PL229015B1 - Method for obtaining hydroxyapatite nanoparticles - Google Patents

Method for obtaining hydroxyapatite nanoparticles

Info

Publication number
PL229015B1
PL229015B1 PL404820A PL40482013A PL229015B1 PL 229015 B1 PL229015 B1 PL 229015B1 PL 404820 A PL404820 A PL 404820A PL 40482013 A PL40482013 A PL 40482013A PL 229015 B1 PL229015 B1 PL 229015B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
lecithin
calcium
hydroxyapatite
reaction
water
Prior art date
Application number
PL404820A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL404820A1 (en
Inventor
Tomasz CIACH
Tomasz Ciach
Ewa Duszyńska
Michał Wojasiński
Original Assignee
Politechnika Warszawska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Warszawska filed Critical Politechnika Warszawska
Priority to PL404820A priority Critical patent/PL229015B1/en
Publication of PL404820A1 publication Critical patent/PL404820A1/en
Publication of PL229015B1 publication Critical patent/PL229015B1/en

Links

Landscapes

  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Description

RZECZPOSPOLITAREPUBLIC

POLSKAPOLAND

(12)OPIS PATENTOWY (i9)PL (n)229015 (13) B1 (51) Int.CI.(12) PATENT DESCRIPTION ( i 9) PL ( n) 229015 (13) B1 (51) Int.CI.

(21) Numer zgłoszenia: 404820 CQ1B 25/32 (200601) (21) Filing number: 404820 CQ1B 25/32 (200601)

A61L 27/32 (2006.01)A61L 27/32 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 23.07.2013 (54)Patent Office of the Republic of Poland (22) Application date: 23.07.2013 (54)

Sposób otrzymywania nanocząstek hydroksyapatytowych (73) Uprawniony z patentu:Method for obtaining hydroxyapatite nanoparticles (73) The right holder of the patent:

POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:WARSZAWSKA POLITECHNIKA, Warszawa, PL (43) Application was announced:

02.02.2015 BUP 03/15 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:02/02/2015 BUP 03/15 (45) The following was announced about the grant of the patent:

30.05.2018 WUP 05/18 (72) Twórca(y) wynalazku:30.05.2018 WUP 05/18 (72) Inventor (s):

TOMASZ CIACH, Warszawa, PLTOMASZ CIACH, Warsaw, PL

EWA DUSZYŃSKA, Ostrów Mazowiecka, PLEWA DUSZYŃSKA, Ostrów Mazowiecka, PL

MICHAŁ WOJASIŃSKI, Wołomin, PL (74) Pełnomocnik:MICHAŁ WOJASIŃSKI, Wołomin, PL (74) Representative:

rzecz, pat. Grażyna Padee mthing, pat. Grażyna Padee m

σ>σ>

CMCM

CMCM

Q_Q_

PL 229 015 B1PL 229 015 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania nanocząstek hydroksyapatytu, w postaci nanopłytek, nanopręcików, nanosfer, w procesie precypitacji chemicznej na mokro, z użyciem środka dyspergującego.The subject of the invention is a method of obtaining hydroxyapatite nanoparticles in the form of nanoplates, nanowires, nanospheres, in the process of wet chemical precipitation, with the use of a dispersing agent.

Kość ludzka może być uważana za przykład kompozytu nieorganiczno-organicznego, zawierającego około 70% wagowych nieorganicznych kryształów, głównie hydroksyapatytu o wzorze chemicznym Ca5(PO4)3OH, oraz 30% wagowych macierzy organicznej, głównie kolagenu typu I [Osteoblast mineralization with composite nanofibrous substrate for bone tissue regeneration, Venugopal JR, Giri Dev VR, Senthilram T, Sathiskumar D, Gupta D, Ramakrishna S., Cell Biology International, 35, 2011]. Obecnie hydroksyapatyt do zastosowań biomedycznych, takich jak nośniki leków, wypełnianie ubytków kostnych, przygotowanie implantów, wytwarzany jest najczęściej z wykorzystaniem następującej reakcji chemicznej:Human bone can be considered as an example of an inorganic-organic composite, containing about 70% by weight of inorganic crystals, mainly hydroxyapatite with the chemical formula Ca5 (PO4) 3OH, and 30% by weight of an organic matrix, mainly type I collagen [Osteoblast mineralization with composite nanofibrous substrate for bone tissue regeneration, Venugopal JR, Giri Dev VR, Senthilram T, Sathiskumar D, Gupta D, Ramakrishna S., Cell Biology International, 35, 2011]. Currently, hydroxyapatite for biomedical applications, such as drug carriers, filling bone defects, preparation of implants, is most often produced using the following chemical reaction:

5Ca2+ + 3PO43- + OH- = Ca5(PO4)3OH. (Wzór 1)5Ca 2 + + 3PO4 3- + OH - = Ca5 (PO4) 3OH. (Formula 1)

Jako źródło jonów wapnia stosuje się najczęściej sole wapnia rozpuszczalne w wodzie, takie jak azotan lub chlorek, a jako źródło jonów fosforanowych stosuje się rozpuszczalne w wodzie fosforany amonu, sodu lub wapnia. Reakcję prowadzi się zwykle w środowisku zbliżonym do obojętnego, w temperaturze pokojowej lub podwyższonej.Water-soluble calcium salts such as nitrate or chloride are most commonly used as the source of calcium ions, and water-soluble ammonium, sodium or calcium phosphates are used as the source of phosphate ions. The reaction is usually carried out in a neutral environment, at room or elevated temperature.

W reakcji według powyższego równania uzyskiwany jest hydroksyapatyt charakteryzujący się właściwym stosunkiem molowym atomów Ca/P równym 1,67, co jest wartością charakteryzującą hydroksyapatyt pochodzenia naturalnego [Calcium phosphates as substitution of bone tissues, VelletRegi M, Gonzalez-Calbet JM, Progress in Solid State Chemistry, 32, 2004]. Gęsty hydroksyapatyt znajduje szereg zastosowań w zastępowaniu kości i jest wykorzystywany do naprawy uszkodzeń kostnych w ubytkach dentystycznych i ortopedycznych, natychmiastowego zastąpienia zębów, powiększania krawędzi pęcherzykowych, jako materiał do pokrycia miazgi oraz w rekonstrukcji szczękowo-twarzowej [Synthesis of stoichiometric nano crystalline hydroxyapatite by ethanol-based solgel technique at low temperature, Kuriakose TA, Kalkura SN, Palanichamy M, Arviuoli D, Dierks K, Bocelli G et al., Journal of Crystal Growth, 263, 2004].The reaction according to the above equation yields hydroxyapatite with the appropriate Ca / P molar ratio equal to 1.67, which is a value characterizing hydroxyapatite of natural origin [Calcium phosphates as substitution of bone tissues, VelletRegi M, Gonzalez-Calbet JM, Progress in Solid State Chemistry, 32, 2004]. Thick hydroxyapatite has a number of applications in bone replacement and is used to repair bone damage in dental and orthopedic cavities, immediate tooth replacement, augmentation of alveolar edges, as a pulp capping material, and in maxillofacial reconstruction [Synthesis of stoichiometric nano crystalline hydroxyapatite by ethanol- based solgel technique at low temperature, Kuriakose TA, Kalkura SN, Palanichamy M, Arviuoli D, Dierks K, Bocelli G et al., Journal of Crystal Growth, 263, 2004].

Niestety, kryształy strącanego w czysto wodnych roztworach soli hydroksyapatytu są stosunkowo duże, o rozmiarach rzędu kilkudziesięciu, a nawet do kilkuset mikrometrów. Tak otrzymywane kryształy są ponadto całkowicie nierozpuszczalne i nie ulegają przebudowie w organizmie ludzkim. Naturalna kość jest natomiast strukturą dynamiczną; jest ciągle rozpuszczana i budowana przez komórki kostne, zatem zastosowanie hydroksyapatytu nieulegającego rozpuszczaniu przez komórki kostne zaburza ten proces. W celu rozwiązania tego problemu opracowano szereg technik otrzymywania hydroksyapatytu w formie nanokryształów lub stosowano hydroksyapatyt zawierający różne dodatki, tak by stał się podatny na przebudowę komórkową. Opisywano techniki wytwarzania nanocząstek hydroksyapatytu poprzez modyfikację przebiegu reakcji przedstawionej wzorem 1, z wykorzystaniem promieniowania UV, mikrofal, często w połączeniu z wysoką temperaturą i znacznym ciśnieniem (proces hydrotermalny) lub stosując na gotowych kryształach ablację laserową. Klasycznie stosowane techniki wytwarzania nanohydroksyapatytu bazują na procesach takich jak: synteza zol-żel, reakcje w stanie stałym, koprecypitacja, reakcje hydrotermalne, synteza w mikroemulsjach, synteza mechanochemiczna oraz różne techniki mokrej chemii, wśród nich - chemiczna precypitacja na mokro. Wszystkie przedstawione wcześniej sposoby wytwarzania nanohydroksyapatytu wymagają odpowiednich nastaw temperatury przebiegu procesu, w zakresie od 25°C do nawet 500°C, odpowiednich nastaw pH mieszaniny reakcyjnej, w zakresie od 4,5 do 11. W niektórych przypadkach wymagane jest podwyższone ciśnienie procesu, nawet do 40 atmosfer, lub stosowane są toksyczne środki powierzchniowo czynne.Unfortunately, the crystals of hydroxyapatite precipitated in purely aqueous salt solutions are relatively large, with sizes in the order of several dozen or even up to several hundred micrometers. Moreover, the crystals obtained in this way are completely insoluble and are not reconstructed in the human body. Natural bone, on the other hand, is a dynamic structure; it is constantly dissolved and built up by bone cells, so the use of hydroxyapatite that is insoluble by bone cells interferes with this process. In order to solve this problem, a number of techniques have been developed to obtain hydroxyapatite in the form of nanocrystals, or hydroxyapatite containing various additives have been used to make it susceptible to cellular remodeling. Techniques for producing nanoparticles of hydroxyapatite by modifying the course of the reaction represented by formula 1, using UV radiation, microwaves, often in combination with high temperature and significant pressure (hydrothermal process) or using laser ablation on finished crystals have been described. Classically used techniques for producing nanohydroxyapatite are based on processes such as: sol-gel synthesis, solid state reactions, coprecipitation, hydrothermal reactions, synthesis in microemulsions, mechanochemical synthesis and various wet chemistry techniques, including wet chemical precipitation. All the previously presented methods for producing nanohydroxyapatite require appropriate process temperature settings, ranging from 25 ° C to even 500 ° C, appropriate pH settings of the reaction mixture, ranging from 4.5 to 11. In some cases, increased process pressure is required, even up to 40 atmospheres, or toxic surfactants are used.

W metodzie precypitacji chemicznej na mokro konieczne jest zastosowanie środka dyspergującego reagenty w środowisku reakcji, zapobiegającego tworzeniu się dużych kryształów. W znanych w sztuce protokołach wytwarzania nanohydroksyapatytu sposobem precypitacji chemicznej na mokro stosowane są środki dyspergujące obejmujące: surfaktanty, takie jak bromek cetylotrimetyloamoniowy (CTAB) [Hydrothermal synthesis of hydroxyapatite nanopowders using cationic surfactant as a template, Wang Y, Zhang S, Wei K, Zhao N, Chen J, Wang X. Materials Letters 60, 2006], emulgatory, takie jak etanoloamina [Effects of synthesis conditions on the morphology of hydroxyapatite nanoparticles produced by wet chemical process, Wang P, Li C, Gong H, Jiang X, Wang H, Li K. Powder TechnologyIn the wet chemical precipitation method, it is necessary to use a reagent dispersant in the reaction medium to prevent the formation of large crystals. Known art protocols for the preparation of nanohydroxyapatite by wet chemical precipitation use dispersants including: surfactants such as cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) [Hydrothermal synthesis of hydroxyapatite nanopowders using cationic surfactant as a template, Wang Y, Zhangha S, Wei K, Z N, Chen J, Wang X. Materials Letters 60, 2006], emulsifiers such as ethanolamine [Effects of synthesis conditions on the morphology of hydroxyapatite nanoparticles produced by wet chemical process, Wang P, Li C, Gong H, Jiang X, Wang H, Li K. Powder Technology

PL 229 015 B1PL 229 015 B1

203, 2010], macierze polimerowe z polimerów, takich jak alkohol poliwinylowy (PVA), glikol polietylenowy (PEG) [In situ synthesis and characterization of nano-size hydroxyapatite in poly(vinyl alcohol) matrix, Mollazadeh S, Javadpour J, Khavandi A. Ceramics International 33, 2007] oraz inne substancje chemiczne, takie jak np. kwas cytrynowy, aminokwasy, kwas (etylenodinitrylo)tetraoctowy (EDTA), i podobne [Nanoscale hydroxyapatite particles for bone tissue engineering, Zhou H, Lee J. Acta Biomaterialia 7, 2011].203, 2010], polymer matrices from polymers such as polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene glycol (PEG) [In situ synthesis and characterization of nano-size hydroxyapatite in poly (vinyl alcohol) matrix, Mollazadeh S, Javadpour J, Khavandi A Ceramics International 33, 2007] and other chemicals such as e.g. citric acid, amino acids, (ethylenedinitrile) tetraacetic acid (EDTA), and the like [Nanoscale hydroxyapatite particles for bone tissue engineering, Zhou H, Lee J. Acta Biomaterialia 7 , 2011].

Dotychczas znane techniki otrzymywania nanohydroksyapatytu wymagają stosowania wysokich temperatur w połączeniu z wysokim ciśnieniem, toksycznych emulgatorów czy dyspergatorów, niebiodegradowalnych polimerów. Pociąga to potrzebę długotrwałego oczyszczania produktu i sporej ilości odpadów, przy czym zawsze pozostaje ryzyko wywołania efektu toksycznego przez pozostałość dodatków chemicznych.The so far known techniques for obtaining nanohydroxyapatite require the use of high temperatures in combination with high pressure, toxic emulsifiers or dispersants, non-biodegradable polymers. This entails the need for long-term product purification and a large amount of waste, with the risk of always having a toxic effect from residual chemical additives.

Celem wynalazku było opracowanie nowego sposobu otrzymywania nanocząstek hydroksyapatytu, metodą precypitacji chemicznej na mokro, w łagodnych warunkach, przy zastosowaniu w pełni biozgodnego emulgatora. Celem wynalazku było także uzyskanie możliwości sterowania morfologią wytwarzanego hydroksyapatytu. Cel ten został zrealizowany dzięki przeprowadzeniu reakcji przedstawionej wzorem I w układzie reakcyjnym, w którym jako środek dyspergujący jest zastosowana lecytyna.The aim of the invention was to develop a new method of obtaining hydroxyapatite nanoparticles by wet chemical precipitation under mild conditions, using a fully biocompatible emulsifier. The aim of the invention was also to obtain the possibility to control the morphology of the produced hydroxyapatite. This object is achieved by carrying out the reaction represented by the formula I in a reaction system in which lecithin is used as the dispersing agent.

Sposób otrzymywania nanocząstek hydroksyapatytu metodą precypitacji chemicznej na mokro, polega na tym, że rozpuszczalną w wodzie sól wapnia i rozpuszczalny w wodzie fosforan poddaje się reakcji w roztworze wodnym, przy stosunku molowym atomów wapnia do atomów fosforu wynoszącym około Ca/P 1,67 i w obecności środka dyspergującego, i według wynalazku charakteryzuje się tym, że jako środek dyspergujący stosuje się lecytynę w ilości od 0,05% wag. do 20,00% wag., reakcję prowadzi się w temperaturze w zakresie od 20°C do 95°C, korzystnie 60°C, przy pH od 7 do 14, korzystnie 10.The method of obtaining nanoparticles of hydroxyapatite by wet chemical precipitation method consists in reacting a water-soluble calcium salt and a water-soluble phosphate in an aqueous solution, with a molar ratio of calcium atoms to phosphorus atoms of approximately Ca / P 1.67 and in the presence of % of the dispersant, and according to the invention it is characterized in that lecithin is used as the dispersant in an amount of 0.05 wt. % to 20.00 wt.%, the reaction is carried out at a temperature ranging from 20 ° C to 95 ° C, preferably 60 ° C, with a pH of 7 to 14, preferably 10.

Korzystnie jako źródło jonów wapnia Ca2+ w układzie reakcyjnym stosuje się sole wapnia łatwo rozpuszczalne w wodzie, takie jak azotan, octan, chlorek, mleczan (np. Ca(NO3)2 4H2O).Preferably, calcium salts readily soluble in water, such as nitrate, acetate, chloride, lactate (e.g. Ca (NO3) 2 4H2O) are used as the source of calcium Ca 2+ in the reaction system.

Korzystnie jako źródło jonów fosforanowych PO43- w układzie reakcyjnym stosuje się łatwo rozpuszczalne w wodzie fosforany amonu, sodu, potasu (np. (NH4)2HPO4).Preferably, easily water-soluble ammonium, sodium, potassium phosphates (e.g. (NH4) 2HPO4) are used as the source of PO4 3- phosphate in the reaction system.

Korzystnie stosuje się lecytynę pochodzenia naturalnego, jak lecytynę sojową lub z jaj kurzych.Preference is given to using lecithin of natural origin, such as soybean or chicken egg lecithin.

Korzystnie lecytynę dodaje się w stężeniu od 0,05% do około 1,5% celem uzyskania nanopłytek; w stężeniu od 1,5% do około 3% celem uzyskania nanopręcików; w stężeniu od 3% do 20% celem uzyskania nanosfer.Preferably, lecithin is added at a concentration of 0.05% to about 1.5% to obtain nanoplates; at a concentration of 1.5% to about 3% to obtain nanowires; in a concentration of 3% to 20% to obtain nanospheres.

Szczegółowo sposób według wynalazku realizuje się tak, że do wodnego roztworu związku będącego źródłem jonów wapnia w wodzie demineralizowanej dodaje się roztwór wodny lecytyny w wodzie demineralizowanej. Mieszaninę reakcyjną podgrzewa się do temperatury w zakresie od 20°C do 95°C, korzystnie 60°C, oraz dostosowuje się wartość pH w zakresie od 6 do 14, korzystnie około 10. Po uzyskaniu stabilnych warunków, do mieszaniny reakcyjnej dodaje się roztwór wodny fosforanu, tak by stechiometryczną ilość dodać w czasie do 24 godzin, korzystnie 1-2 godziny. Następnie roztwór chłodzi się do temperatury otoczenia i wiruje w celu wydzielenia produktu. Po dekantacji, otrzymany produkt przemywa się rozpuszczalnikiem organicznym (heksan, benzyna, etanol, aceton, izopropanol) lub wodą w celu usunięcia pozostałości lecytyny z produktu. Niewielka pozostałość lecytyny (0.01%-2%) nie wpływa negatywnie na własności produktu, a nawet je poprawia. Otrzymany produkt suszy się w temperaturze otoczenia lub podwyższonej.In particular, the method of the invention is carried out by adding an aqueous solution of lecithin in demineralized water to the aqueous solution of the calcium ion source compound in demineralised water. The reaction mixture is heated to a temperature in the range from 20 ° C to 95 ° C, preferably 60 ° C, and the pH is adjusted in the range from 6 to 14, preferably about 10. After stable conditions are obtained, an aqueous solution is added to the reaction mixture. of phosphate, such that the stoichiometric amount is added over a period of up to 24 hours, preferably 1-2 hours. The solution is then cooled to ambient temperature and centrifuged to isolate the product. After decanting, the obtained product is washed with an organic solvent (hexane, gasoline, ethanol, acetone, isopropanol) or water to remove residual lecithin from the product. A small residue of lecithin (0.01% -2%) does not adversely affect the properties of the product, and even improves them. The obtained product is dried at ambient or elevated temperature.

Uzyskany produkt reakcji syntezy charakteryzowano za pomocą dyfrakcji promieni Roentgena (XRD) oraz stosując spektrofotometrię w podczerwieni z transformatą Fouriera (FTIR).The obtained product of the synthesis reaction was characterized by X-ray diffraction (XRD) and by means of Fourier transform infrared spectrophotometry (FTIR).

Na rysunku przedstawiono:The figure shows:

Fig. 1 - widmo FTIR uzyskanego produktu w odniesieniu do lecytyny i komercyjnie dostępnego hydroksyapatytu. Pierwsze widmo dotyczy lecytyny, drugie komercyjnego krystalicznego hydroksyapatytu, trzecie nano-hydroksyapatytu otrzymanego zgodnie z wynalazkiem.Fig. 1 - FTIR spectrum of the resulting product with respect to lecithin and commercial hydroxyapatite. The first spectrum is for lecithin, the second is for commercial crystalline hydroxyapatite, and the third is for nano-hydroxyapatite obtained according to the invention.

Fig. 2 - charakterystyka krystalograficzna otrzymanego produktu, zgodna z danymi w pliku JCPDF nr 09-0432, w postaci dyfraktogramu XRDFig. 2 - crystallographic characteristics of the obtained product, consistent with the data in the JCPDF file No. 09-0432, in the form of an XRD pattern

Fig. 3 - zdjęcie SEM produktu o morfologii nanopłytek, uzyskanego zgodnie z przykładem 1.Fig. 3 - SEM photo of the product with nanoplate morphology obtained according to example 1.

Fig. 4 - zdjęcie SEM produktu o morfologii nanopręcików oraz nanosfer, uzyskanego zgodnie z przykładem 2.Fig. 4 - SEM photo of the product with the morphology of nanowires and nanospheres, obtained according to example 2.

Fig. 5 - zdjęcie SEM produktu o morfologii nanosfer o średnicach od około 30 nm do około 70 nm, uzyskanego zgodnie z przykładem 3.Fig. 5 - SEM photo of the product with nanosphere morphology with diameters from about 30 nm to about 70 nm, obtained according to example 3.

Fig. 6 - zdjęcie SEM produktu o morfologii nanosfer o średnicy od około 30 nm do 100 nm, uzyskanego zgodnie z przykładem 4.Fig. 6 - SEM photo of the product with nanosphere morphology with a diameter of about 30 nm to 100 nm, obtained according to example 4.

PL 229 015 B1PL 229 015 B1

W sposobie według wynalazku naturalny surfaktant - lecytyna, składająca się głównie z fosfatydylocholin, związków fosfolipidowych posiadających cholinę związaną z grupą fosforanową, będący składnikiem błony komórkowej, mitochondriów, reticulum endoplazmatycznego oraz ściany jądra komórkowego - otacza powstające zarodki kryształów hydroksyapatytu i blokuje możliwość dalszego wzrostu kryształów. Taki układ reakcyjny pozwala prowadzić krystalizację hydroksyapatytu do formy nanocząstek o morfologii zależnej od stężenia środka dyspergującego - lecytyny - w układzie reakcyjnym. W procesie powstawania nanocząstek hydroksyapatytu dochodzi do częściowego związania lecytyny z produktem lub jej fizycznego związania w porach powstających cząstek. W obecnym wynalazku, taka sytuacja traktowana jest jako korzystna, zwiększająca biokompatybilność i bioaktywność materiału.In the method according to the invention, the natural surfactant - lecithin, consisting mainly of phosphatidylcholines, phospholipid compounds with phosphate-bound choline, a component of the cell membrane, mitochondria, endoplasmic reticulum and cell nucleus wall - surrounds the emerging nuclei of hydroxyapatite crystals and blocks the possibility of further crystal growth. Such a reaction system allows the crystallization of hydroxyapatite to form nanoparticles with a morphology dependent on the concentration of the dispersing agent - lecithin - in the reaction system. In the process of formation of hydroxyapatite nanoparticles, lecithin is partially bound to the product or it is physically bound in the pores of the particles being formed. In the present invention, such a situation is regarded as advantageous, increasing the biocompatibility and bioactivity of the material.

Stężenie lecytyny wpływa na morfologię uzyskanego produktu, co pozwala na kontrolowanie kształtu otrzymywanych nanocząstek.The concentration of lecithin influences the morphology of the obtained product, which allows to control the shape of the obtained nanoparticles.

Zastosowanie lecytyny jako emulgatora pozwala prowadzić proces w roztworze wodnym i w stosunkowo łagodnych warunkach. Lecytyna jest całkowicie nietoksyczna, a jej niewielka pozostałość w otrzymywanym produkcie nie wywołuje efektów negatywnych, lecz poprawia zwilżalność otrzymanego produktu, co podnosi jego walory użytkowe i ułatwia formowanie implantów kostnych z takiego proszku. Lecytyna jest składnikiem błony komórkowej, co podnosi biozgodność tak otrzymanego nanohydroksyapatytu.The use of lecithin as an emulsifier allows the process to be carried out in an aqueous solution and under relatively mild conditions. Lecithin is completely non-toxic, and its small residue in the obtained product does not cause negative effects, but improves the wettability of the obtained product, which increases its usability and facilitates the formation of bone implants from such powder. Lecithin is a component of the cell membrane, which increases the biocompatibility of the nanohydroxyapatite obtained in this way.

Sposób według wynalazku został przedstawiony bliżej w przykładach stosowania.The method according to the invention is presented in more detail in the application examples.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Porcję 0,0075 moli (1,775 g) Ca(NO3)2 4H2O rozpuszczono w 25 ml wody demineralizowanej. Przygotowano 0,3% roztwór lecytyny w 37,5 ml wody demineralizowanej. Roztwór lecytyny wkroplono do roztworu tetrahydratu azotanu wapnia. Wartość pH uzyskanej mieszaniny reakcyjnej ustalono na 10 oraz mieszaninę ustawiono w kąpieli wodnej na 60°C oraz mieszano. Do mieszaniny reakcyjnej wkroplono z szybkością 2 ml/h 15 ml roztwór 0,0046 moli (0,594g) (NH4)2HPO4 w wodzie demineralizowanej o pH ustalonym na wartość 10. Po wkropleniu mieszaninę reakcyjną mieszano przez 1,5 godziny w temperaturze reakcji 60°C. Następnie mieszaninę naturalnie schłodzono do temperatury otoczenia, poddano wirowaniu, dekantacji. Uzyskany biały produkt przemyto pięciokrotnie heksanem w celu usunięcia pozostałości lecytyny. Morfologię uzyskanego produktu scharakteryzowano za pomocą elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM) i przedstawiono na Fig. 3. Uzyskano produkt o morfologii nanopłytek o grubości kilku nanometrów oraz szerokości i długości rzędu kilku do kilkudziesięciu mikrometrów.0.0075 moles (1.775 g) of Ca (NO3) 2 4H2O were dissolved in 25 ml of demineralized water. A 0.3% solution of lecithin was prepared in 37.5 ml of demineralized water. The lecithin solution was added dropwise to the calcium nitrate tetrahydrate solution. The pH of the resulting reaction mixture was adjusted to 10 and the mixture was set in a water bath to 60 ° C and stirred. A solution of 0.0046 mol (0.594 g) (NH4) 2HPO4 in demineralized water adjusted to pH 10 was added dropwise to the reaction mixture at a rate of 2 ml / h. After the dropwise addition, the reaction mixture was stirred for 1.5 hours at the reaction temperature of 60 ° C. C. Then the mixture was naturally cooled to ambient temperature, subjected to centrifugation, decantation. The resulting white product was washed five times with hexane to remove residual lecithin. The morphology of the obtained product was characterized by means of scanning electron microscopy (SEM) and is presented in Fig. 3. The obtained product with the morphology of nanoplatelets was several nanometers thick, and several to several dozen micrometers wide and long.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Porcję 0,0075 moli (1,775 g) Ca(NO3)2 4H2O rozpuszczono w 25 ml wody demineralizowanej. Przygotowano 1,5% roztwór lecytyny w 37,5 ml wody demineralizowanej. Roztwór lecytyny wkroplono do roztworu tetrahydratu azotanu wapnia. Wartość pH uzyskanej mieszaniny reakcyjnej ustalono na 10 oraz mieszaninę ustawiono w kąpieli wodnej na 60°C oraz mieszano. Do mieszaniny reakcyjnej wkroplono 15 ml roztwór 0,0046 moli (0,594 g) (NH4)2HPO4 w wodzie demineralizowanej o pH ustalonym na wartość 10 z szybkością 2 ml/h. Po wkropleniu mieszaninę reakcyjną mieszano przez 1,5 godziny w temperaturze reakcji - 60°C. Następnie mieszaninę naturalnie schłodzono do temperatury otoczenia, poddano wirowaniu, dekantacji. Uzyskany biały produkt przemyto pięciokrotnie heksanem w celu usunięcia pozostałości lecytyny. Morfologię uzyskanego produktu scharakteryzowano za pomocą elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM) i przedstawiono na Fig. 4. Uzyskano produkt o morfologii nanopręcików oraz nanosfer. Uzyskano nanopręciki o długości od około 30 nm do około 180 nm oraz nanosfery o średnicach od około 30 nm do 70 nm.0.0075 moles (1.775 g) of Ca (NO3) 2 4H2O were dissolved in 25 ml of demineralized water. A 1.5% solution of lecithin was prepared in 37.5 ml of demineralized water. The lecithin solution was added dropwise to the calcium nitrate tetrahydrate solution. The pH of the resulting reaction mixture was adjusted to 10 and the mixture was set in a water bath to 60 ° C and stirred. 15 ml of a solution of 0.0046 mol (0.594 g) (NH4) 2HPO4 in demineralized water adjusted to pH 10 at a rate of 2 ml / h was added dropwise to the reaction mixture. After dropwise addition, the reaction mixture was stirred for 1.5 hours at the reaction temperature of -60 ° C. Then the mixture was naturally cooled to ambient temperature, subjected to centrifugation, decantation. The resulting white product was washed five times with hexane to remove residual lecithin. The morphology of the obtained product was characterized by scanning electron microscopy (SEM) and is presented in Fig. 4. A product with the morphology of nanowires and nanospheres was obtained. Nanowires with a length of about 30 nm to about 180 nm and nanospheres with diameters from about 30 nm to 70 nm were obtained.

P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3

Ilość 0,0075 moli (1,775 g) Ca(NO3)2 4H2O rozpuszczono w 25 ml wody demineralizowanej. Przygotowano 3% roztwór lecytyny w 37,5 ml wody demineralizowanej. Roztwór lecytyny wkroplono do roztworu tetrahydratu azotanu wapnia. Wartość pH uzyskanej mieszaniny reakcyjnej ustalono na 10 oraz mieszaninę ustawiono w kąpieli wodnej na 60°C oraz mieszano. Do mieszaniny reakcyjnej wkroplono 15 ml roztwór 0,0046 moli (0,594 g) (NH4)2HPO4 w wodzie demineralizowanej o pH ustalonym na wartość 10 z szybkością 2 ml/h. Po wkropleniu mieszaninę reakcyjną mieszano przez 1,5 godziny w temperaturze reakcji - 60°C. Następnie mieszaninę naturalnie schłodzono do temperatury otoczenia, poddano wirowaniu, dekantacji. Uzyskany biały produkt przemyto pięciokrotnie heksanem w celu usunięcia pozostałości lecytyny. Morfologię uzyskanego produktu scharakteryzowano za pomocą elektronowej0.0075 moles (1.775 g) of Ca (NO3) 2 4H2O were dissolved in 25 ml of demineralized water. A 3% solution of lecithin was prepared in 37.5 ml of demineralized water. The lecithin solution was added dropwise to the calcium nitrate tetrahydrate solution. The pH of the resulting reaction mixture was adjusted to 10 and the mixture was set in a water bath to 60 ° C and stirred. 15 ml of a solution of 0.0046 mol (0.594 g) (NH4) 2HPO4 in demineralized water adjusted to pH 10 at a rate of 2 ml / h was added dropwise to the reaction mixture. After dropwise addition, the reaction mixture was stirred for 1.5 hours at the reaction temperature of -60 ° C. Then the mixture was naturally cooled to ambient temperature, subjected to centrifugation, decantation. The resulting white product was washed five times with hexane to remove residual lecithin. The morphology of the obtained product was characterized by electron means

PL 229 015 B1 mikroskopii skaningowej (SEM) i przedstawiono na Fig. 5. Uzyskano produkt o morfologii nanosfer o średnicach od około 30 nm do około 70 nm.It was obtained from scanning microscopy (SEM) and shown in Fig. 5. The obtained product had nanosphere morphology with diameters from about 30 nm to about 70 nm.

P r z y k ł a d 4P r z k ł a d 4

Ilość 0,0075 moli (1,775 g) Ca(NO3)2 4H2O rozpuszczono w 25 ml wody demineralizowanej. Przygotowano 9% roztwór lecytyny w 37,5ml wody demineralizowanej. Roztwór lecytyny wkroplono do roztworu tetrahydratu azotanu wapnia. Wartość pH uzyskanej mieszaniny reakcyjnej ustalono na 10 oraz mieszaninę ustawiono w kąpieli wodnej na 60°C oraz mieszano. Do mieszaniny reakcyjnej wkroplono 15 ml roztwór 0,0046 moli (0,594 g) (NH4)2HPO4 w wodzie demineralizowanej o pH ustalonym na wartość 10 z szybkością 2 ml/h. Po wkropleniu mieszaninę reakcyjną mieszano przez 1,5 godziny w temperaturze reakcji - 60°C. Następnie mieszaninę naturalnie schłodzono do temperatury otoczenia, poddano wirowaniu, dekantacji. Uzyskany biały produkt przemyto pięciokrotnie heksanem w celu usunięcia pozostałości lecytyny. Morfologię uzyskanego produktu scharakteryzowano za pomocą elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM) i przedstawiono na Fig. 6. Uzyskano produkt o morfologii nanosfer o średnicy od około 30 nm do 100 nm.0.0075 moles (1.775 g) of Ca (NO3) 2 4H2O were dissolved in 25 ml of demineralized water. A 9% solution of lecithin in 37.5 ml of demineralized water was prepared. The lecithin solution was added dropwise to the calcium nitrate tetrahydrate solution. The pH of the resulting reaction mixture was adjusted to 10 and the mixture was set in a water bath to 60 ° C and stirred. 15 ml of a solution of 0.0046 mol (0.594 g) (NH4) 2HPO4 in demineralized water adjusted to pH 10 at a rate of 2 ml / h was added dropwise to the reaction mixture. After dropwise addition, the reaction mixture was stirred for 1.5 hours at the reaction temperature of -60 ° C. Then the mixture was naturally cooled to ambient temperature, subjected to centrifugation, decantation. The resulting white product was washed five times with hexane to remove residual lecithin. The morphology of the obtained product was characterized by scanning electron microscopy (SEM) and is presented in Fig. 6. The obtained product was nanospheres morphology with a diameter of about 30 nm to 100 nm.

P r z y k ł a d 5P r z k ł a d 5

Porcję 0,0075 moli uwodnionego chlorku wapniowego rozpuszczono w 30 ml wody demineralizowanej. Przygotowano 10% roztwór lecytyny w 40 ml wody demineralizowanej.A 0.0075 mole portion of the hydrated calcium chloride was dissolved in 30 ml of demineralized water. A 10% solution of lecithin in 40 ml of deionized water was prepared.

Roztwór lecytyny wkroplono do roztworu chlorku wapnia. Wartość pH uzyskanej mieszaniny reakcyjnej ustalono na 9 oraz mieszaninę ustawiono w kąpieli wodnej na 50°C oraz mieszano. Do mieszaniny reakcyjnej wkroplono 15 ml roztworu 0,0046 moli fosforanu sodu w wodzie demineralizowanej o pH ustalonym na wartość 9. Po wkropleniu mieszaninę reakcyjną mieszano przez godzinę w temperaturze reakcji 50°C. Następnie mieszaninę naturalnie schłodzono do temperatury otoczenia i poddano wirowaniu. Uzyskany biały proszek przemyto dwukrotnie etanolem 95% w celu usunięcia nadmiaru lecytyny. Uzyskano produkt o morfologii nanosfer o średnicach od około 30 nm do 110 nm.The lecithin solution was added dropwise to the calcium chloride solution. The pH of the resulting reaction mixture was adjusted to 9, and the mixture was set in a water bath to 50 ° C and stirred. 15 ml of a solution of 0.0046 mol sodium phosphate in demineralized water having a pH adjusted to 9 was added dropwise to the reaction mixture. After the dropwise addition, the reaction mixture was stirred for one hour at a reaction temperature of 50 ° C. The mixture was then naturally cooled to ambient temperature and vortexed. The resulting white powder was washed twice with 95% ethanol to remove excess lecithin. A product with the morphology of nanospheres with diameters from 30 nm to 110 nm was obtained.

Claims (7)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Sposób otrzymywania nanocząstek hydroksyapatytu metodą precypitacji chemicznej na mokro, polegający na tym, że rozpuszczalną w wodzie sól wapnia i rozpuszczalny w wodzie fosforan poddaje się reakcji w roztworze wodnym, przy stosunku molowym atomów wapnia do atomów fosforu wynoszącym około Ca/P 1,67 i w obecności środka dyspergującego, znamienny tym, że jako środek dyspergujący stosuje się lecytynę w ilości od 0,05% wag. do 20,00% wag., reakcję prowadzi się w temperaturze w zakresie od 20°C do 95°C, przy pH od 7 do 14.1. The method of obtaining nanoparticles of hydroxyapatite by the wet chemical precipitation method, which consists in reacting a water-soluble calcium salt and a water-soluble phosphate in an aqueous solution, with the molar ratio of calcium atoms to phosphorus atoms being approximately Ca / P 1.67 and in the presence of a dispersant, characterized in that lecithin is used as the dispersant in an amount of 0.05 wt.%. % to 20.00 wt.%, the reaction is carried out at a temperature ranging from 20 ° C to 95 ° C, at a pH from 7 to 14. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako źródło jonów wapnia Ca2+ w układzie reakcyjnym stosuje się azotan wapnia, octan wapnia, chlorek wapnia, mleczan wapnia.2. The method according to p. 1, characterized in that the source of calcium ions Ca 2 + in the reaction system used calcium nitrate, calcium acetate, calcium chloride, calcium lactate. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako źródło jonów fosforanowych PO43- w układzie reakcyjnym stosuje się fosforany: amonu, sodu, potasu.3. The method according to p. The process according to claim 1, characterized in that ammonium, sodium and potassium phosphates are used as the source of PO4 3- phosphate in the reaction system. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się lecytynę pochodzenia naturalnego, korzystnie lecytynę sojową lub z jaj kurzych.4. The method according to p. A method according to claim 1, characterized in that the lecithin of natural origin is used, preferably soy or chicken egg lecithin. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że lecytynę dodaje się w stężeniu od 0,05% wag. do 1,5% wag. w celu uzyskania nanopłytek.5. The method according to p. The method of claim 1, wherein the lecithin is added at a concentration of 0.05 wt.%. % up to 1.5 wt.% in order to obtain nanoplates. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że lecytynę dodaje się w stężeniu od 1,5% wag. do około 3% wag. w celu uzyskania nanopręcików.6. The method according to p. The method of claim 1, wherein the lecithin is added at a concentration of 1.5 wt.%. % to about 3 wt.%. in order to obtain nanowires. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że lecytynę dodaje się w stężeniu od 3% wag. do 20% wag. w celu uzyskania nanosfer.7. The method according to p. The method of claim 1, wherein the lecithin is added at a concentration of 3 wt.%. up to 20 wt.% to obtain nanospheres.
PL404820A 2013-07-23 2013-07-23 Method for obtaining hydroxyapatite nanoparticles PL229015B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL404820A PL229015B1 (en) 2013-07-23 2013-07-23 Method for obtaining hydroxyapatite nanoparticles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL404820A PL229015B1 (en) 2013-07-23 2013-07-23 Method for obtaining hydroxyapatite nanoparticles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL404820A1 PL404820A1 (en) 2015-02-02
PL229015B1 true PL229015B1 (en) 2018-05-30

Family

ID=52396922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL404820A PL229015B1 (en) 2013-07-23 2013-07-23 Method for obtaining hydroxyapatite nanoparticles

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL229015B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105249477B (en) * 2015-09-09 2018-01-30 江南大学 A kind of preparation method of slightly solubility calcium and the compound calcium reinforcing agent of phosphatide

Also Published As

Publication number Publication date
PL404820A1 (en) 2015-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
In et al. On the crystallization of hydroxyapatite under hydrothermal conditions: Role of sebacic acid as an additive
Fragal et al. Hybrid materials for bone tissue engineering from biomimetic growth of hydroxiapatite on cellulose nanowhiskers
Leena et al. Accelerated synthesis of biomimetic nano hydroxyapatite using simulated body fluid
Lett et al. Tailoring the morphological features of sol–gel synthesized mesoporous hydroxyapatite using fatty acids as an organic modifier
Ren et al. Synthesis, characterization and ab initio simulation of magnesium-substituted hydroxyapatite
Dhand et al. The facile and low temperature synthesis of nanophase hydroxyapatite crystals using wet chemistry
Mardziah et al. Strontium-doped hydroxyapatite nanopowder via sol-gel method: effect of strontium concentration and calcination temperature on phase behavior
Cox et al. Comparison of techniques for the synthesis of hydroxyapatite
Nouri-Felekori et al. Synthesis and characterization of Mg, Zn and Sr-incorporated hydroxyapatite whiskers by hydrothermal method
Zhou et al. Preparation of Chinese mystery snail shells derived hydroxyapatite with different morphology using condensed phosphate sources
Huang et al. Block-copolymer-assisted synthesis of hydroxyapatite nanoparticles with high surface area and uniform size
Xu et al. A Facile chemical route to synthesize Zn doped hydroxyapatite nanorods for protein drug delivery
Karimi et al. One-step and low-temperature synthesis of monetite nanoparticles in an all-in-one system (reactant, solvent, and template) based on calcium chloride-choline chloride deep eutectic medium
JP2015048266A (en) Magnesium-substituted apatite and method of producing fine particle of the same
ES2740973T3 (en) Nanometric hydroxyapatite and its suspensions, their preparation and use
Afonina et al. Synthesis of whitlockite nanopowders with different magnesium content
Wang et al. Hydrothermal synthesis and structure characterization of flower-like self assembly of silicon-doped hydroxyapatite
Erceg et al. Calcium phosphate formation on TiO2 nanomaterials of different dimensionality
Baştan et al. Growth of hydroxyapatite plate-like nanoparticles by additive free precipitation for the deposition of aligned coatings
Barandehfard et al. Sonochemical synthesis of hydroxyapatite and fluoroapatite nanosized bioceramics
BR112020026617A2 (en) STABILIZED AMCORAL CALCIUM PHOSPHATE DOPED WITH FLUORIDE IONS AND A PROCESS FOR THE PRODUCTION OF THE SAME
WO2018003130A1 (en) Calcium phosphate sintered body particles and method for producing same
Simon et al. Embryonic States of Fluorapatite–Gelatine Nanocomposites and Their Intrinsic Electric‐Field‐Driven Morphogenesis: The Missing Link on the Way from Atomistic Simulations to Pattern Formation on the Mesoscale
Herradi et al. Physicochemical study of magnesium zinc codoped-hydroxyapatite
Shalini et al. Tuning the surface ordering of different charged surfactants for the controlled fabrication of monetite calcium phosphate via microwave synthesis process