MXPA99006624A

MXPA99006624A - Minerales novedosos y metodos para su produccion y uso

Info

Publication number: MXPA99006624A
Application number: MXPA/A/1999/006624A
Authority: MX
Inventors: S Sapieszko Ronald; M Erbe Erik
Original assignee: Orthovita Inc
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2000-09-04

Abstract

La presente invención se refiere a partículas dimensionadas y formadas de manera uniforme, de sales de metal, que comprenden uno o más cationes de metal, en combinación con uno o más aniones de oxoácido simples, y un método general para la precipitación controlada de las sales de metal a partir de soluciones acuosas. Los métodos proceden la producción homogénea in situ de aniones de oxoácido simples o complejos, en los que uno o más de los elementos no metálicos, por ejemplo, Grupo 5B y 6B (calcogenuros), y 7B (haluros), que comprenden el primer anión de oxoácido, experimentan oxidación para generar las especies aniónicas precipitantes, junto con la reducción concurrente del elemento no metálico de un segundo anión de oxoácido diferente. Los aniones de oxoácido están presentes inicialmente en solución con uno o más cationes de metal conocidos, para formar sales insolubles con el anión precipitante.

Description

MINERALES NOVEDOSOS Y MÉTODOS PARA SU PRODUCCIÓN Y USO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con métodos para la preparación de minerales, especialmente minerales que contienen fósforo, a los minerales que se preparan de esta manera y a los métodos para su uso. De conformidad con ciertas modalidades, se proporcionan minerales que son novedosos en que son, simultáneamente, sustancialmente homogéneos y no estequiométricos . Se pueden producir a través de técnicas novedosas, de temperatura baja, las cuales ofrecen el control excelente de la composición y la morfología.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Ha existido una necesidad continua por métodos mejorados para la preparación de composiciones minerales, especialmente minerales que contengan fósforo. Esta necesidad que se ha _sentido por tanto tiempo, se refleja en parte por medio de la gran cantidad de investigación que se encuentra en la literatura pertinente. Aunque este interés y necesidad provienen de un número de intereses industriales, el deseo de proporcionar materiales que se asemejen de manera cercana al hueso de mamífero para usarse en la reparación y el reemplazo de este hueso, ha sido una fuerza motivadora principal. Estos minerales son principalmente apatitas de fosfato de calcio como los que se encuentran en los dientes y huesos. Por ejemplo, la hidroxiapatita carbonatada de tipo B [Ca5 (P04) 3_? (C03) x (OH) ] es la fase mineral principal que se encuentra en el cuerpo, las variaciones en el contenido de proteína y orgánico determinando la composición final, el tamaño del cristal, la morfología y la estructura de las porciones corporales que se forman a partir de la misma. Hasta ahora, se han fabricado e implantado cerámicas de fosfato de calcio ( en mamíferos en diferentes formas, incluyendo cuerpos formados, en cementos y de otras maneras. Con este fin, se han empleado las diferentes composiciones estequiométricas tal como la hidroxiapatita (HAp) , el fosfato de tricalcio (TCP) , y el fosfato de tetracalcio (TTCP) , en un intento por hacer coincidir la adaptabilidad, la biocompa- tibilidad la estructura y la resistencia del hueso natural. A pesar de los esfuerzos extraordinarios que se han dirigido a la preparación de fosfato de calcio mejorado y materiales de hidroxiapatita precursora, todavía permanecen deficiencias significativas . Los biomateriales de cerámica anteriores exhibían problemas derivados a partir de deficiencias químicas y de procesamiento que limitaban el control estequiométrico, la morfología del cristal, las propiedades de la superficie, y, finalmente, la reactividad en el cuerpo. Se requería el molido "y la trituración intensivos de los minerales naturales de composición variable, seguido por la mezcla del polvo y el procesamiento de la cerámica a temperaturas elevadas para sintetizar fases nuevas para usarse in vivo . Se ha emitido un número de patentes que se relacionan con los biomateriales de cerámica. Entre estas se encuentran la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,880,610, de B.R. Constanz, "In situ calcium phosphate minerals - method and composition;" la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,047,031, de B.R. Constanz, "In situ calcium phosphate mineral method; " la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,129,905, de B.R. Constanz, "Method for in situ prepared calcium phosphate minerals;" la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,149,893, de H. Aoki y colaboradores, "Orthopaedic and dental implant ceramic composition and process for preparing same,-" la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,612,053, de W.E.

' Brown y colaboradores, "Combina ions of sparingly soluble calcium phosphates in slurries and pastes as mineralizers and cements;" la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,673,355 de E.T. Farris y colaboradores, "Solid calcium phosphate materials;" la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,849,193 de J.W. Palmer y colaboradores, "Process of preparing hydroxyapatite; " la ^Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,897,250 de M.Sumita, "Process for producing calcium phosphate; " la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,322,675 de Y. Hakamatsuka, "Method of preparing calcium phosphate;" la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,338,356 de M. Hirano y colaboradores, "Calcium phosphate granular cement and method for producing same;" la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,427,754 de F. Nagata y colaboradores, "Method for production or platelike hydroxy-apatite;" la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,496,399 de I.C. Ison y colaboradores, "Storage stable calcium phosphate cements,-" la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,522,893 de L.C. Chow y colaboradores, "Calcium phosphate hydroxyapatite precursor and methods for making and using same;" la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,545,254 de L.C. Chow y colaboradores, "Calcium phosphate hydroxyapatite precursor and methods for making and using same;" la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 3,679,360 de B. Rubin y colaboradores, "Process for the preparation of brushite crystals,-" la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,525,148 de L.C. Chow y colaboradores "Self-setting calcium phosphate cements and methods for preparing and using them; " la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,034,352 de J. Vit y colaboradores, "Calcium phosphate materials;" y la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 5,409,982 de A.Imura y colaboradores, "Tetracalcium phosphate-based materials and process for their preparation." Aunque se han hecho mejoras en la tecnología del procesamiento de la cerámica que lleva a los biomateriales de cerámica, con un mejor control sobre los materiales de partida y, finalmente, los productos finales, todavía se desean en gran manera métodos de preparación mejorados. De manera adicional, también se desean en gran manera los métodos que llevan a los materiales que contienen fosfato de calcio, los cuales exhiben propiedades biológicas mejoradas, a pesar de los grandes esfuerzos de otros para conseguir estas mejoras. De conformidad con lo anterior, es un objetivo principal de la presente invención proporcionar minerales mejorados, especialmente minerales que contienen fósforo. Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar métodos para formar estos minerales con rendimientos mejorados, temperaturas de procesamiento más bajas, mayor flexibilidad y control de formación del producto, y la capacidad de dar origen a minerales que tengan uniformidad mejorada, actividad biológica, y otras propiedades. Otro objetivo, es mejorar el rendimiento y el control de los procesos de formación del mineral sintético. Todavía otro objetivo, es dar origen a composiciones de cemento útiles en la reparación o el reemplazo de hueso en procedimientos ortopédicos y dentales. Un objetivo adicional, es proporcionar minerales que sean sustancialmente uniformes y los cuales sean no estequiométricos . Otros objetivos adicionales serán aparentes a partir de un repaso de la presente especificación.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige a la creación de métodos nuevos para la preparación de minerales, especialmente minerales que contengan fósforo. La invención también da origen a minerales formados de manera única, incluyendo minerales que tienen homogeneidad composicional mejorada y minerales que tienen estructuras de cristal modificadas. La invención también proporciona minerales nuevos, incluyendo minerales "no estequiomáticos" , los cuales difieren de los minerales que se encuentran comúnmente, de las estructuras de cristal que se encuentran en la naturaleza, y de las estructuras que tienen proporciones "permitidas" de manera tradicional de átomos constituyentes en células de unidad. El nuevo paradigma que crea esta invención, requiere una especificación de términos que se usan en esta invención. El método general empieza a partir de materias primas, las cuales se describen en la presente como sales, soluciones acuosas de sales, hidrosoles estables u otras dispersiones estables, y/o ácidos inorgánicos. Las fases que producen los métodos de esta invención [Reacción de Precipitación de Redox (RPR, por sus siglas en inglés) y el PRocesamiento HIdrotérmico (HYPR, por sus siglas en inglés) ] , generalmente son los minerales precursores intermedios en la forma física de polvos, en partículas, lechadas, y/o pastas. Se pueden convertir " fácilmente estos minerales precursores en una miríada de fases de mineral mezcladas y puras de estequiometrías de mineral conocidas y, en algunos casos, todavía no identificadas hasta el momento, mediante un tratamiento térmico bajo condiciones de descarga módica en comparación con la técnica convencional conocida y que se practica. Los métodos de la invención son eficientes en la utilización de energía, ya que se realizan a temperatura relativamente baja, tienen altos rendimientos y son receptivos para el control cuidadoso de la pureza, identidad y calidad del producto. El empleo como cerámicas biológicas es un uso principal para los materiales de la invención, siendo existentes las propiedades mejoradas. También están dentro del espíritu de la invención otros usos de los minerales y los procesos de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 describe una estructura física agregada de un fosfato de tricalcio-3 multifásico (3-TCP) generado por RPR + apatita carbonatada (c-HAp) de tipo B [/?-Ca3 (P04) 2 + Ca5 (P04) 3_x(C03)x(OH) ] , gue se preparó de conformidad con una modalidad de esta invención. La partícula aglomerada completa es de aproximadamente 10 µm, y los cristalitos individuales son típicamente menores de aproximadamente 1 µm y relativamente uniformes en tamaño y forma de partícula. La Figura 2 representa la monotita, partículas de CaHP04 que se forman a partir de una precipitación hidrotérmica, de conformidad con esta invención. El conjunto de partícula completo es típicamente de aproximadamente 30 µm y comprende cubos rectangulares relativamente uniformes y cristalitos similares • a placa de diferentes tamaños y proporciones de aspecto. La Figura 3 es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD, por sus siglas en inglés) del mineral precursor de fosfato de calcio generado por RPR, calentado a 100 °C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia de la monotita de fase de cristal . La Figura 4 es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de calcio generado por RPR, calentado a 300°C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia de la monotita de fase de cristal . La Figura 5 es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de calcio generado por RPR, calentado a 500°C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia del fosfato de tricalcio-3 (/3-TCP) [fase mayor] + pirofosfato de calcio (CaH2P207) [fase menor] de fases de cristal. La Figura 6 es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de calcio generado por RPR, calentado a 500°C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia del fosfato de tricalcio-3 (/3-TCP) [fase mayor] + apatita (Ca5 (P04) 3 (OH) ) [fase menor] de fases de cristal . La Figura 7 es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de calcio generado por RPR, sin [C03]2" agregado, calentado a 500°C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia del fosfato de tricalcio-/3 (/3-TCP) [fase mayor] + apatita (Ca5 (P04) 3 (OH) ) [fase menor] de fases de cristal. La Figura 8 es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de calcio generado por RPR, con [C03] 2" agregado, calentado a 500°C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia del fosfato de tricalcio-3 (/3-TCP) [fase mayor] + apatita (Ca5 (P04) 3 (OH) ) [fase menor] de fases de cristal. El espectro muestra una diferencia significativa en la intensidad de los picos de la HAp, en comparación con aquella de la Figura 7. La Figura 9 describe los espectros Infrarrojos de Transformación de Fourier (FTIR, por sus siglas en inglés) del fosfato de calcio como se usa para la Figura 8, indicando la presencia de vibraciones de [C03]2~, a 880, 1400, y 1450 cm"1, y vibraciones asociadas de P-O, P=0, a 540-610, 1100-1250 cm"1, respectivamente. También se describe un segundo diagrama FTIR (diagrama inferior) del material de la Figura 7, para mostrar la carencia de picos de carbonato a 880 cm"1. La Figura 10 es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de cinc generado por RPR, calentado a 500 °C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia del Zn3(P04)2 de fase de cristal. La Figura 11 es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de hierro generado por RPR, calentado a 500 °C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia del Graftonite [Fe3 (P04)2] de fase de cristal. La Figura 12 es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de aluminio generado por RPR, calentado a 500°C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia de AIP04 de fase de cristal. La Figura 13 es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de calcio generado por RPR, calentado a 500°C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia de una fase de cristal de fosfato de calcio no identificado hasta el momento.

La Figura 14 es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de calcio generado por HYPR, calentado a 500 °C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia de una fase de cristal de fosfato de calcio no identificado hasta el momento y cantidades menores de HAp. La Figura 15 es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de calcio generado por HYPR, calentado a 500 °C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia de la monetita de fase de cristal [CaHP04] . La Figura 16 es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) de minerales precursores de fosfato de calcio generados por RPR y HYPR, calentados a 500°C durante 1 hora y mezclados como un cemento. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia de monetita CaHP04 de fase de cristal, mezclada con cristalitos de ß-TCP + apatita carbonatada (c-HAp) de tipo B [/3-Ca3(P04)2 + Ca5 (P04) 3_x (C03) x (OH) ] . La Figura 17A es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) de minerales precursores de fosfato de calcio generados por RPR y HYPR, calentados a 500 °C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia de monetita CaHP04 de fase de cristal, mezclada con cristalitos de /3-TCP + apatita carbonatada (c-HAp) de tipo B [3-Ca3 (P04) 2 + Ca5(P04)3_x(C03)x(OH) ] .

La Figura 17B es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) de minerales precursores de fosfato de calcio generados por RPR y HYPR, calentados a 500 °C durante 1 hora, y mezclados en un cemento. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia de cristalitos de 3-TCP + apatita carbonatada (c-HAp) de tipo B [/3-Ca3 (P04) 2 + Ca5(P04)3_ x(C03)x(OH)] . La Figura 18A es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de neodimio generado por RPR, calentado a 500°C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia del hidrato de fosfato de neodimio [NdPO4-0.5H20] de fase de cristal. La Figura 18B es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de neodimio generado por RPR, calentado a 700 °C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia del Monacito-Nd [NdP04] de fase de cristal. La Figura 18C es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de cerio generado por RPR, calentado a 700 °C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia del Monacito-Ce [CeP04] de fase de cristal. La Figura 18D es un diagrama de Difracción de rayos-X (XRD) del mineral precursor de fosfato de itrio generado por RPR, calentado a 700 °C durante 1 hora. La posición pico y las intensidades relativas indican la presencia del Xenotime [YP04] de fase de cristal.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS De conformidad con la presente invención, se proporcionan métodos para preparar un mineral precursor intermedio de cuando menos un catión de metal y cuando menos un oxoanión. Estos métodos comprenden la preparación de una solución acuosa del catión de metal y cuando menos un agente oxidante. Se aumenta la solución con cuando menos un anión precursor soluble que se puede oxidar por medio del agente oxidante para dar origen al oxoanión precipitante. La reacción de oxidación-reducción que se contempla de esta manera, se inicia de manera convencional mediante el calentamiento de la solución bajo condiciones de temperatura y de presión efectivas, para dar origen a la iniciación. De conformidad con las modalidades preferidas de la invención, la reacción de oxidación-reducción provoca cuando menos un producto gaseoso para emitirlo y el mineral precursor intermedio deseado para precipitarlo desde la solución. Se puede tratar el mineral precursor intermedio que se preparó de esta manera en un número de maneras . De esta manera, se puede tratar con calor de conformidad con uno o más paradigmas para dar origen a una estructura de cristal seleccionada previamente u otras estructuras morfológicas seleccionadas previamente en el mismo. De conformidad con las modalidades preferidas, el agente oxidante es un ion de nitrato y el producto gaseoso es un óxido de nitrógeno, que se describe generalmente como N0?(q.) .

Se prefiere que el mineral precursor que proporcionan los presentes métodos, sea sustancialménte homogéneo. También se prefiere que la temperatura que alcance la reacción de oxidación-reducción no exceda los aproximadamente 150 °C, a menos que la se corra la reacción bajo condiciones hidrotérmicas o en un recipiente de presión. De conformidad con otras modalidades preferidas, el mineral precursor intermedio que proporciona la presente invención, es un fosfato de calcio. Se prefiere que este precursor mineral comprenda, en proporción mayor, una fase sólida que no se pueda identificar de manera singular con ninguna forma cristalina convencional del fosfato de calcio. Al mismo tiempo, los precursores de mineral de fosfato de calcio de la presente invención son sustancialmente homogéneos y no comprenden una mezcla física de fases de cristal que ocurran de manera natural o convencional . De conformidad con las modalidades preferidas, los procesos de temperatura baja de la invención, llevan a la precipitación homogénea de polvos de alta pureza a partir de soluciones altamente concentradas. Los tratamientos subsecuentes de calor moderado convierten el material intermedio en, por ejemplo, minerales de fosfato de calcio monofásicos novedosos o partículas novedosas de fosfato de tricalcio-3 bifásico (/3-TCP) + apatita carbonatada (c-HAp) de tipo B [1ß-Ca3(P04)2 + Ca5 (P04) 3_? (C03) ? (OH) ] . En otras modalidades preferidas, se proporcionan las sales de fosfato de calcio a través de métodos en donde cuando menos uno de los aniones precursores, es un oxoanión de fósforo, que se introduce de preferencia como un ácido hipofosfórico o un álcali soluble o sal de hipofosfito alcalinotérreo. Para la preparación de estos fosfatos de calcio, se prefiere que se mantenga el pH inicial por debajo de aproximadamente 3, y todavía de mayor preferencia, por debajo de aproximadamente 1. "Los minerales precursores intermedios que se preparan de conformidad con los presentes métodos son, ellos mismos, novedosos y no se esperan a partir de metodologías anteriores. Por lo tanto, estos minerales precursores pueden ser, simultáneamente, no estequiométricos y poseedores de morfología uniforme. Se prefiere en conexión con algunas modalidades de la presente invención, que los minerales precursores intermedios que se producen de conformidad con los presentes métodos, se calienten, o se traten de otras maneras, para cambiar sus propiedades. De esta manera, se pueden calentar estos materiales a temperaturas tan bajas como 300°C hasta aproximadamente 700°C para dar origen a ciertas transformaciones benéficas. Este calentamiento removerá los materiales extraños del precursor mineral, alterará su composición y morfología en algunos casos, y puede conferir sobre el mineral, una estructura cristalina particularizada y seleccionada previamente. Este tratamiento de calor esa temperaturas que son considerablemente menores que las que se usan de manera convencional de conformidad con las metodologías anteriores, para producir las fases minerales del producto final. De conformidad con lo anterior, los tratamientos de calor de la presente invención no da origen, necesariamente, a estructuras de morfología cristalina comunes de monetita, fosfato de dicalcio o de tricalcio, fosfato de tetracalcio, etcétera, sino que, más bien, a morfologías nuevas y no obvias que tienen gran utilidad en la práctica de la presente invención. De conformidad con la presente invención, los minerales que se forman mediante la presente son útiles en una variedad amplia de los campos industrial, médico y otros. De esta manera, se pueden usar los minerales de fosfato de calcio que se producen de conformidad con las modalidades preferidas de la presente invención en la cirugía dental y ortopédica para la restauración del hueso, material de diente y similares. También se pueden usar los presentes minerales como precursores en el procesamiento químico y de cerámica, y en un número de metodologías industriales, tales como la producción de cristal, el procesamiento de cerámica, la manufactura de vidrio, catálisis, bioseparaciones, excipientes farmacéuticos, síntesis de gemas, y un anfitrión de otros usos. Las microestructuras uniformes de las composiciones únicas de los minerales que se producen de conformidad con la presente invención, confieren sobre estos minerales una utilidad amplia y gran "valor agregado" . Los precursores mejorados que proporciona esta invención, producen temperaturas más bajas de formación, cinética acelerada de transición de fase, mayor control composicional, homogeneidad, y flexibilidad cuando se usan en procesos químicos y de cerámica. De manera adicional, los precursores de cerámica, derivados de manera química, tienen tamaño de cristal fino y morfología uniforme con el potencial subsecuente para asemejarse o imitar de manera más cercana las estructuras naturales que se encuentran en el cuerpo. La precipitación controlada de las fases específicas a partir de soluciones acuosas que contienen cationes de metal y aniones de fosfato, representa un reto técnico difícil. Para los sistemas que contienen iones de calcio y de fosfato, se complica adicionalmente la situación por la multiplicidad de fases que pueden estar incluidas en las reacciones de cristalización, así como por las transformaciones de fase superficiales que pudieran proceder durante la mineralización. Se ha investigado de manera escrupulosa la química de la solución en los sistemas acuosos que contienen especies de calcio y de fosfato como una función de pH, temperatura, concentración, carácter del anión, velocidad de precipitación, tiempo de digestión, etcétera (P. Koutsoukos, A. Amjad, M.B. Tomson, y G.H. Nancollas, "Crystallization of calcium phosphates. A constant composition study," J. Am. Chem. Soc. 102:1553 (1980); A.T.C. Wong y T.J. Czernuzka, "Prediction of precipitation and transformation behavior of calcium phosphate in aqueous media, " en Hydroxyapatite and Related Materials, págs. 189-196 (1994), CRC Press, Inc., G.H. Nancollas, "In vitro studies of calcium phosphates crystallization," en Biomineralization-Chemical and Biochemical Perspectives, págs. 157-187 (1989) ) . Las consideraciones del producto de la solubilidad imponen grandes limitaciones en la química de la solución. Además, se han descrito los métodos para generar las fases del fosfato de calcio específicas en muchos artículos y patentes técnicos (R.Z. LeGeros, "Preparation of octacalcium phosphate (OCP) : A direct "fast method," Calcif. Tiss. Int. 37:194 (1985) ) . Como se discutió anteriormente, ninguna de estas técnicas que se mencionaron anteriormente emplea la presente invención. " Se han caracterizado varias fases cristalinas de fosfato de calcio, llamadas fosfatos de calcio "básicos", apenas solubles, incluyendo el fosfato de tricalcio alfa- y beta- (a-TCP, 3-TCP, Ca3(P04)2), fosfato de tetracalcio (TTCP, Ca4(P04)20), fosfato de octacalcio (OCP, Ca4H (P04) 3-nH20, en donde 2<n<3) , e hidroxiapatita de calcio (HAp, Ca5 (P04) 3 (OH) ) . Las fases de fosfato de calcio soluble, llamadas fases cristalinas de fosfato de calcio "acídico", incluyen el dihidrato de fosfato de dicalcio (brusita - DCPD, CaHP04»H20) , anhidro de fosfato de dicalcio (monetita-DCPA, CaHP04) , monohidrato de fosfato de monocalcio (MCPM, Ca(H2P04)2 -H20) , y anhidro de fosfato de monocalcio (MCPA, Ca (H 22P-tO4, 2 Estos compuestos de fosfato de calcio son de importancia crítica en el área de los cementos de hueso y materiales de injerto de hueso. Se ha documentado bien el uso del DCPD, DCPA, a-TCP, ß-TCP, TTCP, OCP, y HAp, solos o en combinación, como revestimientos, rellenadores, cementos y sustancias formadoras de hueso biocompatibles (F.C.M. Driessens, M.G. Boltong, O. Bermudez, J.A. Planell, M.P. Ginebra y E. Fernández, "Effective formulations for the preparation of calcium phosphate bone cements," J. Mat . Sci.: Mat . Med. 5:164 (1994); R.Z. LeGeros , "Biodegradation and bioresorption of calcium phosphate ceramics," Clin. Mat. 14(1) : 65 (1993); K. Ishikawa, S. Takagi, L.C. Chow, e Y. Ishikawa, "Properties and mechanisms of fast-setting calcium phosphate cements," J. Mat. Sci.: Mat. Med. 6:528 (1995); A.A. Mirtchi, J. Lemaitre, y E. Munting, "Calcium phosphate cements : Effect of fluorides on the setting and hardening of beta-tricalcium phosphate - dicalcium phosphate -calcite cements," Biomat . 12:505 (1991); J.L. Lacout, "Calcium phosphate as bioceramics, " en Biomaterials - Hard Tissue Repair and Replacement, págs. 81-95 (1992), Elsevier Science Publishers) . En general, se obtienen estas fases mediante la conversión térmica o hidrotérmica de (a) materiales de fosfato de calcio precursor derivados de solución, (b) mezclas físicas de sales de calcio, o (c) coral natural. Se consigue la transformación térmica de los compuestos precursores de fosfato de calcio sintético a TCP o TTCP mediante regímenes de procesamiento de cerámica tradicionales a temperatura elevada, mayor de aproximadamente 800 °C. De esta manera, a pesar de las diferentes trayectorias sintéticas para producir los precursores de fosfato de calcio, todos los materiales de fosfato de calcio "básicos" que se usan en la técnica se han sometido de manera general a un tratamiento de temperatura elevada, frecuentemente durante períodos de tiempo extensivos. Para la preparación de otros materiales de fosfato de calcio "básicos" de conformidad con esta invención, ver también H. Monma, S. Ueno, y T. Kanazawa, "Properties of hydroxyapatite prepared by the hydrolysis of tricalcium phosphate," J. Chem. Tech. Biotechnol. 31:15 (1981); H. Chaair, J.C. Heughebaert, y M. Heughebaert, "Precipitation of stoichiometric apatitic tricalcium phosphate prepared by a continuous process," J. Mater. Chem. 5(6) :895 (1995); R. Famery, N. Richard, y P. Boch, "Preparation of alpha- and beta-tricalcium phosphate ceramics, with and without magnesium addition," Ceram. Int. 20:327 (1994); Y. Fukase, E.D. Eanes, S. Takagi, L.C. Chow, y W.E. Brown, "Setting reactions and compressive strengths of calcium phosphate cements," J. Dent . Res. 69(12) :1852 (1990). La presente invención representa una desviación significativa de los métodos anteriores para sintetizar minerales de fosfato de metal en general, y polvos de fosfato de calcio en particular, porque se precipitan los materiales a partir de la solución homogénea usando una Reacción de Precipitación de Redox () . Estos se pueden convertir subsecuentemente en TCP, HAp y/o combinaciones de los mismos a temperaturas moderadas y horarios de disparo cortos. Además, se ha encontrado que la precipitación a partir de la solución homogénea (PFHS) de conformidad con esta invención, es un medio de producción de partículas de tamaño y composición uniforme en una forma que no se había observado hasta ahora en la técnica anterior. Se ha encontrado que se prefiere el uso del anión de hipofosfito [H2P02~] como un precursor para la generación del ion de fosfato, ya que circunviene muchas de las represiones de solubilidad que impone la química convencional de la precipitación del fosfato de calcio y, además permite la precipitación uniforme a niveles de sólidos elevados. Por ejemplo, se pueden realizar las reacciones de conformidad con la invención, dando origen a lechadas del producto que tienen 30% de sólidos en exceso. El anión de nitrato es el oxidante preferido, aunque también son útiles otros agentes oxidantes. El uso novedoso del anión de nitrato bajo condiciones fuertemente acídicas como el oxidante para el hipofosfito para la reacción del fosfato, es benéfico desde diferentes puntos de vista. El nitrato es un oxidante fácilmente disponible y barato. Apacigua el acero inoxidable (tipo 316 SS) y no es reactivo al equipo de procesamiento de vidrio. Sus productos secundarios de oxidación (N0X) son manejables mediante las tecnologías de control de contaminación bien conocidas, y cualquier nitrato residual será fugitivo, como NOx bajo el horario de conversión térmica a la cual se someten usualmente los materiales, conduciendo de esta manera a materiales finales extraordinariamente puros . El uso de las sales de nitrato de metal de grado de reactivo y el ácido hipofosfórico, como se practica en esta invención, conducirá a las fases de fosfato de metal de gran pureza. Los métodos para producir los materiales basados en fosfato de calcio útiles, se consiguen mediante las reacciones de precipitación de reducción-oxidación (RPR) que se conducen generalmente a presión ambiental y temperaturas relativamente bajas, usualmente por debajo de 250 °C y de preferencia por debajo de 200°C, de más preferencia por debajo de 150°C. Se determina la manera para iniciar estas reacciones mediante la materia prima de partida, su tratamiento, y las interacciones electroquímicas de redox entre ellos . La fuerza impulsora para la RPR es la reducción y oxidación concurrentes de las especies aniónicas que se derivan a partir de los precursores de la solución. Se pueden efectuar las ventajas de las soluciones de partida mediante las concentraciones elevadas iniciales de las especies iónicas, especialmente las especies de calcio y fosfato. Se ha encontrado que el uso de los compuestos de fósforo reducido conduce a la estabilidad de la solución a concentraciones iónicas considerablemente mayores que si se hubieran usado las especies completamente oxidadas [P04] "3. La técnica de procesamiento convencional usa los compuestos del oxoanión de fósforo oxidados y se obstruye, en consecuencia, mediante las represiones del pH, la solubilidad, y la temperatura de la reacción que impone el anión de fosfato. Las especies reducibles típicas son de preferencia ácido nítrico, sales de nitrato (por ejemplo, Ca(N03)2 • 4H20) , o cualquier otro compuesto de nitrato reducible, el cual es altamente soluble en agua. Otras especies reducibles incluyen el ácido nitroso (HN02) o sales de nitrito (N02) . Entre las especies oxidables que se pueden usar son ácido hipofosfórico o sales de hipofosfito (por ejemplo, Ca (H2 P02)2), los cuales son altamente solubles en agua. Otras especies oxidables que encuentran utilidad, incluyen ácidos o sales de fosfitos (HP032~) , pirofosfitos (H2P2052") , tiosulfato (S2032") , tetrationato (S4062") , ditionita (S204 ~) , tritionato (S3062~) , sulfito (S032-) , y ditionato (S2062~) . En consideración de la química inorgánica compleja de los oxoaniones de los elementos de los Grupos 5B, 6B, y 7B, se anticipa que se pueden utilizar otros ejemplos de aniones oxidables en el espíritu de esta invención. El catión que se introduce dentro de la mezcla de reacción con uno o los dos agentes de oxidación o de reducción, son de preferencia estables de manera oxidante (es decir, en su estado más elevado de oxidación) . Sin embargo, en ciertas preparaciones, o para efectuar ciertas reacciones, se pueden introducir los cationes en un estado de oxidación parcialmente reducido. Bajo estas circunstancias, será necesario el ajuste en la cantidad del oxidante, con el objetivo de compensar por los electrones que se liberan durante la oxidación de los cationes durante la RPR. Es bien conocido en la técnica que para las soluciones en equilibrio con precipitados iónicos, se dictan las concentraciones disueltas de los iones de reacción mediante las relaciones de solubilidad del producto y las limitaciones de sobresaturación. Para el sistema de Ca2 - [P04] 3, estas expresiones son excesivamente complicadas, debido en gran parte a las numerosas trayectorias (es decir, fases sólidas) para liberar las condiciones de sobresaturación. La temperatura, el pH, la resistencia iónica, la formación del par del ion, la presencia de cationes y aniones extraños, todos estos pueden afectar los equilibrios y los niveles de sobresaturación asequibles o_ sostenibles de las diferentes especies de la sustancia disuelta (F. Abbona, M. Franchini-Angela, y R. Boistelle, "Crystallization of calcium and magnesium phosphates from solutions of médium and low concentrations . " Cryst . Res. Technol. 27:41 (1992); G.H. Nancollas, "The involvement of calcium phosphates in biological mineralization and demineralization processes." Puré Appl. Chem. 64(11): 1673 (1992) ; G.H. Nancollas y J. Zhang, "Formation and dissolution mechanisms of calcium phosphates in aqueous systems," en Hydroxyapatite and Related Materials, págs. 73-81 (1994), CRC Press, Inc.: P.W. Brown, N. Hocker, y S. Hoyle, "Variations in solution chemistry during the low temperature formation of hydroxyapatite," J. Am. Ceram. Soc. 74(8): 1848 (1991); G. Vereecke y J. Lemaitre, "Calculation of the solubility diagrams in the system Ca(0H)2 - H3P04- KOH - HN03 - C02 - H20, " J. Cryst. Growth 104: 820 (1990); A.T.C. Wong y J.T. Czernuzka, "Prediction of precipitation and transformation behavior of calcium phosphate in aqueous media, " en Hydroxyapatite and Related Materials, págs. 189-196 (1994), CRC Press, Inc.; G.H.

Nancollas, "In vitro studies of calcium phosphate crystallization, " en Biomineralization - Chemical and Biochemical Perspectives, págs. 157-187 (1989)). De manera adicional, mientras que la termodinámica determinará si es posible una reacción, los efectos cinéticos pudieran ser muy importantes al explicar la ausencia o la presencia de las fases de fosfato de calcio particulares durante las reacciones de precipitación. En la práctica de ciertas modalidades preferidas de esta invención para dar origen a los fosfatos de calcio, se mantiene el ion de calcio soluble a concentraciones de varios molares en la presencia del anión de hipofosfito soluble el cual también está, el mismo, a concentraciones molares elevadas. La solución también está a un pH muy bajo debido a la presencia de los ácidos nítrico e hipofosfórico. Ciertamente, estas soluciones de iones de calcio e hipofosfito pueden estar estables de manera indefinida, con respecto a la precipitación, a la temperatura ambiente o por debajo. En contraste, es imposible (en la ausencia de agentes de complej ación o quelantes) mantener los iones de calcio y los aniones de fosfato a concentraciones similares de manera simultánea, como una fase sólida; inmediatamente se precipitarían para liberar la sobresaturación. Después de la oxidación del ion de hipofosfito a fosfito y, subsecuentemente, a fosfato, las fases de fosfato de calcio se precipitan de manera rápida a partir de la solución homogénea bajo condiciones de solución únicas (concentración, pH, resistencia iónica) , para la formación de esos materiales. La combinación de la generación homogénea del anión de precipitación, la cinética rápida de la precipitación, y el régimen termodinámico único dan como resultado la formación de los precursores del fosfato de calcio que tienen tamaño y características morfológicas, propiedades superficiales, y reactividades únicas. La consideración anterior también aplicará a minerales diferentes a los fosfatos de calcio. Inevitablemente, sin embargo, el diagrama de fase, la condición de equilibrio y las fases del mineral constituyente diferirán en cada familia de minerales . Las partículas de tamaño y de forma uniforme de las sales de metal que comprenden uno o más cationes de metal en combinación con uno o más aniones de oxoácido, puede resultar a partir del presente método general para la precipitación controlada de esas sales de metal a partir de soluciones acuosas. Estas proceden mediante la producción homogénea in vi tro de aniones de oxoácido simple o complejo de uno o más de los elementos no metálicos. El Grupo 5B y 6B (calcogenides) , y 7B (haluros) . El primer anión de oxoácido experimenta oxidación (aumento en el estado de oxidación química) , para generar las especies aniónicas precipitantes junto con la reducción concurrente (disminución en el estado de oxidación química) del elemento no metálico de un segundo anión de oxoácido diferente, estando presentes inicialmente todos los aniones del oxoácido en la solución con uno o más cationes de los que se sabe que forman sales no solubles con el anión precipitante. Los cationes de metal son, de preferencia, estables de manera oxidante, pero pueden experimentar cambios de estado de oxidación ellos mismos bajo ciertas condiciones. De preferencia, se induce la RPR por medio de calentar una solución homogénea, a modo de promover el comienzo y la continuación de una reacción redox exotérmica. Esta reacción exotérmica da como resultado la generación de gases, usualmente diferentes gases de óxido tal como N08, en donde 0.5 < x < 2, a medida que se convierten las especies de fósforo reducidas solubles en aniones de precipitación, los cuales precipitan después de manera homogénea los iones de calcio del medio de reacción. En esta etapa, la reacción está esencialmente completa, dando como resultado un conjunto de partículas precipitadas ultrafinas de la estequiometría de fosfato-calcio determinada previamente. El rendimiento de la reacción es elevada, como lo es la pureza de los productos de la reacción. Se precipitan de manera homogénea los polvos de mineral precursor intermedio a partir de la solución. Se pueden usar tratamientos de calor moderado, temperaturas <500°C, para promover la transformación a diferentes fases que contengan fosfato . Las manipulaciones apropiadas de la química y el proceso, han llevado a los compuestos mono- y multifásicos con morfologías de cristal únicas (Figuras 1 y 2) . El sistema redox de nitrato/hipofosfito incluye una oxidación de hipofosfito a fosfato (P+1 a P+5, una oxidación de 4e") , como se describe en las siguientes ecuaciones (E0/V de N.N. Greenwood y A. Earnshaw, "Oxoacids of phosphorous and their salts," en Chemistry of the Elements, págs. 568-595 (1984) , Pergamon Press) : Reacción Potencial de reducción a pH 0, 25°C E0/V H3PO3 + 2H+ + 2e" = H3P02 + H20 -0.499 (1) H3PO4 + 2H+ + 2e" = H3PO3 + H20 -0.276 (2) H3PO4 + 4H+ + 4e" = H3P02 + 2H20 -0.775 Total (3) y una reducción de nitrato a N0X (N a N t+3 ?ó N t+2 , ya sea una reducción 2e~ ó 3e~) , como se describe en las siguientes ecuaciones : Reacción Potencial de reducción a pH 0: 25°C E0/V 2N3- + 4H" + 2e" = N204 + 2H20 0.803 (4) NO3- + 3H" + 2e" = HN02 + H20 0.94 (5) NO3- + 4H' + 3e = NO + 2H20 0.957 Total (6) Las reacciones químicas se expresan de manera conveniente como la suma de dos (o más) medias reacciones electroquímicas, en la cual se transfieren los electrones desde una especie química hacia la otra. De conformidad con la convención ^electroquímica, se representa la reacción total como un equilibrio en el cual se establece la reacción de transmisión como una reducción (adición de electrones) , es decir: Especies oxidadas + ne" = Especies reducidas Para las ecuaciones que se indican a pH=0 y 25°C, la reacción es espontánea de izquierda a derecha si E0"" (el potencial de reducción) es mayor que 0, y espontáneo en la dirección contraria si EQ es menor que 0. A partir de las reacciones anteriores y los potenciales electroquímicos asociados, es aparente que el nitrato es un oxidante fuerte que puede oxidar el hipofosfito (P+1) a fosfito (P+3) o a fosfato (P+5) , sin importar la trayectoria de la reacción de reducción, es decir, si ocurre el proceso de reducción de conformidad con la Ecuación 4, 5 ó 6. Si se asume que una trayectoria de reacción total incluye una combinación de reacción de oxidación (Ecuación 3) (intercambio de 4 e~) y reacción de reducción (Ecuación 6) (intercambio de 3e") , uno puede calcular que con el objetivo de que proceda la reacción de redox hasta su término, se deben reducir 4/3 moles de N03~ a NO por mol de ion de hipofosfito, para proporcionar suficientes electrones. Es obvio para alguien experto en la técnica, que pueden ocurrir otros procesos redox que incluyen combinaciones de las reacciones de oxidación y reducción que se expresaron. Se pueden usar diferentes pares de reacciones de oxidación y reducción para generar productos de conformidad con el espíritu de esta invención. En efecto, la invención generalmente permite la producción homogénea in vi tro de aniones de oxoácido simples o complejos en solución acuosa, en los cuales uno o más elementos no metálicos tales como el Grupo 5B (calcogénidos) , y 7B (haluros) que comprenden el primer anión de oxoácido, experimentan oxidación para generar las especies aniónicas precipitantes junto con la reducción concurrente del elemento no metálico de un segundo anión de oxoácido diferente. En cada uno de los escenarios anteriores, la clave es la reacción de reducción-oxidación a concentraciones iónicas elevadas que llevan a la precipitación homogénea a partir de la solución de los polvos de fosfato de calcio novedosos. Nunca antes se había reportado en la literatura la capacidad para formar estas fases, especialmente las fases de calcio-fosfato bajo las condiciones que se describen en esta invención. Se pueden ajustar los productos por medio de cambiar las condiciones de reacción. La modificación -simple de la mezcla del anión (es decir, la inclusión del ion de acetato) en la solución _ de partida, puede llevar a una" fase de fosfato de calcio con carbonato incorporado, el cual es muy conveniente para la conversión in vivo a hueso, ya que el hueso mismo es la versión carbonatada del mineral de hidroxiapatita, ocurriendo la sustitución del carbonato en la posición de rejilla del fosfato, que se llama de esta manera HAp de tipo B. Se derivan otras sustituciones benéficas a partir de F, flúor, sustituciones que llevan a la fluoroapatita, como se desea en dentríficos y esmalte dental. El anión de sulfato puede dar origen a todavía otra fase de calcio benéfica, mediante lo cual las especies de hemihidrato, CaS04~l/2H20, proporcionarían una reacción de fraguado adicional cuando se ponen en contacto con agua, como con el yeso mate. Ocurren cambios adicionales con la presencia de otros cationes como dopants o componentes principales . Las modalidades específicas de la invención utilizan los procesos que se mencionaron anteriormente para producir minerales precursores de fosfato de calcio únicos que se pueden usar para formar un cemento o pasta de auto-fraguado . Una vez que se colocan en el cuerpo, estos cementos de fosfato de calcio (CPC) se volverán a absorber y se volverán a moldear (convertir) en hueso. Se puede mezclar un solo polvo que consista de minerales bifásicos de proporción Ca/P variable para producir pastas de auto-fraguado que se convierten en apatita carbonatada de tipo B (precursor mineral de hueso) in vivo. Se dicta el comportamiento de remodelación de una biocerámica de fosfato de calcio a hueso mediante la energética de la superficie de la cerámica y las interacciones resultantes con las células osteoclásticas en aproximación a la interfase. Las microestructuras únicas pueden producir la reactividad acelerada y, finalmente, la remodelación más rápida in vivo. La flexibilidad composicional en las partículas finas de esta invención, ofrece la reactividad ajustable in vivo. El tamaño y las características superficiales del cristalito de las modalidades que resultan de esta invención, son más parecidas a la "escala que se espera y familiares a las células que se encuentran en el cuerpo. Las mezclas de polvos que se derivan a partir de los procesos de esa invención, pueden tener una utilidad extraordinaria como cementos de fosfato (CPCs) . Por ejemplo, se pueden usar las partículas de fosfato de calcio que se preparan de conformidad con esta invención en cualesquier procedimientos ortopédico o dental conocidos por el uso del fosfato de calcio; los procedimientos de la reparación del defecto del relleno de hueso, relleno de defecto oncológico, relleno y reconstrucción de vacío craneomaxilo-facial, relleno de sitio de extracción dental y aplicaciones de liberación de fármacos potenciales.

Se anticipan usos numerosos. Los agentes de oxidación, agentes de reducción, proporciones, co-reactivos y otros acercamientos, productos de usos ejemplares se entenderán mejor mediante la guímica inorgánica a partir de una revisión de las reacciones químicas que se mencionaron anteriormente . Se indican los fosfatos de calcio para restauraciones biológicas, restauraciones dentales, medios de bioseparación y cromatografía de ion o proteína. Los fosfatos de metal de transición (Se, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu y Zn) tienen numerosos usos potenciales como pigmentos, fósforos, catalizadores, acopladores electromagnéticos, acopladores de microondas, elementos inductivos, zeolitas, vidrios, sistemas de contención de desperdicio nuclear y revestimientos. La adición de fosfatos de tierra rara puede llevar a usos como compuestos de intercalación, catalizadores, vidrios y cerámicas, radiofarmacéuticos, pigmentos y fósforos, agentes de imaginería médica, solidificación de desperdicio nuclear, electroóptica, cerámicas electrónicas, y modificaciones superficiales . Los fosfatos de aluminio y de circonia son candidatos ideales para los revestimientos de protección superficial, partículas abrasivas, agentes pulidores, cementos, y productos de filtración ya sea en forma granular o como revestimientos. Los fosfatos de álcali (Na, K, Rb, Cs) y de tierra alcalina (Be, Mg, Ca, Sr, Ba) generarían vidrios de baja temperatura ideales, cerámicas, biomateriales, cementos, vidrio para sellos de metal, y otros numerosos materiales de vidrio-cerámica, tales como porcelanas, vidrios dentales, vidrios electroópticos, vidrios láser, vidrios de índice refractivo específico y filtros ópticos.

EJEMPLOS Ejemplo 1 - Preparación del Polvo de Fosfato de Calcio de Temperatura Baja Novedoso Se combinó una solución acuosa de 8.51 gramos de ácido hipofosfórico, H3P02 (reactivo Alfa/Aesar #14142, CAS #6303-21-5) , al 50 por ciento en peso, equivalente al 71.95 por ciento en peso [P04]~3, con 8.00 gramos de agua destilada para formar una solución transparente, sin color en un vaso Pyrex de 250_ mililitros . Se agregaron a esta solución 22.85 gramos de sal de tetrahidrato de nitrato de calcio, Ca (N03) 2.4H20 (reactivo ACS, Aldrich Chemical Co . , Inc. #23,712-4, CAS #13477-34-4) , equivalentes a Ca al 16.97 por ciento en peso. La proporción molar de Ca/fosfato en esta mezcla fue de 3/2 y el nivel de sólidos equivalente [como Ca(P04)2] fue de 25.4 por ciento en peso. Se procedió la disolución endotérmica del tetrahidrato de nitrato de calcio bajo . condiciones de temperatura ambiente, formando eventualmente una solución homogénea. El calentamiento de esta solución por arriba de los 25°C inició una reacción en la cual la solución burbujeó vigorosamente mientras que emitía vapores acres de color rojo-café, característicos del N0X (g) . La muestra se convirtió en una masa pastosa, blanca la cual espumó y pulsó con la expulsión periódica de NO? (g) . Después de aproximadamente 2 minutos, la reacción estuvo esencialmente completa, dejando una masa pastosa, blanca la cual estaba tibio al tacto. Después de enfriar a la temperatura ambiente, se almacenó el sólido (A) en un frasco de polietileno. Tres días después de su preparación, se sumergieron unos cuantos gramos del sólido húmedo, pastoso en 30 mililitros de agua destilada, con el objetivo de "lavar" cualesquier componentes sin reaccionar, solubles en agua. Se masticó el sólido con una espátula con el objetivo de maximizar la exposición del sólido al agua. Después de aproximadamente 15 minutos, se recuperó el sólido sobre papel filtro y se almacenó el sólido (B) húmedo en un frasco de" polietileno. Se obtuvieron los patrones de difracción de rayos x (XRD) a partir de las muestra de polvo empaquetadas, usando la línea Cu-Ko¡ (?= 1.7889 angstroms) a partir de un instrumento de Rigaku Geigerflex que se corrió a 45 kV/30 mA usando una velocidad de rastreo de 3 grados/minuto sobre el rango angular de 20 desde 15-50° o más amplio. Se corrieron las muestras ya sea como se prepararon, o siguiendo el tratamiento de calor en aire en un horno de laboratorio ya sea Thermolyne tipo 47900 o un Ney modelo 3-550. Los resultados de la XRD son como siguen (ver las Figuras 3 , 4 , 5 , y 6 ) : Muestra Tratamiento de calor Fase Mayor Fase Menor Sin lavar (A) Como se preparó Indeterminada Sin lavar (A) 300°C, 1 h Monetita [CaHP04] Sin lavar (A) 500°C, 1 h Whitlockita [/3-Ca3(P04)2] CaH2P2Ov Sin lavar (A) 700°C, 1 h Whitlockita [|8-Ca3(P04)2] Hap[Ca5(P04)3(OH)] Lavada (B) Como se preparó Monetita [CaHP04] agua D.I. Lavada (B) 100°C, 1 h Monetita [CaHP04] agua D.I.

Se emitieron cantidades considerables de NOx ,g^ durante el disparo de las muestras a o por arriba de 300°C.

Ejemplo 2 - Preparación del Polvo de Fosfato de Calcio de Temperatura Baja Novedoso Se repitió el Ejemplo 1 usando cinco veces los pesos t reactivos que se indicaron. Se contuvieron los reactivos en un plato de cristalización Pyrex de 5-1/2" de diámetro sobre un plato caliente sin agitación. El calentamiento de la solución del reactivo homogénea por arriba de los 25°C inició una reacción exotérmica la cual emitió vapores de color rojo-café, característicos del NOx (g) . Después de unos cuantos minutos después del inicio de la reacción, la muestra se convirtió en una masa pastosa, blanca la cual continuó emitiendo NOx (gj durante varios minutos . Después de aproximadamente cinco minutos, la reacción estuvo esencialmente completa, dejando una masa sólida, pastosa la cual estaba tibio al tacto. Se enfrió este sólido a la temperatura ambiente bajo condiciones ambientales, durante aproximadamente 20 minutos y se dividió en dos porciones antes del tratamiento por calor. Se condujo el tratamiento por calor y la difracción de rayos x de ese sólido, como se describe en el Ejemplo 1. Después del tratamiento por calor en aire, la XRD indicó que los sólidos que se dispararon estaban compuestos de: Muestra Tratamiento de Fase Mayor Fase Menor calor (A) 500°C, lh Whitlockita [ 3-Ca3(P04)2] Hap[Ca5(P04)3(0 (B) 700°C, 1 h HAp[Ca5(P04)3(0H)] Whitlockita [ß- Ca3(P04)2] Ejemplo 3 - Preparación del Polvo de Fosfato de Calcio de Temperatura Baja Novedoso Se combinó una solución acuosa de 8.51 gramos de H3P02 al 50 por ciento en peso, con 8.00 gramos de solución acuosa al 25.0 por ciento en peso de monohidrato de acetato de calcio, Ca (02CCH3) 2»H20 (reactivo ACS, Aldrich Chemical Co., Inc. #40,285-0, CAS 5743-26-0), equivalente a Ca al 5.69 por ciento en peso, para dar una solución transparente, sin color que se contuvo en un vaso Pyrex de 250 mililitros. Se agregaron a esta solución 20.17 gramos de sal de Ca (N03) 2»4H20. La proporción molar de "Ca/fosfato en esta mezcla fue de 3/2 y el nivel de sólidos equivalentes [como Ca3(P04)2] fue de 27.3 por ciento en peso. La disolución endotérmica de la sal de tetrahidrato de nitrato de calcio procedió, dando una solución homogénea una vez que se calentó la solución a la temperatura ambiente . El calentamiento adicional de esta solución a >25°C sobre un plato caliente, inició una reacción que procedió como se describe en el Ejemplo 1. Después de aproximadamente tres minutos, la reacción estuvo esencialmente completa, dejando un sólido húmedo, blanco, desmoronadizo, el cual estaba caliente al tacto y el cual olía a ácido acético. Después de enfriarlo a la temperatura ambiente, se almacenó el sólido en un frasco de polietileno. Se condujeron el tratamiento por calor y el análisis de difracción de rayos x como se describe en el Ejemplo 1. Después del tratamiento por calor en aire a 500 °C durante ya sea 0.5 o 1 hora, la XRD indicó que el sólido estaba compuesto de whitlockite como la fase primaria, junto con la hidroxiapatita como la fase secundaria. Los resultados de la XRD indican que la proporción relativa de las dos fases del fosfato de calcio dependieron de la duración del tratamiento de calor y la presencia del anión de acetato, pero no se hicieron intentos para cuantificar la dependencia.

Calentada a 500°C, 1 h (Mayor) Whitlockita [/3-Ca3 (P04) 2] (menor) Ca5 (P04) 3_x (C03) x (OH) La comparación de los espectros de la XRD en las Figuras 7 y 8, muestra la diferencia en la cantidad de la "fase de la HAp-Ca5 (P04) 3_?(C03)?(0H) presente para cada fase menor del Ejemplo 1 (el cual no tenía acetato) y el Ejemplo 3 (con acetato presente), respectivamente. Esto indica el efecto del contraanión en la formación del cristal. Se obtuvieron los espectros Infrarrojos de Transformación de Fourier (FTIR) , usando un instrumento de Nicolet (modelo número 5DXC) gue se corrió en el modo de reflectancia difusa sobre un rango de 400 a 4000 cm -i Se confirma la presencia de la forma carbonatada de la HAp mediante los espectros FTIR en la Figura 8 (400 a 1600 cm"1) y de [C03] "2 (880, 1400 y 1450 cm"1) . El tramo P=0, que indica el pico fuerte a 1150-1250 cm"1, sugiere una perturbación estructural de la hidroxiapatita mediante el ion de carbonato.

Ejemplo 4 - Si02 coloidal añadido a mezclas de fosfato de calcio mediante RPR. Se añadió lentamente un alícuota de 8.00 gramos, 34.0 por ciento en peso de hidrosol de Si02 (Nalco Chemical Co., Inc. #1034A, lote # B5G453C) , a 8.51 gramos, 50 por ciento en peso de solución acuosa de H3P02 con agitación rápida, para dar una dispersión coloidal homogénea, poco turbia. A esta dispersión se añadieron 22.85 gramos de sal de Ca (N03) 2 - 4H20, de tal manera que la proporción molar de calcio/fosfato en la mezcla fue de 3/2. Procedió la disolución endotérmica del tetrahidrato de nitrato de calcio, dando una dispersión coloidal homogénea una vez que se calentó la muestra a la temperatura ambiente . El Si02 no se floculó a pesar de la elevada acidez y la resistencia iónica en la muestra. El calentamiento de la muestra en una placa caliente a >25°C inició una reacción como se describió en el Ejemplo 1. Se almacenó el sólido blanco, pastoso resultante en un frasco de polietileno. Se condujo el tratamiento con calor y la difracción de rayos X de este sólido como se describió en el Ejemplo.1. Después del tratamiento con calor en aire a 500°C durante 1.0 hora, el XRD indicó que el sólido estaba compuesto de whitlockita más hidroxiapatita.

Calentado a 300°C. 2 H (Mayor) Pirofosfato de Calcio [Ca^O?] (Menor) Fosfato de octacalcio [Ca4H(P04)3-2H20] Calentado a 500°C. 1 H (Mayor) Whitlockita [d-Ca3(P04)2] (Menor) HAp [Ca5(P04)3(0H)] Ejemplo 5 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Calcio a Baja Temperatura. Se repitió el Ejemplo 1 con la adición de 10.00 gramos de dihidrato de fosfato de dicalcio, DCPD, CaHP04 • 2H20 (Aldrich Chemical Co., Inc. #30,765-3, CAS #7789-77-7) a la solución homogénea, después de la disolución endotérmica de la sal de nitrato de calcio. El DCPD estuvo presente tanto como sólidos suspendidos y como material precipitado (no se usó ninguna agitación) . El calentamiento de la muestra a >25°C inició una reacción exotérmica, como se describió en el Ejemplo 1, dando como resultado la formación de un sólido blanco, pastoso. Se condujo el tratamiento con calor y la difracción de rayos X de este sólido como se describió en el Ejemplo 1. Después del tratamiento con calor en aire a 500°C durante 1.0 hora, el XRD indicó gue el sólido estaba compuesto de whitlockita como la fase primaria, junto con pirofosfato de calcio (Ca2P207) como la fase secundaria.

Calentado a 500°C, 1 H (Mayor) Whitlockita [3-Ca3(P04)2] (Menor) Ca^O? Ejemplo 6 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Zinc a Baja Temperatura. Se preparó una solución acuosa de 8.51 gramos, 50 por ciento en peso de H3P02 en 8.00 gramos de agua destilada, como se describió en el Ejemplo 1. A esta solución se añadieron 28.78 gramos de sal de hexahidrato de nitrato de zinc, Zn(N03)2-6H20 (reactivo ACS, Aldrich Chemical Co. , Inc. #22,873-7, CAS #10196-18-6) , equivalentes a 21.97 porciento en peso de Zn. La proporción molar de Zn/fosfato en esta mezcla era de 3/2, y el nivel de sólidos equivalente [como Zn3(P04)2] era del 27.5 por ciento en peso. Procedió la disolución endotérmica del hexahidrato de nitrato de zinc, dando una solución homogénea, una vez que se calentó la muestra a la temperatura ambiente. El calentamiento adicional de esta solución a >25°C en una placa caliente inició una reacción en la cual la solución despidió emanaciones picantes rojo-cafés de NOx (g) . La reacción continuó durante aproximadamente 10 minutos, mientras que la muestra permaneció como una solución clara, incolora, reducida de alguna manera durante un período de cinco minutos, después se recuperó vigorosamente, dando como resultado finalmente la formación de una masa de sólido blanco húmedo, algo del cual era muy adherente a las paredes del vaso de laboratorio Pyrex tjue se usó como un recipiente de reacción. Se permitió que se enfriara el sólido caliente a la temperatura ambiente, y se almacenó en un frasco de polietileno. Se condujo el tratamiento con calor y la difracción de rayos X de este sólido como se describió en el Ejemplo 1. Después del tratamiento con calor en aire a 500 °C durante 1 hora, el XRD indicó que el sólido estaba compuesto de Zn3(P04)2 (ver la FIGURA 10) .

Calentado a 500 °C, 1 H (Mayor) Zn3(P04)2 Ejemplo 7 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Hierro a Baja Temperatura. Se combinó una solución acuosa de 17.50 gramos, 50 por ciento en peso de H3P02, con 15.00 gramos de agua destilada, para formar una solución clara, incolora, contenida en un vaso de laboratorio Pyrex de 250 mililitros en una placa caliente/agitador. A esta solución se añadieron 53.59 gramos de sal de nonahidrato de nitrato férrico, Fe (N03) 3-9H20 (reactivo ACS, reactivo Alfa/Aesar #33315, CAS #7782-61-8) , equivalente a 13.82 por ciento en peso de Fe. La proporción molar de Fe/fosfato en la mezcla fue de 1/1 y el nivel de sólidos equivalente [como FeP04] fue del 23.2 por ciento en peso. Procedió parcialmente la disolución térmica de la sal de nonahidrato de nitrato férrico, con el calentamiento gradual de la mezcla de reacción, formando eventualmente una solución lavanda pálido 'más sal no disuelta. A una temperatura de >25°C, se inició una reacción exotérmica, que emitió N0X (g) . Esta reacción continuó durante aproximadamente 15 minutos, tiempo durante el cual la mezcla de reacción se volvió como jarabe en viscosidad. Con la reacción continua, se empezó a formar algún sólido_ amarillo pálido en la parte inferior del vaso de laboratorio. Después de aproximadamente 40 minutos de reacción, se permitió que la muestra se enfriara a la temperatura ambiente. El producto consistió de una mezcla no homogénea de sólido amarillo de baja densidad en la parte superior del vaso de laboratorio, un líquido café con la consistencia de caramelo en el centro de la masa del producto, y un sólido color arena en la parte inferior del vaso de laboratorio. Se recolectaron los sólidos como muestras separadas hasta donde fue posible. Se condujo el tratamiento con calor y la difracción de rayos X del sólido recolectado de la parte superior del vaso de laboratorio como se describió en el Ejemplo 1. Después del tratamiento con calor en aire a 500 °C durante 1 hora, el XRD indicó que el sólido estaba compuesto de graftonita [Fe3(P04)2] más algún material amorfo, sugiriendo que el tratamiento con calor no fue suficiente para inducir la cristalización completa de la muestra (ver la FIGURA 11) .

Calentado a 500°C, 1 H (Mayor) Graftonita [Fe3(P04)2] Aparentemente ocurrió algún mecanismo mediante»', el cual se redujo el Fe3- a Fe2+, Ejemplo 8 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Calcio a Baja Temperatura. Se combinó una solución acuosa de 19.41 gramos, 50 por ciento en peso de H3P02 con 5.00 gramos de agua destilada para formar una solución clara, incolora contenida en un vaso de laboratorio Pyrex de 250 mililitros. A esta solución se añadieron 34.72 gramos de Ca (N03) 2 -4H20. La proporción molar de Ca/fosfato en esta mezcla fue de 1/1, y el nivel de sólidos equivalente [como CaHP04] fue del 33.8 por ciento en peso. Procedió la disolución térmica del tetrahidrato de nitrato de calcio bajo condiciones de temperatura ambiente, formando eventualmente una solución homogénea, una vez que la muestra se calentó a la temperatura ambiente. El calentamiento de esta solución arriba de los 25°C inició una reacción exotérmica vigorosa que dio como resultado la emisión de NOx , ^ , el rápido incremento de la temperatura de la muestra a >100°C, y la espumación extensa de la mezcla de reacción sobre la orilla del vaso de laboratorio, presumiblemente debido a la ebullición instantánea del agua a la elevada temperatura de reacción. Después del enfriamiento a la temperatura ambiente, se recolectó el producto de la reacción como una espuma seca, blanca que se consolidó mediante trituración a un polvo. Se condujo el tratamiento con calor y la difracción de rayos X de este sólido como se describió en el Ejemplo 1. Los resultados son como sigue: Calentado a 300°C. 2 H (Mayor) Ca^O? (Menor) Fosfato de octacalcio [Ca4H(P04)3-2H20] Calentado a 500°C. 1 H (Mayor) Ca^Oy Ejemplo 9 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Calcio a Baja Temperatura. Se repitió el Ejemplo 3 usando diez veces los pesos indicados de reactivos. Los reactivos estaban contenidos en un plato de cristalización Pyrex de 5-1/2" en una placa caliente/agitador. Se agitaron continuamente los reactivos durante las etapas de disolución y reacción. La reacción química que se inició mediante el calentamiento de la solución a >25°C dio como resultado la emisión de NOx (g) durante muchos minutos, sin ningún efecto aparente en la estabilidad del sistema, es decir, la solución permaneció clara e incolora, sin ninguna evidencia de formación de sólidos. Después de reducción durante muchos minutos, la reacción se recuperó con intensidad incrementada, dando como resultado la generación voluminosa de NOx (g) y la rápida aparición de un material sólido pastoso blanco. El recipiente y el producto de reacción estaban, ambos, calientes a partir del exotermo de reacción. Se enfrió el producto en el aire a un sólido blanco desmoronadizo que se almacenó en un frasco de polietileno. Se condujo el tratamiento con calor y la difracción de rayos X de este sólido como se describió en el Ejemplo 1.

Después del tratamiento con calor en aire a 500°C durante ya sea 0.5 ó 1.0 hora, el XRD indicó que el sólido estaba compuesto de whitlockita como la fase primaria, junto con hidroxiapatita como la fase secundaria. Los resultados de XRD indican que la proporción relativa de las dos fases de fosfato de calcio era dependiente de la duración del tratamiento con calor, pero no se hizo ningún intento para cuantificar la dependencia .

Calentado a 500°C, 1 H (Mayor) Whitlockita [/3-Ca3(P04)2] (Menor) Ca5(P04)3.x(C03)x(OH) Ejemplo 10 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Aluminio a Baja Temperatura. Se combinó una solución acuosa de 10.82 gramos, 50 por ciento en peso de H3P02, con 2.00 gramos de agua destilada para formar una solución clara, incolora, contenida en un vaso de laboratorio de 250 mililitros. A esta solución se añadieron 30.78 gramos de sal de nonahidrato de nitrato de aluminio, Al (N03) 3- 9H20 (reactivo ACS, reactivo Alfa/Aesar #36291, CAS #7784-27-2), equivalentes a 7.19 por ciento en peso de Al. La proporción molar de Al/fosfato en la mezcla fue de l/l , y el nivel de sólidos equivalente [como A1P04] era del 22.9 por ciento en peso. Procedió la disolución endotérmica del nonahidrato de nitrato de aluminio, dando una solución homogénea, una vez que se calentó la muestra a la temperatura ambiente. El calentamiento adicional de esta solución a >25°C en una placa caliente inició una reacción en la cual la solución despidió vigorosamente emanaciones picantes rojo-cafés de N0X (g) . La reacción continuó durante aproximadamente 15 minutos, durante los cuales se incrementó considerablemente la viscosidad de la solución antes de la formación de un sólido blanco. Se condujo el tratamiento con calor y la difracción de rayos X de este sólido como se describió en el Ejemplo 1. Después del tratamiento con calor en aire a 500 °C durante 1 hora, el XRD indicó que el sólido estaba compuesto de A1P04 más algún material amorfo, sugiriendo que no fue suficiente el tratamiento con calor para inducir la cristalización completa de la muestra (ver la FIGURA 12) .

Ejemplo 11 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Calcio a Baja Temperatura. Se combinó una solución acuosa de 8.06 gramos, 50 por ciento en peso de reactivo H3P02 con 6.00 gramos de agua destilada, para formar una solución clara, incolora en un vaso de laboratorio Pyrex de 250 mililitros en una placa caliente/agitador. A esta solución se añadieron 19.23 gramos de Ca (N03) 2 -4H20. La proporción molar de Ca/fosfato en esta muestra fue de 4/3, y el nivel de sólidos equivalente [como fosfato de octacalcio, Ca8H2 (P04) 6-5H20] fue del 30.0 por ciento en peso. Procedió la disolución endotérmica del tetrahidrato de nitrato de calcio bajo condiciones ambientales, formando evéntualmente una solución homogénea, una vez que la muestra se calentó a la temperatura ambiente . El calentamiento de la solución arriba de los 25°C inició una reacción exotérmica vigorosa, como se describió en el Ejemplo 1. Después de aproximadamente tres minutos, la reacción estuvo esencialmente completa, dejando un sólido pastoso, húmedo, blanco. Se condujo el tratamiento con calor y la difracción de rayos X de este sólido como se describió en el Ejemplo 1. Después del tratamiento con calor en aire a 500 °C durante 0.5 horas, el XRD indicó que el sólido estaba compuesto de whitlockita como la fase primaria, junto con hidroxiapatita como la fase secundaria. No hubo ninguna evidencia de la formación de fosfato de octacalcio (OCP) , a pesar de la estoiquiometría inicial de la muestra. Este resultado sugiere que_(a) son necesarios tratamientos con calor alternantes para cristalizar el fosfato de octacalcio y/o (b) en el polvo intermedio está presente un exceso de Ca .

Calentado a 500°C, 0.5 h (Mayor) Whitlockita [/3-Ca3(P04)2] (Menor) HAp Ca5(P04)3(0H) Ejemplo 12 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Calcio a Baja Temperatura. Se repitió el Ejemplo 11, excepto que no se usó agua destilada en la preparación de la mezcla de reacción. El calentamiento de la solución homogénea arriba de 25°C inició una reacción exotérmica, como se describió en el Ejemplo 11. Después de aproximadamente tres minutos, la reacción estaba esencialmente completa dejando un sólido húmedo, pastoso, blanco . Se condujo el tratamiento con calor y la difracción de rayos X de este sólido como se describió en el Ejemplo 1. Después del tratamiento con calor en aire a 500°C durante 0.5 horas, el XRD indicó que el sólido estaba compuesto de pirofosfato de calcio (Ca2P207) .

Calentado a 500°C, 0.5 h (Mayor) Ca^O, Ejemplo 13 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Calcio Hidrotérmico (HYPR) a Baja Temperatura. Se preparó una solución acuosa de 50 por ciento en peso de tetrahidrato de nitrato de calcio, Ca (N03) 2-4H20 (reactivo ACS, Aldrich Chemical Co . , Inc. #23,712-4, CAS #13477-34-4), por medio de disolver 250.0 gramos de la sal en 250.0 gramos de agua destilada. Esta solución era equivalente a 8.49 por ciento en peso de Ca . Se añadió un total de 47.0 gramos de esta solución, con agitación rápida, a una solución acuosa de 50 por ciento en peso de monohidrato de hipofosfito de sodio. También se preparó NaH2P02-H20 (reactivo Alfa/Aesar #14104, CAS #10039-56-2) por medio de disolver 250.0 gramos de la sal en 250.0 gramos de agua destilada. La solución de hipofosfito de sodio fue equivalente a 44.80 por ciento en peso de [P04] " . Después se diluyó la solución clara, incolora de nitrato de calcio e hipofosfito de sodio con 40.3 gramos de agua destilada. La proporción molar de Ca/fosfato en esta mezcla fue de 5/3, y el nivel de sólidos equivalente [como Ca5 (P04) 3 (OH) (hidroxiapatita)] era del 10.0 por ciento en peso. Se trató la muestra hidrotérmicamente, usando un reactor de banco de alta presión agitado de 300 ce de volumen (Modelo no. 4561 Mini Reactor, Parr Instrument Co., Moline, IL 61265), equipado con un controlador de temperatura/unidad de tacómetro digital (Modelo no. 4842, Parr Instrument Co.) y medidor de presión de cuadrante. Todas las partes mojadas del reactor se fabricaron de acero inoxidable tipo 316. Ordinariamente, el tipo 316SS no es el material de elección para sistemas ácidos inorgánicos tales como los precursores de solución que se usaron en esta invención, puesto que el ácido fosfórico puede atacar al acero inoxidable a temperaturas y presiones elevadas. Sin embargo, en la práctica de esta invención, se evitó el contacto directo (es decir, remojo) de las superficies del reactor, a través del uso de un revestimiento de vidrio Pyrex.

Solamente se sumergieron el agitador y el forro del termopar en las soluciones de reacción, y no se observó ninguna corrosión. En adición, se asumió que la elevada concentración de iones de nitrato en la mezcla de reacción proporcionó un ambiente de pasividad para el tipo 316SS. Se colocaron cien gramos (aproximadamente 100 mililitros) de la solución de nitrato de calcio - hipofosfito de sodio en el revestimiento Pyrex del reactor, y se llenó el espacio intermedio entre _ el revestimiento de vidrio y el recipiente del reactor con agua destilada, al nivel de la muestra. Esto aseguró la máxima -transferencia de calor a la muestra, puesto que el reactor se calentó externamente mediante una manta eléctrica. El volumen de la muestra de aproximadamente 100 mililitros dejó suficiente espacio cabezal en el reactor, para acomodar la expansión de la solución a temperaturas elevadas. Se selló el reactor mediante la compresión de un empaque de Teflón. El calentamiento del reactor se realizó a la máxima velocidad del controlador a un punto de ajuste de 202°C, con agitación (500 revoluciones por minuto) constante. El perfil de calentamiento, según se supervisó mediante un termopar sumergido en la mezcla de reacción, fue como sigue: Después de mantener a 200 +/- 3°C durante 12 minutos, rápidamente se incrementó la temperatura a 216°C con un incremento resultante en la presión del reactor a aproximadamente 330 psi. Este evento exotérmico rápidamente se calmó, según se hizo evidente por la rápida caída en la temperatura del reactor a 208 °C dentro de los siguientes dos minutos, a medida que el reactor Parr se acercaba al equilibrio térmico mediante un proceso casi adiabático. Después de 15 minutos a 200°C, se quitó el reactor de la manta de calentamiento, se refrescó en un baño de agua fría, y se abrió después de que se desahogó el espacio cabezal a la presión ambiental . En el revestimiento de vidrio estuvo presente un precipitado blanco. Se recolectó el sólido mediante filtración al vacío en un filtro de membrana de 0.45 mieras (Millipore, Inc., Bedford, MA, 01730), se lavó muchas veces con agua destilada, y se secó a aproximadamente 55°C en un horno de convección forzada. Se condujo la difracción de rayos X de este sólido como se describió en el Ejemplo 1. Los resultados de la difracción de rayos X indican un patrón de difracción único, no identificable. Ver la FIGURA 13.

Ejemplo 14 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Calcio Hidrotérmiso (HYPR) a Baja Temperatura. Se repitió el Ejemplo 13, excepto que se añadieron 40.3 gramos de solución de 1.0 M de NaOH, con agitación rápida, a la solución homogénea de nitrato de calcio e hidrofosfito de sodio, en lugar del agua destilada. Esta adición base dio como resultado la formación de una dispersión blanca lechosa, presumiblemente debido a la precipitación de Ca(OH)2. Se procesó hidrotérmicamente la muestra como se describe en el Ejemplo 13, con el punto de ajuste de la temperatura a 207°C. La rampa de temperatura a 160°C (25 minutos) fue como se indicó para el Ejemplo 13. A 30 minutos den la corrida, ocurrió un exotermo, provocando que la temperatura de la mezcla de reacción se elevara a un máximo de 221°C dentro de los siguientes cinco minutos, con un incremento de presión correspondiente a 370 psi. A 38 minutos en el experimento, se refrescó el reactor a la temperatura ambiente. El producto de reacción consistió de una pequeña cantidad de precipitado blanco. Se recolectó el material como se describió en el Ejemplo 13. La difracción de rayos X de la muestra seca se condujo como se describió en el Ejemplo 1. Los resultados de XRD indicaron que el sólido estaba formado del mismo patrón no identificable (fase de cristal) que se encontró en el Ejemplo 13,. y cantidades menores de HAp- [Ca5 (P04) 3 (OH) ] . (Ver la FIGURA 14) .

Ejemplo 15 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Calcio Hidrotérmico (HYPR) a Baja Temperatura. Se diluyó un total de 47.0 gramos de una solución acuosa al 50 por ciento en peso de tetrahidrato de nitrato de calcio, con 53.0 gramos de agua destilada. Después se hicieron en lechada 6.00 gramos de sal de hipofosfito de calcio, Ca(H2P02)2 (reactivo Alfa/Aesar #56168, CAS #7789-79-9), equivalentes a 23.57 por ciento en peso de Ca, y 111.7 por ciento en peso de [P04]~3, en la solución de Ca(N03)2, usando agitación rápida. Una cantidad desconocida del hipofosfito de calcio permaneció sin disolverse en la muestra a la temperatura ambiente. Es desconocido el comportamiento de solubilidad de la solución de Ca(H2P02)2 en el Ca(N03)2 a temperaturas elevadas. La proporción molar de Ca/fosfato en este sistema fue de 1.91. Esta muestra se procesó hidrotérmicamente como se describió en el Ejemplo 13, con el punto de ajuste de temperatura a 212 °C. La rampa de temperatura a 200 °C fue como se indicó para el Ejemplo 13. A 39 minutos en la corrida, ocurrió un exotermo, provocando que la temperatura de la mezcla de reacción se elevara a un máximo de 252 °C dentro de los siguientes tres minutos, con un incremento correspondiente en la presión a 640 psi. A 44 minutos en el experimento, se refrescó el reactor a la temperatura ambiente. El producto de reacción apareció como un precipitado blanco voluminoso más algunos sólidos suspendidos. Se recolectó el material como se describió en el Ejemplo 13. Se condujo la difracción de rayos X del sólido seco como se describió en el Ejemplo 1. El XRD indicó que el sólido era monetita, CaHP04, ver la FIGURA 15. La única morfología de cristal se ilustra en la representación del micrógrafo de electrones de exploración en la FIGURA 2. Las mezclas de los polvos de RPR e HYPR descritos anteriormente son útiles en la formación de cementos de fosfato de calcio auto fraguado, para la reparación de defectos dentales y ortopédicos. También se puede añadir la adición de componentes específicos y líquidos de solubilización, para formar las construcciones de mineral de hueso precursoras de esta invención.

Ejemplo 16 - Novedosa Composición de Cemento. Se mezclaron aproximadamente 1.4 gramos de una solución alcalina (7 molar) , formada usando NaOH y agua destilada, con 1.1 gramos de monetita HYPR [Ejemplo 15] y 1.1 gramos de RPR /3-TCP-HAp (C03) [Ejemplo 3] en un mortero de vidrio y se_ _trituraron durante ~45 segundos. Después de mezclarlos, se formó una pasta suave, la cual se vació dentro de una jeringa de polipropileno de 3 mililitros, y se selló durante 20 minutos sin que se perturbara. Se observó fraguado a la temperatura ambiente después de 20 minutos, lo cual se indicó por el uso de una aguja Gilmore de 454 gramos. Se analizó el cemento endurecido mediante difracción de rayos X, lo cual reveló una conversión _ a apatita carbonatada primariamente tipo B, que es la fase precursora de mineral de hueso deseada (ver la FIGURA 16) : Cemento XRD revelado (Mayor) Ca5(P04)3_x(C03)x(OH) (Menor) Whitlockita [/3-Ca3(P04)2] Ejemplo 17 - Novedosa Composición de Cemento. Se formó una solución madre con la solución de aproximadamente 7 M de NaOH que se usó en el Ejemplo 1, y ácido poliacrílico (PAA) al 1.0 por ciento. Se usó el PAA como un aditivo de fraguado de quelación y agente de humedad. Se usó la solución anterior con muchas combinaciones de polvo para formar cementos de fraguado. Se mezcló una mezcla de polvo al 50/50 de monetita HYPR [Ejemplo 15] y RPR /3-TCP-HAp (COs) [Ejemplo 3], aproximadamente 0.7 gramos, con una espátula de vidrio en una placa de vidrio con 0.39 gramos de la solución de PAA al 1 por ciento-NaOH (proporción de polvo a líquido = 1.73) . Se extruyó el cemento a través de una jeringa de 3 mililitros y se fraguó después de que se dejó sin perturbación durante 20 minutos a la temperatura ambiente (23 °C) .

Ejemplos 18-34: * = Tiempo de Fraguado a 37°C, 98 % de Humedad Relativa Monetita HYPR = monetita HIdrotérmicamente PRocesada (CaHP04) RPR = Reacción de Precipitación por reducción-oxidación. vidrio 45S5# = {24.5 % de CaO- 24.5% de Na20-6 % de P2Os- 45% de Si02 (por ciento en peso) } . PAA = Acido poliacrílico. /3-TCP comercial de Clarkson Chromatography Products, Inc. (S. Williamsport, PA) .

Ejemplo 35 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Neodimio a Baja Temperatura. Se diluyó una solución acuosa de 11.04 gramos de 50 por ciento en peso de H3P02, con 5.00 gramos de agua destilada, para formar una solución clara, incolora, contenida en un vaso de laboratorio de resina de fluoropolímero de 250 mililitros, en una placa caliente/agitador magnético. A esta solución se añadieron 36.66 gramos de sal de hexahidrato de nitrato de neodimio, Nd (N03) 3-6H20 (reactivo Alfa/Aesar #12912 , CAS #16454-60-7), equivalentes a 32.90 por ciento en peso de Nd. La proporción molar del Nd/P en esta mezcla era de 1/1, y el nivel de sólidos equivalente (como NdP04) era del 38 por ciento en peso. Procedió la disolución endotérmica de la sal de hexahidrato de nitrato de neodimio, con el calentamiento gradual de la mezcla de reacción, formando eventualmente una solución lavanda clara, homogénea a la temperatura ambiente. El calentamiento de esta solución con agitación constante a aproximadamente 70 °C, inició una reacción endotérmica vigorosa gue dio como resultado la emisión de NOx ,g^ , el rápido incremento de la temperatura de la muestra a aproximadamente 100°C, y finalmente, la formación de una masa lavanda pastosa. Se condujo el tratamiento con calor del sólido pastoso y el subsecuente análisis por difracción de rayos X del sólido encendido, como se describió en el Ejemplo 1. Los _ resultados son como sigue (ver las FIGURAS 18A y B) : Calentado a 500°C. 45 min (Mayor) Hidrato de fosfato de Neodimio [NdPO4-0.5H2O] Calentado a 700°C. 45 min (Mayor) Monazita-Nd[NdPQ4] Ejemplo 36 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Cerio a Baja Temperatura. Se diluyó una solución acuosa de 11.23 gramos de 50 por ciento en peso de H3P02, con 5.00 gramos de agua destilada, para formar una solución clara, incolora, contenida en un vaso de laboratorio de resina de fluoropolímero de 250 mililitros, en una placa caliente/agitador magnético. A esta solución se añadieron 36.94 gramos de sal de hexahidrato de nitrato de cerio, Ce (N03) 3-6H20 (reactivo Johnson-Matthey #11329-36), equivalentes a 32.27 por ciento en peso de Ce. La proporción molar del Ce/P en esta mezcla era de l/l, y el nivel de sólidos equivalente (como CeP04) era del 37.6 por ciento en peso. Procedió la disolución endotérmica de la sal de hexahidrato de nitrato de neodimio, con el calentamiento gradual de la mezcla de reacción, formando eventualmente una solución incolora homogénea, clara a la temperatura ambiente. El calentamiento de esta solución con agitación constante a aproximadamente 65 °C, inició una reacción endotérmica vigorosa que dio como resultado la emisión de N0X (g) , el rápido incremento de la temperatura de la muestra a aproximadamente > 100 °C, y finalmente, la formación de una masa gris suave pastosa. Se condujo el tratamiento con calor del sólido pastoso y el subsecuente análisis por difracción de rayos X del sólido encendido, como se describió en el Ejemplo 1. Los resultados son como sigue (ver la FIGURA 18C) : Calentado a 700°C. 45 min (Mayor) Monazita-Ce[CeP04] Ejemplo 37 - Novedosa Preparación en Polvo de Fosfato de Itrio a Baja Temperatura. Se diluyó una solución acuosa de 14.36 gramos de 50 por ciento en peso de H3P02, con 5.00 gramos de agua destilada, para formar una solución clara, incolora, contenida en un vaso de laboratorio de resina de fluoropolímero de 250 mililitros, en una placa caliente/agitador magnético. A esta solución se añadieron 41.66 gramos de sal de hexahidrato de nitrato de itrio, Y(N03)3-6H20 (reactivo Alfa/Aesar #112898 , CAS #13494-98-9) , equivalentes a 23.21 por ciento en peso de Y. La proporción molar del Y/P en esta mezcla era de l/l, y el nivel de sólidos equivalente (como YP04) era del 32.8 por ciento en peso. Procedió la disolución endotérmica de la sal de hexahidrato de nitrato de itrio, con el calentamiento gradual de la mezcla de reacción, formando eventualmente una solución incolora homogénea, clara a la temperatura ambiente. El calentamiento de esta solución con agitación constante a aproximadamente 75 °C, inició una reacción endotérmica vigorosa que dio como resultado la emisión de N0X (g) , el rápido incremento de la temperatura de la muestra a aproximadamente > 100°C, y finalmente, la formación de una masa blanca pastosa. Se condujo el tratamiento con calor del sólido pastoso y el subsecuente análisis por difracción de rayos X del sólido encendido, como se describió en el Ejemplo 1. Los resultados son como sigue (ver la FIGURA 18D) : Calentado a 700°C. 45 min (Mayor) Xenotima[YP04] E j emplo 38 Se pueden hacer una amplia variedad de minerales de conformidad con la presente invención. En las siguientes dos tablas, se enlistan los agentes de oxidación y de reducción. Se puede hacer reaccionar cualquiera de los oxidantes con_ cualquiera de los agentes de reducción enlistados y, de hecho, se pueden emplear mezclas de cada uno. Se empleará la estoiquiometría apropiada, de tal manera que se provoque que proceda la reacción mencionada anteriormente. También se especifican los posibles aditivos y rellenos para las reacciones. Se dan los productos esperados así como algunos de los campos esperados de aplicación para los productos. Se espera que todos los siguientes generalmente sigan la metodología de algunos o todos los Ejemplos anteriores.

Los minerales preparados anteriormente se pueden usar en una amplia diversidad de aplicaciones. Los ejemplos de esta aplicaciones son en pigmentos, fósforos, agentes fluorescentes, aditivos de pintura, gemas sintéticas, medios de cromatografía, medios de depuradores de gases, medios de filtración, medios de bioseparación, zeolitas, catalizadores, soportes catalíticos, cerámicas, vidrios, cerámicas de vidrio, cementos, cerámicas electrónicas, cerámicas piezoeléctricas, biocerámicas, granulos de techado, revestimientos protectores, revestimientos de retardo de percebe, solidificación de desecho, solidificación de desecho nuclear, abrasivos, agentes pulidores, radiofarmacéuticos, formación de imágenes médicas y agentes de diagnóstico, liberación de fármacos, excipientes, excipientes en tabletas, materiales dentales y ortopédicos bioactivos y revestimientos bioactivos, rellenos compuestos, aditivos compuestos, aditivos de ajuste de viscosidad, aditivos de terminación de papel, revestimientos ópticos, revestimientos de vidrio, filtros ópticos, fertilizantes, nutriente (s) de tierra, aditivos .

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para preparar una sal de cuando menos un catión de metal y cuando menos un oxoanión, que comprende: a. Preparar una solución acuosa de i. el catión de metal; ii. cuando menos un agente de oxidación; y iii. cuando menos un anión precursor oxidable mediante el agente de oxidación, para formar dicho oxoanión; b. calentar la solución bajo condiciones de temperatura y presión efectivas para iniciar una reacción de oxidación-reducción entre el agente de oxidación y el anión precursor; c . la reacción emitiendo cuando menos un producto gaseoso; y dando origen al oxoanión; d. la sal precipitándose a partir de la solución.

2. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque también comprende el paso de calentar la sal, para conferir una transición de fase y/o cristalización después del mismo.

3. El método de la reivindicación 1, en donde el agente de oxidación es nitrato, y el producto gaseoso es un óxido de nitrógeno.

4. El método de la reivindicación 1, en donde el producto gaseoso es N02.

5. El método de la reivindicación 1, en donde dicha sal es sustancialmente homogénea.

6. El método de la reivindicación 1, en donde la sal es un fosfato de calcio.

7. El método de la reivindicación 1, en donde el calentamiento es a una temperatura de hasta aproximadamente 250°C.

8. El método de la reivindicación 1, en donde la solución comprende un alcohol .

9. El método de la reivindicación 1, en donde cuando menos uno de los aniones precursores es un oxoanión que contiene fósforo.

10. El método de la reivindicación 1, en donde cuando menos un anión precursor es un hipofosfito.

11. El método de la reivindicación 1, en donde el catión de metal forma parte del agente de oxidación.

12. El método de la reivindicación 1, en donde dicho agente de oxidación y el catión de metal comprenden un nitrato de metal .

13. El método de la reivindicación 1, en donde cuando menos un catión precursor es Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag ó Hg monovalente .

14. El método de la reivindicación 1, en donde cuando menos un catión precursor es Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Rh, Pd, Cd, Sn, Hg ó Pb divalente.

15. El método de la reivindicación 1, en donde cuando menos un catión precursor es Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ga, As, Y, Nb, Rh, In, La, Ti, Bi, Ac, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, U, y Pu tri- o tetravalente.

16. El método de la reivindicación 1, en donde el agente de oxidación es un nitrato.

17. El método de la reivindicación 1, en donde cuando menos un catión de metal es calcio.

18. El método de la reivindicación 1, en donde dicha reacción se mantiene bajo condiciones acídicas.

19. El método de la reivindicación 1, conducido a un pH debajo de aproximadamente 3.

20. El método de la reivindicación 1, conducido a un pH debajo de aproximadamente 1.5.

21. Una sal de cuando menos un catión de metal y cuando menos un oxoanión, formado mediante: La preparación de una solución acuosa de el catión de metal; cuando menos un agente de oxidación; y cuando menos un anión precursor oxidable mediante el agente de oxidación, para formar el oxoanión; el calentamiento de la solución bajo condiciones de temperatura y presión efectivas para iniciar una reacción de oxidación-reducción entre el agente de oxidación y el anión precursor; la reacción emitiendo cuando menos un producto gaseoso; y dando origen al oxoanión; dicha sal precipitándose a partir de la solución.

22. La sal de la reivindicación 21, que tiene morfología sustancialmente uniforme .

23. La sal de la reivindicación 21, que tiene una composición no estoiquiométrica.

24. La sal de la reivindicación 21, formada a partir de una pluralidad de cationes metálicos.

25. Fosfato de calcio bioactivo y biocompatible producido mediante: la preparación de una solución acuosa de un oxoácido fosforoso y un nitrato de calcio; el calentamiento de la solución bajo condiciones de temperatura y presión efectivas para iniciar una reacción de oxidación-reducción entre el oxoácido y el nitrato de calcio,- dicha reacción emitiendo gas de óxido de nitrógeno; y el fosfato de calcio precipitándose a partir de la solución.

26. El fosfato de calcio producido de conformidad con la reivindicación 25, que se deriva además mediante el calentamiento a una temperatura sobre aproximadamente 100°.

27. El fosfato de calcio producido de conformidad con la reivindicación 26, en donde el calentamiento es a una temperatura debajo de aproximadamente 700°.

28. El fosfato de calcio bioactivo y biocompatible de la reivindicación 25, en donde el oxoácido fosforoso es ácido hipofosforoso.

29. Un cemento bioactivo para la reparación de defectos óseos, que comprende el fosfato de calcio bioactivo y biocompatible de la reivindicación 25.

30. El fosfato de calcio bioactivo y biocompatible de la reivindicación 25, mezclado con un portador o diluyente farmacéuticamente aceptable.

31. El fosfato de calcio bioactivo y biocompatible de la reivindicación 25, mezclado con un material polimerizable .