ES2221954T3

ES2221954T3 - Metodo para la produccion de una suspension de hidroxiapatito.

Info

Publication number: ES2221954T3
Application number: ES97909541T
Authority: ES
Inventors: Vsevolod Nikolaevich Rudin; Viktor Evgenievich Bozhevolnov; Vladislav Petrovich Zuev; Vladimir Fedorovich Komarov; Igor Vitallevich Melikhov; Vladimir Vasillevich Minaev; Andrei Yurlevich Orlov
Original assignee: Aktsionernoe Obschestvo Zakrytogo Tipa "Ostim"
Current assignee: Aktsionernoe Obschestvo Zakrytogo Tipa "Ostim"
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 2005-01-16
Anticipated expiration: 2017-10-29
Also published as: US6254855B1; DE69728554T2; DE69728554D1; EP0938449B1; WO1998018719A1; EP0938449A1; RU2122520C1; AU4719997A

Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UNA COMPOSICION MEJORADA DE HIDROXILAPATITA (HAP) QUE ADOPTA LA FORMA DE UNA SUSPENSION O PASTA. LA MEJORA CONSISTE EN QUE LA COMPOSICION PUEDE TENER UNA CONCENTRACION HOMOGENEA EN EL MARGEN DEL 7 AL 96%. LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE TAMBIEN A UN PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCION DE COMPOSICIONES DE CONCENTRACION HOMOGENEA DE HAP Y SUS APLICACIONES INDUSTRIALES.

Description

Método para la producción de una suspensión de hidroxiapatito.

Campo de la invención

La presente invención concierne a una composición de hidroxiapatito que tiene una concentración homogénea dentro de un intervalo de 7% a 96%. La presente invención se refiere también a un método para preparar las composiciones de hidroxiapatito y productos que contienen las composiciones de hidroxiapatito, así como a su utilización en aplicaciones específicas.

El hidroxiapatito (HAP) puede utilizarse en medicina como material para dentaduras, aditivo profiláctico en pastas dentífricas y soluciones medicinales, gomas de mascar, sorbentes para preparaciones medicinales y para diversos compuestos orgánicos e inorgánicos, en materiales para estomatología y en cirugía ósea, y como agente de relleno o sorbente para cromatografía gas-líquido.

Técnica anterior

Debido a los campos de aplicación del hidroxiapatito, la disponibilidad de HAP puro, exento de otros fosfatos de calcio, se ha convertido en el requerimiento principal. Adicionalmente, se ha hecho sumamente deseable preparar HAP no sólo en forma de polvo sino también como una suspensión o pasta de una composición predeterminada.

Un método conocido para la producción de hidroxiapatito está basado en la mezcla de una suspensión de hidróxido de calcio con una solución acuosa de ácido fosfórico, en el cual el producto de reacción de ambos componentes o la mezcla se trata mediante una operación de molienda que asegura una activación mecano-química de las sustancias reaccionantes. Con arreglo a este método, se pueden utilizar como aparato de molienda molinos y trituradores de diversos tipos y como medio de trituración perlas de vidrio, bolas de aluminio y medios análogos. Conforme a este método, el principal producto obtenido es hidroxiapatito en forma de cristales grandes.

Este método no permite producir hidroxiapatito adecuadamente puro y, por otra parte, la preparación de suspensiones y pastas de hidroxiapatito que posean cristales grandes es prácticamente imposible (Patente Japonesa No. 62-43524, 1987).

Adicionalmente, se conoce un método para producir hidroxiapatito por la Solicitud de Patente de la Federación Rusa No. 93012609/26, presentada el 9 de marzo de 1993, que constituye los antecedentes técnicos de la presente invención. De acuerdo con este método, se hace reaccionar una suspensión de hidróxido de calcio con ácido fosfórico en un circuito cerrado múltiple en el cual la suspensión de hidróxido de calcio se hace pasar a través de dos zonas. En la primera zona se proporciona una alimentación continua de ácido fosfórico en la cantidad necesaria para alcanzar un pH de 10-11. La velocidad de flujo de la suspensión en la primera zona es de 0,8 m/s a 1,5 m/s y el tiempo de residencia es de 1,0 s a 1,5 s. En la segunda zona, la mezcla obtenida se diluye de 400 a 500 veces con una suspensión de hidróxido de calcio. La mezcla diluida se hace volver a la primera zona y se repite el proceso de modo que se asegure una circulación de 4 a 5 veces del volumen completo de la mezcla durante 10 a 20 minutos. Después de finalizar la alimentación de ácido, la suspensión del producto obtenida se agita durante 10 a 12 minutos más. La suspensión de hidroxiapatito resultante tiene una concentración de 4,5% a 5,0%. Adicionalmente, la suspensión puede secarse para producir hidroxiapatito sólido o deshidratarse por centrifugación para obtener una suspensión de hidroxiapatito que tenga una concentración de 18% a 33%.

Este método asegura la obtención de un producto puro con una composición deseada, siendo el rendimiento de 99,5% a 99,8% del teórico e incrementando la flexibilidad tecnológica del proceso.

Sin embargo, una desventaja de este método conocido es que no se puede obtener una suspensión con concentración homogénea.

La preparación de suspensiones de alta concentración, superior a 18%, exige mucho tiempo, requiere grandes volúmenes de aparato, y la producción de una suspensión con una concentración superior a 33% es prácticamente imposible.

Descripción de la invención

La presente invención está basada en el problema de producir una suspensión de hidroxiapatito con cualquier concentración necesaria, por ejemplo, menor de 18% o mayor de 33%, así como pastas de hidroxiapatito que tengan una composición de concentración homogénea.

De acuerdo con la presente invención, se prepara una composición de hidroxiapatito (HAP), en la cual las dimensiones de las partículas de hidroxiapatito están comprendidas entre 0,01 \mum y 0,02 \mum de anchura y entre 0,05 \mum y 0,1 \mum de longitud, teniendo la composición una concentración homogénea dentro de un intervalo de 39,9% a 45% o de 46% a 96%.

Intervalos de concentración preferidos se dan en las reivindicaciones subordinadas 2 y 3. La composición puede encontrarse en forma de una suspensión o una pasta.

Las composiciones de hidroxiapatito (HAP) de esta invención parten de una suspensión de hidroxiapatito con una concentración de 4,5% a 5,0%, la cual se puede obtener preferiblemente de acuerdo con el método de la Patente de la Federación Rusa mencionado con anterioridad. De acuerdo con la invención, dicha suspensión se somete a intervalos alternativos de agitación y filtración, realizándose la agitación a una velocidad de 0,8 m/s a 3,0 m/s durante 5 a 25 minutos, y proporcionando cada etapa concentraciones homogéneas crecientes de hidroxiapatito debido a las velocidades de agitación y/o tiempos incrementadas(os). Así, se pueden obtener suspensiones con concentraciones de 7% a 20% en una primera etapa, de 21% a 34% en una segunda etapa, de 35% a 45% en una tercera etapa, de 46% a 62% en una cuarta etapa, y de 63% a 75% en una quinta etapa. El rendimiento del producto final se refiere a cualquier etapa, tan pronto como se alcanza la concentración necesaria.

El método está basado en las propiedades mecano-estructurales tixotrópicas de un sistema disperso de hidroxiapatito, consistiendo dicho método en la realización de transiciones reversibles sol-gel, que tienen lugar generalmente por fatiga mecánica causada por medios compulsivos.

Es digno de mención que el cambio de las propiedades estructurales mecánicas, es decir, las propiedades tixotrópicas de los sistemas dispersos depende del tamaño y la forma de las partículas que forman este sistema. En sistemas groseramente dispersos (tamaños de partícula de 1 \mum y mayores) el número de contactos de coagulación no es suficiente para producir un sol y lograr las transiciones sol-gel mediante por medio de fatiga mecánica. Por esta razón, el tratamiento mecánico de suspensiones con tamaños de partícula de 1 \mum y mayores no da resultado prácticamente en cuanto al cambio de sus propiedades reológicas.

Las dimensiones de las partículas empleadas en la síntesis del hidroxiapatito HAP son de 0,01 \mum a 0,02 \mum de anchura y de 0,05 \mum a 0,1 \mum de longitud, permitiendo utilizar las propiedades de tixotropía de la suspensión de HAP producida y desarrollar un método para concentrar específicamente tales suspensiones. Las dimensiones y formas mencionadas de las partículas del hidroxiapatito inicial favorecen la formación de estructuras de coagulación debidas a la cohesión de las partículas por las fuerzas de Van der Waals que interaccionan con enlaces, cadenas, redes espaciales, entramados de las partículas primarias, sus cadenas y agregados. Los centros de los puntos de contacto se encuentran en los extremos de las partículas. Por esta razón, una forma anisométrica, especialmente de tipo varilla, de las partículas es favorable para formar tales estructuras. La relación antes mencionada entre anchura y longitud de las partículas de HAP inicial satisface este requerimiento. Tales sistemas son susceptibles de sufrir las transiciones sol-gel reversibles, es decir de formar y destruir repetidamente su estructura.

Así pues, se ha descubierto que durante una agitación de la suspensión que tenga una concentración de 4,0% a 5,0% dependiendo de la intensidad y duración de la agitación, tiene lugar una destrucción parcial o total de su estructura junto con la transición de sol a gel. Una filtración posterior del hidrogel da como resultado una separación parcial del disolvente (agua), concentrándose con ello el sistema disperso hasta 7% a 20% y la transición del gel a un sol que tiene una estructura y una estabilidad espaciales formado a expensas de la cohesión y agregación de las partículas de la fase dispersa, lo que impide su filtración y concentración ulterior.

Durante la agitación ulterior, la estructura espacial estable formada dependiendo de la intensidad y duración de la agitación se destruye de nuevo parcial o totalmente con formación de un gel. La filtración posterior del hidrogel da como resultado una separación parcial y controlada de agua, la concentración del sistema disperso hasta que se alcanza una concentración de 21% a 34% y la transición del gel a un sol espacialmente estructurado y estable que impide prácticamente su filtración y concentración ulteriores. El mismo proceso tiene lugar en todas las etapas subsiguientes de concentración de la suspensión. El número de etapas varía dependiendo de la necesidad de producir una suspensión de una concentración predeterminada y requerida.

De lo expuesto anteriormente, se puede deducir que la concentración de una suspensión es un factor determinante en cada etapa del proceso. Para ajustar una concentración deseada es necesario fijar condiciones específicas en la etapa de agitación, por ejemplo, velocidad y tiempo, lo que dependerá a su vez del tipo de aparato utilizado, por ejemplo, un tanque con agitador, un molino vibrante, vibradores con repetición y amplitud variable, etcétera, y de su volumen.

El método se ilustra por el o los ejemplos siguientes.

Ejemplo 1

Se introducen 554,6 g de óxido de calcio anhidro en un reactor que contiene agua destilada a la temperatura ambiente y se añade agua destilada hasta que se obtiene una relación sólido/líquido S/L = 1:35. En un tanque separado se añaden hidróxido de calcio y ácido fosfórico en la cantidad necesaria para alcanzar un pH de 10, El tiempo de residencia de la mezcla en este tanque es de 1,0 s (la primera zona).

Después de ello, se suministra la mezcla de los productos de reacción al segundo tanque (la segunda zona de reacción) en el cual se diluyen aquéllos 400 veces con una suspensión de hidróxido de calcio. El volumen completo de la mezcla que contiene hidróxido de calcio e hidroxiapatito se hace circular por un circuito cerrado que combina la primera y la segunda zona. El factor de circulación es 4. Después de esto, se termina el suministro de ácido fosfórico a la primera zona y se agita la suspensión durante 10 minu-
tos.

Como resultado, se produce hidroxiapatito estequiométricamente puro en forma de una suspensión exenta de componentes adicionales y que contiene una concentración de hidroxiapatito de 4,0% a 5,0%. La relación Ca/P es 1,67 en la muestra producida. La superficie específica es 100 m^{2}/g. Las dimensiones de los cristales de HAP son de 0,01 \mum a 0,02 \mum de anchura y de 0,05 \mum a 0,1 \mum de longitud.

La suspensión obtenida se agita luego durante 7 minutos, siendo la velocidad de flujo de la suspensión igual a 0,8 m/s. Por filtración, se obtiene una suspensión (pasta) con una concentración de 14,8%. Después de ello, se agita esta suspensión durante 10 minutos con una velocidad de flujo de 1,2 m/s, y se filtra hasta que se obtiene una suspensión (pasta) con una concentración de 26,6%. Se licúa luego esta suspensión una vez más mediante agitación durante 10 minutos a una velocidad de flujo de 2 m/s y se filtra para obtener una suspensión (pasta) con una concentración de 39,9%. La pasta producida muestra una composición homogénea y propiedades homogéne-
as.

Las condiciones para producir suspensiones de diferentes concentraciones se pueden ilustrar por la tabla siguiente, en la cual t es el tiempo de tratamiento de la suspensión en minutos, v es la velocidad de agitación en m/s, C es la concentración de la suspensión de HAP basada en el contenido de fase sólida en %, No. es el número de la muestra e YP es el rendimiento del producto final en la etapa específica del procesamiento de la suspensión.

El intervalo de la velocidad de agitación se determina por el grado de agregación de una suspensión y por su concentración. A velocidades de agitación inferiores a 0,8 m/s, prácticamente no tiene lugar destrucción del sol, incluso para suspensiones de concentración inicial de 4% a 5% de HAP. Para velocidades de flujo superiores a 3,0 m/s, la captura de burbujas de aire y la aireación de la suspensión se produce un deterioro de la calidad del producto, requiriendo operaciones adicionales para su expulsión.

La presente invención permite obtener suspensiones (pastas) de hidroxiapatito que tienen una composición que viene determinada por su campo de aplicación. Las suspensiones (pastas) de hidroxiapatito poseen una calidad mejorada. Una selección del producto en cualquier etapa permite producir suspensiones o pastas dentro de una extensa gama de concentraciones de 7% a 96%, teniendo las pastas producidas una composición homogénea que hace posibles condiciones substancialmente fáciles para su aplicación y manipulación.

Claims

1. Una composición de hidroxiapatito (HAP) en la cual las dimensiones de las partículas de hidroxiapatito tienen una anchura de 0,01 \mum a 0,02 \mum y una longitud de 0,05 \mum a 0,1 \mum, teniendo la composición una concentración comprendida dentro del intervalo de 46% a 96% y teniendo una concentración homogénea.

2. La composición de la reivindicación 1, que tiene una concentración de HAP comprendida entre 46% y 62%.

3. La composición de la reivindicación 1, que tiene una concentración de HAP comprendida entre 63% y 75%.

4. Una composición de hidroxiapatito (HAP) en la cual las dimensiones de las partículas de hidroxiapatito son de 0,01 \mum a 0,02 \mum de anchura y de 0,05 \mum a 0,1 \mum de longitud, teniendo la composición una concentración comprendida dentro del intervalo de 39,9% a 45% y teniendo una concentración homogénea.

5. La composición de las reivindicaciones 1 a 4, que se encuentra en forma de una suspensión.

6. La composición de las reivindicaciones 1 a 4, que se encuentra en forma de una pasta.

7. Un método para preparar composiciones de hidroxiapatito en el cual las dimensiones de las partículas están comprendidas en el intervalo de 0,01 \mum a 0,02 \mum de anchura y de 0,05 \mum a 0,1 \mum de longitud y con intervalos de concentración homogénea predeterminables comprendidos entre 7% y 96%, en el cual como material de partida una composición acuosa al 4% a 5% de partículas de hidroxiapatito (HAP) que tienen dimensiones de 0,01 \mum a 0,02 \mum de anchura y 0,05 \mum a 0,1 \mum de longitud se somete a etapas alternativas de agitación y filtración, realizándose la agitación a una velocidad comprendida entre 0,8 m/s y 3,0 m/s durante un tiempo de 5 a 25 minutos, proporcionando de este modo cada etapa concentraciones homogéneas crecientes de HAP debido a las velocidades y o los tiempos de agitación crecientes.

8. Un material para dentaduras que contiene como un componente una composición de hidroxiapatito de las reivindicaciones 1 a 6.

9. Una pasta de dientes que contiene como un componente una composición de hidroxiapatito de las reivindicaciones 1 a 6.

10. Una goma de mascar que contiene como un componente una composición de hidroxiapatito de las reivindicaciones 1 a 6.

11. Un material sorbente para cromatografía gas-líquido que consiste en una composición de hidroxiapatito de las reivindicaciones 1 a 6.

12. La utilización de una composición de las reivindicaciones 1 a 6 u obtenida por el método de la reivindicación 7 para proporcionar una preparación destinada a ser utilizada en el campo de la estomatología.

13. La utilización de una composición de las reivindicaciones 1 a 6 u obtenida por el método de la reivindicación 7 para proporcionar una preparación destinada a ser utilizada en cirugía ósea.