalliques Mn+ de métaux alcalins, alcalino-terreux ou de lanthanide où n représente 1 , 2 ou 3, étant entendu que le rapport molaire du cation Mn+ à Ca2+, lorsque Mn+ est présent, varie entre 0,01 :0,99 et 0,25:0,75, et que la substitution d'ions HPO4 2" ou d'ions PO4 3" par des ions CO3 2", l'incorporation d'ions C03 2' en tant que J et la substitution de cations Ca2+ par des cations métalliques est réalisée de manière à satisfaire l'équilibre électronique, en particulier avec création de lacunes. L'expression colloïdes à structure apatitique englobe également les colloïdes obtenus par hydrolyse des colloïdes de formule I ci-dessus.
Dans le cas du phosphate octocalcique, on obtient après hydrolyse un colloïde de formule Ca8(HPO4)2,5 (PO4)3|5 OH0,5.
De façon particulièrement préférée, lorsque Ca2+ est remplacé par un cation de métal alcalin, celui-ci est Na+. Lorsque Ca2+ est remplacé par un cation de métal alcalino-terreux, celui-ci est Sr2+.
Lorsque Ca2+ est remplacé par un cation de lanthanide, celui-ci est préférablement Eu3\ Eu2+, Dy3+ ou Tb3+.
Plus généralement, on entend par lanthanide les éléments du groupe constitué par l'yttrium et par les éléments de la classification périodique de numéro atomique compris de façon inclusive entre 57 et 71.
La classification périodique des éléments à laquelle il est fait référence dans la présente description est celle publiée dans le supplément au bulletin de la Société Chimique de France n° 1 (janvier 1966).
Lorsque x = 0, les colloïdes sont des colloïdes d'hydroxyapatite. Lorsque x = 1 , les colloïdes sont des colloïdes de phosphate tricalcique apatitique et lorsque x = 2, les colloïdes sont des colloïdes de phosphate octocalcique.
Dans la formule ci-dessus, on préfère qu'aucun cation Ca2+ ne soit remplacé par un cation métallique Mn+. Toutefois, lorsque certains cations Ca2+ sont effectivement remplacés par des cations métalliques Mn+, alors on préfère que le rapport molaire Mn+/Ca2+ varie entre 0,02:0,98 et 0,15:0,85.
Les colloïdes à structure apatitique sont généralement obtenus par mise en contact, en solution aqueuse, d'une source de Ca2+ et d'une source de PO4 3" dans une plage de pH appropriée.
Conventionnellement, on obtient des colloïdes à structure apatitique dont il est difficile de contrôler et limiter la croissance.
Les cinétiques de formation des particules sont souvent très élevées, de telle sorte qu'il est difficile d'arrêter la polycondensation minérale au stade de particules nanométriques. On obtient donc généralement in fine des particules de taille trop importante présentant une forte tendance à la décantation.
L'invention fournit, selon un premier de ses aspects, un procédé permettant de contrôler la croissance des colloïdes à structure apatitique et conduisant à des dispersions colloïdales stables constituées de colloïdes de dimensions nanométriques.
Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne des dispersions colloïdales stables, aqueuses, de colloïdes à structure apatitique, formées de colloïdes relativement fins, de forme oblongue, d'une longueur moyenne (en nombre) comprise entre 5 et 100nm et d'un rapport d'aspect équivalent (rapport de la longueur moyenne (en nombre) au diamètre équivalent) compris entre 2 et 300. Ces dispersions sont généralement transparentes du fait des faibles dimensions des colloïdes les constituant.
Plus précisément, l'invention a trait à une dispersion colloïdale aqueuse stable de colloïdes à structure apatitique, présentant un pH compris entre 5 et 10,5, comprenant un agent de stabilisation bifonctionnalisé présentant une première fonction aminé ou ammonium et une deuxième fonction capable de complexer le calcium, et formée de colloïdes de forme oblongue d'une longueur moyenne (en nombre) comprise entre 5 et 100 nm et d'un rapport d'aspect équivalent (rapport de la longueur moyenne (en nombre) au diamètre équivalent) compris entre 2 et 300, lesdits colloïdes à structure apatitique ayant pour formule
Ca10-X (HPO4)x (PO4)6-x (J)2-x (I) dans laquelle : x est choisi parmi 0, 1 ou 2 ;
J est choisi parmi OH", F", CO3 2' ou CI" ; et dans laquelle certains ions phosphate (PO 3") ou hydrogenophosphate (HPO 2 ) peuvent être remplacés par des ions carbonate (CO3 2") ; et dans laquelle certains Ca2+ peuvent être remplacés par des cations métalliques Mπ+ de métaux alcalins, alcalino-terreux ou de lanthanide où n représente 1 , 2 ou 3, étant entendu que le rapport molaire du cation Mn+, lorsqu'il est présent, à Ca2+, varie entre 0,01 :0,99 et 0,25:0,75, et que la substitution d'ions HPO4 2" ou d'ions PO 3" par des ions CO3 2', l'incorporation d'ions CO3 2" en tant que J et la substitution de cations Ca2+ par des cations métalliques est réalisée de manière à satisfaire l'équilibre électronique. Dans le cadre de l'invention, on entend par colloïdes de forme oblongue des colloïdes de forme parallélépipédique (par exemple en forme de bâtonnet) ou de forme aciculaire.
Dans le cas des colloïdes de forme parallélépipédique, le diamètre équivalent est le diamètre qu'aurait le colloïde de forme aciculaire correspondant de même volume moyen et de même longueur moyenne.
Le diamètre équivalent attribué à la section droite du colloïde aciculaire correspond au diamètre d'une section droite moyenne.
Les colloïdes de forme oblongue sont formés de colloïdes à structure apatitique, plus ou moins agrégés. Suivant les conditions opératoires mises en oeuvre lors de la préparation desdites dispersions colloïdales, les dimensions des colloïdes varient. En cas de faible agrégation des colloïdes, les colloïdes de forme oblongue présentent une longueur moyenne (en nombre) comprise entre 5 et 100 nm et un diamètre équivalent compris entre 0,5 et 5 nm.
En cas d'agrégation plus importante, les colloïdes de forme oblongue présentent une longueur moyenne (en nombre) comprise entre 5 et 100 nm et un diamètre équivalent compris entre 5 et 30 nm.
Les colloïdes à structures apatitiques synthétisés sont de préférence des colloïdes de formule (I) dans laquelle x = 0, mieux encore des colloïdes de formule : Ca10 (PO4)6 (OH)2.
Plus précisément, on préfère que dans la formule (I), J représente OH" ou/et F". Il n'est pas nécessaire que tous les ions OH" soient remplacés par des ions F' mais seule une partie des ions OH" peut être remplacée par des ions F".
De même, lorsque J est choisi parmi OH", F", C03 2" et CI", il n'est pas nécessaire que tous les J soient identiques entre eux.
La stabilisation de la dispersion colloïdale est obtenue par action d'un agent stabilisant présentant une double fonctionnalité. L'agent stabilisant contribue non seulement à assurer la stabilisation de la dispersion mais également à contrôler la croissance des colloïdes à structure apatitique lors de la préparation de la dispersion aqueuse. Pour assurer cette double fonction, l'agent stabilisant présente une fonction aminé ou ammonium et une fonction capable de complexer le cation Ca2+. De façon avantageuse, ces deux fonctions sont greffées sur une partie lipophile, tel qu'une chaîne alkylène, de préférence en C2- C18, mieux encore en C2-C12, linéaire ou ramifiée.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la fonction capable de complexer Ca2+ est une fonction acide phosphorique (-O-P(O)(OH)2) éventuellement ionisée, une fonction acide phosphonique (-P(0)(OH)2 ou -P(O)(OH)-O-) éventuellement ionisée ou une fonction acide phosphinique (HO-P(O)<) éventuellement ionisée.
De manière préférée, l'agent stabilisant a pour formule :
dans laquelle :
- p représente 1 ou 2 ;
- m représente 1 lorsque p représente 2 et m représente 2 lorsque p représente
1 ;
- X représente -O- ou une liaison ;
- K représente un groupe alkylène linéaire ou ramifié en C2-C10, éventuellement substitué ;
- Ri et R2 représentent indépendamment un atome d'hydrogène ; ou un groupe hydrocarboné aliphatique et/ou carbocyclique éventuellement aromatique, éventuellement substitué ; ou bien l'agent stabilisant est une forme ionisée d'un composé de formule (II).
Comme exemple d'acide minéral, on peut citer les acides nitrique, phosphorique, phosphinique, phosphonique, chlorhydrique, sulfonique et sulfurique.
Comme exemple de base minérale, on peut citer les bases de type hydroxyde de métal alcalin ou alcalino-terreux et hydroxyde d'ammonium.
Par alkylène on entend une chaîne hydrocarbonée aliphatique, linéaire ou ramifiée. De préférence K est un groupe alkylène en C2-C5, mieux encore en C2-C3.
Les substituants du groupe alkylène représentant K et du groupe hydrocarboné représentant R-i, R2 et/ou R3 sont notamment des atomes d'halogène tels que chlore, brome, fluor, iode et plus particulièrement le chlore.
Par groupe hydrocarboné, on entend un groupe comprenant de 1 à 18 atomes de carbone, de préférence 1 à 12.
Le groupe hydrocarboné peut contenir une partie aliphatique et/ou une partie carbocyclique éventuellement aromatique.
Par radical hydrocarboné aliphatique, on entend un groupe linéaire ou ramifié, saturé, de préférence comprenant de 1 à 18 atomes de carbone, éventuellement substitué.
Avantageusement, ledit groupe hydrocarboné aliphatique comprend de 1 à 12 atomes de carbone, mieux encore de 1 à 6 atomes de carbone.
Des exemples en sont les radicaux alkyle tels que les radicaux méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, butyle, isobutyle, t-butyle, pentyle, isopentyle, néopentyle, 2-méthylbutyle, 1-éthylpropyle, hexyle, isohexyle, néohexyle, 1- méthylpentyle, 3-méthylpentyle, 1 ,1-diméthylbutyle, 1 ,3-diméthylbutyle, 2- éthylbutyle, 1-méthyl-1-éthylpropyle, heptyle, 1-méthylhexyle, 1-propylbutyle, 4,4- diméthylpentyle, octyle, 1-méthylheptyle, 2-éthylhexyle, 5,5-diméthylhexyle, nonyle, décyle, 1-méthylnonyle, 3,7-diméthyloctyle et 7,7-diméthyloctyle.
Plus particulièrement, alkyle représente méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, butyle, t-butyle, pentyle, isopentyle, néopentyle, 2-méthylbutyle, 1- éthylpropyle, hexyle, isohexyle, néohexyle, 1-méthylpentyle, 3-méthylpentyle, 1 ,1-diméthylbutyle, 1 ,3-diméthylbutyle, 2-éthylbutyle et 1-méthyl-1-éthylpropyle.
De préférence, le radical alkyle comprend de 1 à 4 atomes de carbone et notamment éthyle.
Par radical carbocyclique, on entend selon l'invention un radical monocyclique ou polycyclique éventuellement substitué, de préférence en C3-C5o. De préférence, il s'agit d'un radical en C3-Cιβ de préférence mono-, bi- ou tricyclique.
Le radical carbocyclique peut comprendre une partie saturée et/ou une partie aromatique. Lorsque le radical carbocyclique comprend plus d'un noyau cyclique (cas des carbocycles polycydiques), les noyaux cycliques peuvent être condensés deux à deux ou rattachés deux à deux par des liaisons σ.
Des exemples de radicaux carbocycliques saturés sont les groupes cycloalkyle.
De manière préférée, les groupes cycloalkyle sont des radicaux hydrocarbonés saturés cycliques de préférences en C3-Cιβ, mieux encore en C3- C10, et notamment les radicaux cyclopentyle, cyclohexyle, cycloheptyle, cyclooctyle, adamantyle ou norbomyle.
Des exemples de radicaux carbocycliques aromatiques sont les groupes (C6-Cιβ)aryle et notamment phényle, naphtyle, anthryle et phénanthryle.
Lorsque le groupe hydrocarboné comprend à la fois une partie aromatique et une partie aliphatique, la partie aromatique et la partie aliphatique sont telles que définies ci-dessus.
Des exemples de tels groupes sont notamment les groupes arylalkyle et par exemple (C6-Cι0)aryl-(CrCιo)alkyle et les groupes alkylaryle et par exemple (C Cιo)alkyl-(Cβ-Cιo)aryle.
Un sous-groupe préféré des agents stabilisants de formule (II) est constitué des agents de formule (II) dans laquelle p représente 2, m représente 1 et X représente un atome d'oxygène.
Un agent de stabilisation particulièrement préféré est l'O- phosporyléthanolamine de formule :
(OH)2 P(O)-CH2-CH2-NH2.
L'agent de stabilisation est généralement soit présent sous forme libre dans le milieu continu de la dispersion colloïdale, soit adsorbé ou lié à la surface des colloïdes, soit en interaction avec des ions Ca2+ présents dans la phase continue.
L'agent de stabilisation peut être constitué d'un ou plusieurs composés de formule (I).
La phase colloïdale est majoritairement à structure apatitique telle que définie ci-dessus. Avantageusement, la structure apatitique représentent plus de 50% en poids de la phase colloïdale, préférablement plus de 75% en poids, mieux encore plus de 80%, par exemple plus de 85% en poids. La phase colloïdale peut comprendre en outre d'autres structures phosphates de calcium, tels que Ca(H2PO )2; CaHPO ; CaHPO , 2H20 ou autre phase amorphe à base de calcium et de PO4 3", HPO 2" ou H2PO " et OH".
Le rapport molaire Ca/P dans la phase colloïdale varie généralement entre 1 ,2 et 1 ,7, mieux encore entre 1 ,4 et 1 ,67.
En outre, on préfère que le rapport molaire de l'agent stabilisant au calcium dans la phase colloïdale varie entre 0,05 et 2.
La concentration en calcium de la dispersion est facilement ajustable, selon l'invention, par élimination d'une partie de la phase aqueuse continue.
L'élimination d'une partie de la phase aqueuse peut être réalisée par ultrafiltration.
De manière préférée cependant, la dispersion colloïdale de l'invention présente une concentration supérieure à 0,25 M en calcium sous forme de colloïdes à structure apatitique, de préférence supérieure à 0,5M, avantageusement supérieure à 1 M, cette concentration pouvant atteindre 5M.
De manière particulièrement préférée, la phase colloïdale contient de 60 à 100% du calcium total, par exemple de 80 à 100%, préférablement de 90 à 100%, mieux encore de 95 à 100%.
La fraction restante de cations calcium se trouve en solution dans le milieu continu de la dispersion.
De façon avantageuse, la phase colloïdale contient de 60 à 100% du phosphore total, plus préférablement de 80 à 100% du phosphore total (ions PO4 3", HPO 2" et H2PO " totaux), avantageusement de 90 à 100%, mieux encore de 95 à 100% en poids, la fraction restante se trouvant en solution dans le milieu continu de la dispersion.
Par phosphore minéral, on entend le phosphore contenu dans les espèces H3PO , H2P0 " et HP04 2", le phosphore contenu dans l'agent stabilisant de formule (II) n'étant pas considéré comme du phosphore minéral.
Selon un mode préféré de l'invention, le pH de la dispersion colloïdale de l'invention varie entre 6 et 9,5.
Selon un mode préféré de l'invention, la dispersion colloïdale est transparente à l'œil nu. Les dispersions colloïdales transparentes à l'œil nu sont formées de colloïdes peu agrégés, bien individualisés. Pour ces dispersions transparentes, au moins 80% en nombre des colloïdes, de préférence au moins 90% et avantageusement au moins 95% en nombre, ne sont pas agrégés. Cet état d'agrégation peut être visualisé par Cryo-microscopie électronique à transmission, suivant la méthode Dubochet. Cette méthode permet d'observer par microscopie électronique à transmission (MET) des échantillons maintenus congelés dans leur milieu naturel qui est soit de l'eau, soit des diluants organiques. La congélation s'effectue sur des films minces d'environ 50 à 100 nm d'épaisseur soit dans l'éthane liquide pour les échantillons aqueux, soit dans l'azote liquide pour les autres. Par Cryo MET, l'état de dispersion des particules est bien préservé et représentatif de celui présent dans le milieu réel.
Par colloïdes faiblement agrégés, on entend un pourcentage en nombre d'objets parfaitement individualisés supérieur à 80%, de préférence supérieur à 90%, avantageusement supérieur à 95%.
Pour ces dispersions transparentes, la longueur des colloïdes varie entre 5 et 50 nm.
Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne une dispersion colloïdale aqueuse transparente formée de colloïdes de forme oblongue d'une longueur moyenne (en nombre) de 5 à 50 nm, dans laquelle au moins 80% des colloïdes ne sont pas agrégés, le rapport molaire de l'agent stabilisant au calcium total présent dans les colloïdes ou en surface des colloïdes est compris entre 0,05 et 2 et le rapport du calcium total au phosphore total dans les colloïdes est compris entre 1 ,2 et 1 ,7, le pH de la dispersion colloïdale étant supérieur à 7.
Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un procédé de préparation d'une dispersion colloïdale aqueuse stable, comprenant les étapes consistant à : a) mettre en contact, en solution aqueuse, une source de cations Ca2+, une source d'anions PO 3" et un agent de stabilisation bifonctionnalisé présentant une première fonction aminé ou ammonium et une deuxième fonction capable de complexer le calcium, à un pH compris entre 5 et 11 , les quantités respectives de la source de Ca2+ et de la source d'anions PO4 3" étant telles que le rapport molaire Ca2+/P varie entre 1 et 5, de préférence entre 2 et 4, la quantité d'agent stabilisant étant telle que le rapport molaire agent stabilisant/Ca varie entre 0,1 et 3, de préférence entre 0,2 et 2,5 ; b) laisser mûrir la solution ainsi obtenue à une température comprise entre 20 et 95° C jusqu'à obtention d'une dispersion colloïdale.
Par source de cations Ca2+, on entend un composé capable de libérer des ions Ca2+ en solution aqueuse.
Par source d'anions PO4 3", on entend un composé capable de libérer des ions PO 3" en solution aqueuse.
Des exemples de source de cations Ca2+ sont l'hydroxyde de calcium, les oxydes de calcium, les sels de calcium.
Des exemples de sels de calcium sont les sels ayant pour anion PFβ", PCI6 ", BF4 ", BCI4 ", SbF6 ", BPh4 ", CIO4 ", CF3SO3 " et plus généralement les carboxylates dérivés d'acides alkylcarboxyliques en C2-C10. D'autres sels sont les halogénures de calcium, le carbonate de calcium, l'hydrogénocarbonate de calcium et le nitrate de calcium.
De manière particulièrement préférée, la source de cations Ca2+ est choisie parmi l'hydroxyde de calcium, le chlorure de calcium, le fluorure de calcium, le nitrate de calcium, le carbonate de calcium et l'hydrogénocarbonate de calcium.
A titre d'exemple, la source d'anions PO4 3" est le sel d'un anion PO 3", le sel d'un anion HPO4 2" ou le sel d'un anion H2P0 " tel qu'un sel d'ammonium, un sel de métal alcalin ou un sel de métal alcalino-terreux.
La mise en présence de ces deux sources doit avoir lieu dans des conditions de pH bien déterminées pour conduire à la formation des colloïdes à structure apatitique recherchée : de façon générale, un pH compris entre 5 et 11 , préférablement entre 5 et 10,5, mieux encore entre 6 et 9,5, convient bien.
Après mise en présence des deux sources en milieu aqueux, il peut donc s'avérer nécessaire d'ajuster le pH du milieu aqueux par addition à ce milieu d'un acide ou d'une base, de préférence un acide ou une base minérale.
Les base et acide utilisables sont ceux généralement utilisés dans la technique.
Comme bases utilisables, on peut citer NH OH, KOH, NaOH, NaHCO3, Na2CO3, KHC03 et K2CO3. De manière préférée, on utilisera NH4OH ou NaOH.
Des exemples d'acides utilisables sont notamment HCI, H2SO4, H3PO4 ou HNO3.
La mise en contact des sources eu milieu aqueux peut être réalisée de façon quelconque.
De façon préférée, il est recommandé de préparer dans un premier temps une solution aqueuse de la source de Ca2+ d'une part et une solution aqueuse de la source de PO 3" d'autre part. Les proportions relatives des composés utilisés respectivement comme source de Ca2+ et de PO 3' sont calculées de façon à ce que le rapport molaire Ca/P soit compris entre 1 et 5, de préférence entre 2 et 4.
Le rapport molaire Ca/P tient compte de la totalité des cations Ca2+ introduits et de la totalité du phosphore introduit dans la solution, que le phosphore soit sous forme H3PO4, H2PO4 3", HPO4 2" ou P04 3".
Puis l'agent stabilisant est ajouté soit à la solution aqueuse de Ca2+, soit à la solution aqueuse de PO 3", soit aux deux solutions aqueuses, auquel cas la proportion respective d'agent stabilisant ajouté à chaque solution est quelconque.
La quantité d'agent stabilisant à ajouter au total est définie de façon à ce que le rapport molaire agent stabilisant/Ca varie entre 0,1 et 3, de préférence entre 0,2 et 2,5, par exemple entre 0,2 et 1 ,5.
L'agent stabilisant est de préférence tel que défini ci-dessus. Il s'agit de préférence d'un composé de formule (II). Plus préférablement encore, d'un composé de formule (II) dans laquelle p représente 2, m représente 1 et X représente un atome d'oxygène.
De manière encore plus avantageuse, l'agent de stabilisation est l'O- phosphoryléthanolamine de formule :
(OH)2 P(O)-CH2-CH2-NH2.
Après addition de l'agent stabilisant, on procède au mélange des deux solutions aqueuses, ce mélange étant mis en oeuvre de façon conventionnelle sous agitation.
De façon préférée, on procède à un ajustement préalable de pH des deux dispersions avant mélange. Ce pH est ajusté entre 5 et 11.
De préférence, on verse la solution aqueuse de la source de PO 3" dans la solution aqueuse de la source de Ca2+ contenant l'agent stabilisant. Après mélange, il peut s'avérer nécessaire de réajuster les conditions de pH de la solution dans les conditions décrites ci-dessus.
En vue de préparer des colloïdes dans lesquels certains des cations calcium sont remplacés par des cations métalliques, il est nécessaire d'ajouter au milieu réactionnel une ou plusieurs sources desdits cations métalliques. Des sources appropriées sont constituées par les hydroxydes de ces métaux ou des sels de ces métaux, tels que les halogénures ou des nitrates.
Dans le cas où le cation métallique est le cation d'un lanthanide, il est préférable d'ajouter un sel dudit lanthanide à la solution réactionnelle, tel qu'un chlorure ou un nitrate. On ajoutera par exemple ce sel à la solution de la source de calcium avant son mélange à la source de PO 3".
La mise en contact de la source de Ca2+ et de la source de PO 3" a généralement lieu à température ambiante, par exemple entre 15 et 30° C.
L'étape b) du procédé de l'invention est une étape de mûrissement pendant laquelle on laisse le mélange des deux solutions au repos ou sous agitation, le temps nécessaire pour observer la formation de colloïdes.
Cette étape de mûrissement peut être conduite à température ambiante (15-30° C) ou à une température supérieure, à savoir jusqu'à 95° C. Ainsi, de façon générale, la température est fixée à cette étape entre 15 et 95° C, mieux encore entre 20 et 95° C, par exemple entre 50 et 90° C.
L'étape de mûrissement est préférablement mise en œuvre dans une enceinte fermée.
La dispersion, conditionnée en enceinte fermée, peut être mise directement dans une étuve préalablement amenée à la température de consigne ou subir une rampe de température jusqu'à la température de consigne, la vitesse de montée en température variant préférablement entre 0,1° C/min et 10° C/min.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le mûrissement est réalisé à diverses températures.
De manière préférée, une première phase du mûrissement est mise en œuvre entre 20 et 95° C à une première température, et une deuxième phase de mûrissement est mise en œuvre à une seconde température, ladite seconde température étant également comprise entre 20 et 95° C. De manière avantageuse, ladite seconde température est supérieure à ladite première température.
Le temps de mûrissement varie en fonction des conditions opératoires et plus particulièrement de la température. Habituellement, le temps de mûrissement varie entre 0,5 et 24 heures, préférablement entre 2 et 16 heures.
La phase continue de la dispersion colloïdale peut contenir différentes espèces telles que NH \ Na+, K\ CI", N03 " et S0 2". Ces ions proviennent soit des sources de calcium et de PO4 3', soit des acides et des bases minérales utilisés pour les ajustements de pH.
La phase continue de la dispersion colloïdale peut également contenir des agents de stabilisation sous forme neutre ou sous forme ionisée, non en interaction avec la surface des colloïdes, c'est-à-dire totalement libre.
Il est difficile d'éviter la présence d'espèces calciques ou phosphorées diverses ainsi que la présence de l'agent de stabilisation de formule (II) au sein de la phase continue aqueuse ou au côté des colloïdes à structure apatitique, de telle sorte qu'il peut être nécessaire de procéder à un lavage de la dispersion.
Ce lavage peut être mis en oeuvre de façon conventionnelle en soi, par ultrafiltration.
L'ultrafiltration peut être effectuée notamment sous air ou sous atmosphère d'air et d'azote ou encore sous azote. Elle se déroule de préférence avec une eau dont le pH est ajusté au pH de la dispersion.
Suivant les cas, on peut alors également procéder à une concentration de la dispersion par élimination d'une partie de la phase continue. La technique la plus appropriée pour ce faire est la technique d'ultrafiltration.
Le cas échéant, il est possible d'effectuer un post-ajustement du pH après le lavage et la concentration par ultrafiltration.
Ce pH final peut être compris avantageusement entre 6 et 8,5.
De façon à préparer des dispersions colloïdales transparentes, il est préférable d'ajuster l'une ou plusieurs des conditions opératoires de la façon suivante : a - rapport molaire de l'agent stabilisant au calcium supérieur à 0,6 à l'étape a) ; b - rapport molaire du calcium au phosphore total supérieur à 2, mieux encore supérieur à 3 à l'étape a) ; c - pH supérieur à 7, mieux encore 8,5 à l'étape a) ; d - température de mûrissement à l'étape b) supérieure à 40° C, mieux encore supérieure à 60° C ; e - temps de mûrissement à l'étape b) supérieur à 4 heures, mieux encore supérieur à 8 heures.
De manière préférée, l'ensemble des caractéristiques a) à e) seront remplies.
La taille des colloïdes peut être déterminée par comptage photométrique à partir d'une analyse par METHR (Microscopie Electronique par Transmission à Haute Résolution). La structure des colloïdes et notamment leur degré plus ou moins important d'agrégation peut être déterminé par cryo-microscopie électronique à transmission en suivant la méthode Dubochet.
La longueur moyenne (en nombre) des colloïdes de forme oblongue varie entre 5 et 100 nm et leur rapport d'aspect équivalent (rapport de la longueur moyenne (en nombre) au diamètre équivalent) varie entre 2 et 300.
Les dimensions des colloïdes présentant un faible degré d'agrégation varient généralement dans les proportions suivantes :
- la longueur moyenne (en nombre) varie entre 5 et 100 nm, de préférence entre 5 et 80 nm ;
- le diamètre équivalent varie entre 0,5 et 5 nm.
Les dimensions des colloïdes présentant un degré supérieur d'agrégation varient dans les proportions suivantes :
- la longueur moyenne (en nombre) varie entre 5 et 100 nm, de préférence entre 5 et 80 nm ;
- le diamètre équivalent varie entre 5 et 30 nm.
Les dispersions colloïdales de l'invention sont utilisables dans de multiples applications, telles quelles, ou après isolement des colloïdes à structure apatitique, par exemple en vue de former des matériaux poreux.
L'isolement des colloïdes peut être réalisé de façon connue en soi : simple évaporation à température ambiante, évaporation sous vide, évaporation à température supérieure à 100° C ou par ultracentrifugation. Ainsi, selon un autre de ses aspects, l'invention concerne les colloïdes de structure apatitique redispersables dans l'eau pouvant être obtenus par mise en œuvre des étapes consistant à : a) préparer une dispersion colloïdale par mise en œuvre du procédé décrit ci-dessus ; b) isoler les colloïdes de la dispersion colloïdale résultant de l'étape a), d'une façon connue en soi, et de préférence par centrifugation.
Les dispersions colloïdales de l'invention peuvent également être utilisées après préparation d'une émulsion par addition d'une phase huileuse.
Des exemples d'application des dispersions colloïdales ou des matériaux poreux résultants sont la séparation et la purification des protéines, l'utilisation dans des prothèses et l'utilisation dans des systèmes de libération prolongée.
Dans le domaine pharmaceutique, les colloïdes d'hydroxyapatite obtenus sont utilisables dans le traitement de l'ostéoporose, des crampes, des colites, des fractures osseuses, de l'insomnie, ainsi qu'en hygiène dentaire.
Les colloïdes d'hydroxyapatite peuvent être utilisés dans la préparation de films d'hydroxyapatite, de matériaux absorbants à haute surface spécifique et à haut volume poreux, de matériaux d'encapsulation et de matériaux catalytiques, mais également dans le domaine de la luminescence.
Les colloïdes des dispersions aqueuses de l'invention peuvent être isolés simplement par ultracentrifugation. Ces colloïdes peuvent présenter, liés ou adsorbés, à leur surface, une certaine quantité d'agent stabilisant. La quantité d'agent stabilisant présente peut être déterminée par dosage chimique. Le rapport molaire de l'agent stabilisant au calcium du colloïde varie généralement entre 0,05 et 2, de préférence entre 0,1 et 1.
L'invention est plus précisément décrite ci-dessous en référence à des modes de réalisation particuliers.
Chacun des exemples ci-dessous illustre la préparation de dispersions aqueuses colloïdales de colloïdes d'hydroxyapatite.
Dans la suite, M désigne la masse moléculaire. EXEMPLE 1
On prépare une solution A en additionnant dans un bêcher 3,2 g de Ca(N03)2 (M = 164,1 g/mole), soit 19,5 millimoles dans 12 cm3 et 2,8 g de O- phosphoryl-éthanolamine (M = 141 g) soit 19,8 millimoles dans 10 cm3 et on complète par de l'eau déminéralisée qsp 25 cm3 et on met sous agitation à température ambiante. On ajuste le pH à 9 par de l'ammoniaque concentrée.
On prépare une solution B par addition de 6,8 ml d'une solution d'acide phosphorique à 0,96M, soit 6,5 millimoles et on complète par de l'eau déminéralisée qsp 25 cm3. On ajuste le pH à 9 par de l'ammoniaque concentrée.
On additionne la solution B à la solution A de manière instantanée et à température ambiante. On laisse 15 min sous agitation à température ambiante.
On transfère le mélange dans une enceinte fermée et on porte le mélange dans une étuve préalablement mise en température de 80° C. La durée du mûrissement en température est de 16 heures.
On obtient une dispersion colloïdale transparente dont la concentration en calcium est de 0,4M.
Par microscopie électronique à transmission par la méthode Cryo MET, on visualise des colloïdes anisotropes de longueur moyenne d'environ 15 nm et d'un diamètre équivalent inférieur à 2 nm, bien individualisés.
EXEMPLE 2
On prépare une solution A en additionnant dans un bêcher 1 ,63 g de Ca(NO3)2 ( M = 164 ,1 g/mole) , soit 10 millimoles dans 12 cm3 et 0,42 g de O- Phosphoryl-éthanol-amine (M = 141 g) soit 3 millimoles dans 10 cm3 et on complète par de l'eau déminéralisée qsp 25 cm3 et on met sous agitation à température ambiante. On ajuste le pH à 9 par de l'ammoniaque concentrée.
On prépare une solution B par addition de 3,43 ml d'une solution d'acide phosphorique à 0,96 M, soit 3,3 millimoles et on complète par de l'eau déminéralisée qsp 25 cm3 . On ajuste le pH à 9 par de l'ammoniaque concentrée.
On additionne la solution B dans la solution A de manière instantanée et à température ambiante. On laisse 15 min sous agitation à température ambiante. Le rapport molaire R ≈ (Ca:PO4) = (3:1) et le rapport molaire S = ( PEA:Ca) = (0,3:1). On transfère le mélange dans une enceinte fermée et on porte le mélange dans une étuve préalablement mise en température de 80°C. La durée du mûrissement en température est de 16 heures.
On obtient une dispersion colloïdale dont la concentration en calcium est de O,2M.
On procède alors à un lavage de la dispersion par ultrafiltration sur membrane 3 kD avec quatre fois son volume d'eau déminéralisée. On obtient une solution colloïdale stable au cours du temps.
EXEMPLE 3
On prépare une solution A en additionnant dans un bêcher 20,35 g de Ca(NO3)2 ( M = 164 ,1 g/mole) , soit 125 millimoles dans 60 cm3 et 10,5 g de O- Phosphoryl-ethanol-amine ( M = 141 g) soit 74,5 millimoles dans 50 cm3 et on complète par de l'eau déminéralisée qsp 125 cm3 et on met sous agitation à température ambiante. On ajuste le pH à 9 par de l'ammoniaque concentrée.
On prépare une solution B par addition de 42,85 ml d'une solution d'acide phosphorique à 0,96 M, soit 41 millimoles et on complète par de l'eau déminéralisée qsp 125 cm3. On ajuste le pH à 9 par de l'ammoniaque concentrée.
On additionne la solution B dans la solution A de manière instantanée et à température ambiante.
Le volume d'ammoniaque concentré total utilisé est de 22,5 cm3. On laisse 15 min sous agitation à température ambiante. Le rapport molaire R = (Ca:PO4) = (3:1 ) et le rapport molaire S = ( PEA:Ca) = (0,6:1 ).
On transfère le mélange dans une enceinte fermée et on porte le mélange dans une étuve préalablement mise en température de 80°C . La durée du mûrissement en température est de 16 heures.
On obtient une dispersion colloïdale bleutée dont la concentration en calcium est de 0,5M.
Par microscopie électronique à transmission, on visualise des colloïdes formés par agrégation de 3 à 4 cristallites élémentaires : l'agrégat est de forme anisotrope, de longueur moyenne d'environ 50 nm et d'un diamètre équivalent d'environ 10 nm. On procède alors à un lavage de la dispersion par ultrafiltration sur une membrane 3 kD avec quatre fois son volume d'eau déminéralisée, on obtient une dispersion colloïdale stable au cours du temps.
EXEMPLE 4
On prépare une solution A en additionnant dans un bêcher 1 ,63 g de Ca(NO3)2 ( M = 164 ,1 g/mole) , soit 10 millimoles dans 12 cm3 et 0,84 g de O- Phosphoryl-ethanol-amine (M = 141 g) soit 6 millimoles dans 10 cm3 et on complète par de l'eau déminéralisée qsp 25 cm3 et on met sous agitation à température ambiante. On ajuste le pH à 7 par de l'ammoniaque concentrée.
On prépare une solution B par addition de 3,43 ml d'une solution d'acide phosphorique à 0,96 M, soit 3,3 millimoles et on complète par de l'eau déminéralisée qsp 25 cm3. On ajuste le pH à 7 par de l'ammoniaque concentrée.
On additionne la solution B dans la solution A de manière instantanée et à température ambiante.
On laisse 15 min sous agitation à température ambiante. Le rapport molaire R = (Ca:PO4) = (3:1) et le rapport molaire S = ( PEA:Ca) = (0,6:1).
On transfère le mélange dans une enceinte fermée et on porte le mélange dans une étuve préalablement mise en température de 80°C. La durée du mûrissement en température est de 16 heures.
On obtient une dispersion colloïdale dont la concentration en calcium est de O,2M.
Par ultracentrifugation à 50 000 t/min pendant 6 heures, on récupère un culot que l'on sèche à température ambiante.
Par RMN 31 P sous rotation à l'angle magique en simple impulsion et en polarisation croisée, on observe un pic majoritaire correspondant à un déplacement chimique vers 3 ppm attribué à l'hydroxyapatite . Cette phase hydroxyapatite est majoritaire et correspond à plus de 80% du produit.
Par RMN du proton en simple impulsion , on ne met pas en évidence des protons appartenant à des chaînes organiques de l'agent complexant utilisé.
Par Cryo-MET, on visualise des agrégats de forme anisotrope, de longueur moyenne 25 nm et d'un diamètre équivalent d'environ 5 nm. EXEMPLE 5
On prépare une solution A en additionnant dans un bêcher 1 ,47 g de CaCI2 , 2H2O (M = 147 g/mole), soit 10 millimoles dans 12 cm3 et 1 ,41g de O- Phosphoryl-ethanol-amine (M = 141 g) soit 10 millimoles dans 10 cm3 et on complète par de l'eau déminéralisée qsp 25 cm3 et on met sous agitation à température ambiante. On ajuste le pH à 7 par de l'ammoniaque concentrée.
On prépare une solution B par addition de 3,3 ml d'une solution d'acide phosphorique à 1 M , soit 3,3 millimoles et on complète par de l'eau déminéralisée qsp 25 cm3 . On ajuste le pH à 7 par de l'ammoniaque concentrée.
On additionne la solution B dans la solution A de manière instantanée et à température ambiante.
On laisse 15 min sous agitation à température ambiante. Le rapport molaire R = (Ca:PO4) = (3:1) et le rapport molaire S = ( PEA:Ca) = (1 :1 )
On transfère le mélange dans une enceinte fermée et on porte le mélange dans une étuve préalablement mise en température de 80°C . La durée du mûrissement en température est de 16 heures.
On obtient une dispersion colloïdale dont la concentration en calcium est de 0,2M.
EXEMPLE 6
On prépare une solution contenant 282 mg de O-phosphoryl-éthanol- amine (PEA), soit 2 mmol, dans 20 ml d'eau déminéralisée. On ajoute sous agitation 2 mmol d'oxyde de calcium obtenu par calcination de 200 mg de CaCO3 à 950° C pendant 4 heures. La solution devient nacrée. Après 15 minutes sous agitation, 5 ml d'une solution contenant 2/3 mmol d'acide orthophosphorique sont ajoutés. Un précipité se forme immédiatement. Le pH est de 7,7. L'ensemble est porté à 80° C pendant 4 heures. Le précipité disparaît et il reste une solution légèrement opalescente. L'analyse par diffusion de la lumière (Zétasizer) révèle une dimension moyenne des colloïdes de l'ordre de 25 nm.
L'ultracentrifugation de cette solution conduit à un culot et un surnageant qui ont été examinés. Le culot après séchage apparaît par diffraction des rayons X constitué d'une apatite. La spectroscopie IR confirme la présence d'une hydroxyapatite, et en quantité beaucoup plus faible de O-phosphoryl-éthanol- aminé (PEA) (spectre IR). L'analyse chimique (dosages du calcium, du phosphore "minéral", du phosphore organique, du carbone et de l'azote) conduit aux résultats portés dans le tableau suivant :
Le rapport atomique Ca/(PO4) minéral est égal à 1 ,66. Le culot est essentiellement constitué d'une apatite.
Le surnageant a été étudié par RMN 31P, et le spectre comparé avec celui obtenu à partir d'un mélange de phosphate minéral et organique, sans Ca, dans les proportions de départ (PEA:PO4) = (3:1 ). Alors que le spectre du mélange montre nettement la présence de deux pics attribuables aux deux espèces phosphate, le spectre du surnageant ne présente plus qu'un seul pic correspondant au PEA. Il ne reste pratiquement plus de phosphate minéral dans le surnageant (spectres RMN 31P).
L'addition d'éthanol au surnageant entraîne la formation d'un précipité qui a été analysé (dosages du calcium, du phosphate "minéral", du phosphore organique, du carbone et de l'azote). Il conduit aux résultats portés dans le tableau suivant :
Le surnageant contient donc essentiellement du calcium et du PEA dans le rapport (Ca:PEA = 1 :2). Il est constitué de Ca(PEA)2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispersion colloïdale aqueuse stable de colloïdes à structure apatitique, présentant un pH compris entre 5 et 10,5, comprenant un agent de stabilisation bifonctionnalisé présentant une première fonction aminé ou ammonium et une deuxième fonction capable de complexer le calcium, et formée de colloïdes de forme oblongue d'une longueur moyenne (en nombre) comprise entre 5 et 100 nm et d'un rapport d'aspect équivalent (rapport de la longueur moyenne (en nombre) au diamètre équivalent) compris entre 2 et 300, lesdits colloïdes à structure apatitique ayant pour formule :
Ca10-X (HPO4)x (PO4)6-x (J)2.χ (I) dans laquelle : x est choisi parmi 0, 1 ou 2 ;
J est choisi parmi OH", F", CO3 2" ou CI' ; et dans laquelle certains ions phosphate (P04 3") ou hydrogenophosphate (HPO4 2) peuvent être remplacés par des ions carbonate (CO3 2 ) ; et dans laquelle certains Ca2+ peuvent être remplacés par des cations métalliques Mn+ de métaux alcalins, alcalino-terreux ou de lanthanide où n représente 1 , 2 ou 3, étant entendu que le rapport molaire du cation Mn+, lorsqu'il est présent, à Ca +, varie entre 0,01 :0,99 et 0,25:0,75, et que la substitution d'ions HPO4 2" ou d'ions P0 3" par des ions C03 2", l'incorporation d'ions C03 2" en tant que J et la substitution de cations Ca2+ par des cations métalliques est réalisée de manière à satisfaire l'équilibre électronique.
2. Dispersion colloïdale selon la revendication 1 , caractérisée en ce que x représente 0.
3. Dispersion colloïdale selon la revendication 1 , formée de colloïdes d'apatite de formule : Caι0(PO4)6 (OH)2.
4. Dispersion colloïdale selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'agent de stabilisation bifonctionnalisé a pour formule (II):
RiRzJm (H) dans laquelle - p représente 1 ou 2 ;
- m représente 1 lorsque p représente 2 et m représente 2 lorsque p représente
1 ;
- X représente -O- ou une liaison ;
- K représente un groupe alkylène linéaire ou ramifié en C2-C10, éventuellement substitué ;
- RT et R2 représentent indépendamment un atome d'hydrogène ; ou un groupe hydrocarboné aliphatique et/ou carbocyclique éventuellement aromatique, éventuellement substitué ; ou bien l'agent stabilisant est une forme ionisée d'un composé de formule II.
5. Dispersion colloïdale selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'agent de stabilisation est tel que dans la formule II, p représente 2, m représente 1 et X représente un atome d'oxygène.
6. Dispersion colloïdale selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'agent de stabilisation a pour formule :
7. Dispersion colloïdale selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, formée de colloïdes de forme oblongue d'une longueur moyenne comprise entre 5 et 100 nm et présentant un diamètre équivalent compris entre 0,5 et 5 nm.
8. Dispersion colloïdale selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, formée de colloïdes de forme oblongue d'une longueur moyenne comprise entre 5 et 100 nm et présentant un diamètre équivalent compris entre 5 et 30 nm.
9. Dispersion colloïdale selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant une concentration supérieure à 0,25 M en calcium sous forme de colloïdes à structure apatitique, de préférence supérieure à 0,5 M.
10. Dispersion colloïdale selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le rapport molaire de l'agent stabilisant au calcium dans la phase colloïdale varie entre 0,05 et 2.
11. Procédé de préparation d'une dispersion colloïdale aqueuse stable, comprenant les étapes consistant à : a) mettre en contact, en solution aqueuse, une source de cations Ca2+, une source d'anions P04 3" et un agent de stabilisation bifonctionnalisé présentant une première fonction aminé ou ammonium et une deuxième fonction capable de complexer le calcium, à un pH compris entre 5 et 11 , les quantités respectives de la source de Ca2+ et de la source d'anions PO4 3" étant telles que le rapport molaire Ca2+/P varie entre 1 et 5, de préférence entre 2 et 4, la quantité d'agent stabilisant étant telle que le rapport molaire agent stabilisant/Ca varie entre 0,1 et 3, de préférence entre 0,2 et 2,5 ; b) laisser mûrir la solution ainsi obtenue à une température comprise entre 20 et 95° C jusqu'à obtention d'une dispersion colloïdale.
12. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce que la température est maintenue entre 50 et 90° C à l'étape b).
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que la solution obtenue à l'issue de l'étape b) est concentrée par ultrafiltration.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que l'agent de stabilisation bifonctionnalisé est tel que défini à l'une quelconque des revendications 4 à 6.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu'à l'étape a) la mise en contact de la source de Ca2+ et de PO4 3" est réalisée par mélange d'une solution aqueuse d'une source de PO4 3" avec une solution aqueuse d'une source de Ca2+ contenant l'agent de stabilisation.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que l'agent de stabilisation a pour formule :
et en ce que le pH est ajusté entre 5 et 11 par addition d'une base minérale choisie parmi NH4OH, KOH, NaOH, NaHC03, Na2CO3, KHC03 et K2CO3) de préférence NH4OH.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que la source de calcium est choisie parmi l'hydroxyde de calcium, les oxydes de calcium, les halogénures de calcium, le carbonate de calcium et l'hydrogénocarbonate de calcium.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que la source de calcium est choisie parmi du nitrate de calcium, du chlorure de calcium, du fluorure de calcium, du carbonate de calcium, de l'hydrogénocarbonate de calcium, et de l'hydroxyde de calcium.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 18, caractérisé en ce que la source de PO4 3" est choisie parmi les sels des anions PO 3", H2PO " ou HPO4 2" tels que les sels de métaux alcalins, alcalino-terreux et les sels d'ammonium.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 19, caractérisé en ce que le pH est ajusté entre 6 et 9,5 à l'étape a).
21. Colloïdes de structure apatitique redispersables dans l'eau pouvant être obtenus par mise en œuvre des étapes consistant à : a) préparer une dispersion colloïdale par mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 20 ; b) isoler les colloïdes de la dispersion colloïdale résultant de l'étape a).
22. Procédé selon la revendication 11 pour la préparation d'une dispersion colloïdale transparente, caractérisé en ce l'une ou plusieurs des conditions suivantes sont remplies : a) le rapport molaire de l'agent stabilisant au calcium à l'étape a) est supérieur à 0,6 ; b) le rapport molaire du calcium au phosphore total est supérieur à 2, mieux encore supérieur à 3, à l'étape a) ; c) le pH est maintenu au-dessus de 7, mieux encore au-dessus de 8,5, à l'étape a) ; d) la température de mûrissement est supérieure à 40° C, mieux encore supérieure à 60° C à l'étape b) ; e) le temps de mûrissement est supérieur à 4 heures à l'étape b), mieux encore supérieur à 8 heures.
23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que les conditions a) à e) sont remplies.
24. Dispersion colloïdale transparente selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle peut être obtenue par mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 22 ou 23.
25. Dispersion colloïdale aqueuse transparente selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle est formée de colloïdes de forme oblongue d'une longueur moyenne (en nombre) de 5 à 50 nm, dans laquelle au moins 80% des colloïdes ne sont pas agrégés, le rapport molaire de l'agent stabilisant au calcium total présent dans les colloïdes ou en surface des colloïdes est compris entre 0,05 et 2 et le rapport du calcium total au phosphore total dans les colloïdes est compris entre 1 ,2 et 1 ,7, le pH de la dispersion colloïdale étant supérieur à 7.
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