RO133124A2 - Procedee de fabricare a unor materiale inovative, pe bază de hidroxiapatite multisubstituite, utilizate în scopuri stomatologice - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la nanomateriale pe bază de hidroxiapatită (HAP) şi derivaţi de hidroxiapatită, utilizate în stomatologia restaurativă, şi la un procedeu pentru obţinerea acestora. Nanomaterialele conform invenţiei conţin, în procente masice, 0,15...5% Mg, 0,01...20% Zn, 1...40% Sr, 0,1...4% Si, fiind sub formă de suspensii sau nanopulberi cu structură cristalină, formată dintr-o singură fază corespunzătoarea HAP, cu dimensiuni ale cristalitelor de 5...50 nm şi a particulelor de 15...70 nm. Procedeul conform invenţiei constă în precipitarea chimică, în condiţii de amestecare foarte rapidă, a reactanţilor la temperatura de 2...25°C, maturarea la temperatura de 70...120°C, timp de maturare 8...24 h, adăugarea de 0,01...2% faţă de HAP surfactanţi uzuali, după care turta de precipitat este uscată, mărunţită şi, eventual, calcinată.

Description

Procedee de fabricare a unor materiale inovative, pe baza de hidroxiapatîte multisubstituite utilizate in scopuri stomatologice

Invenția se refera la o noua clasa de nanomateriale pe baza de hidroxiapatita (HAP), hidroxiapatita multisubstituita, avand activitate biologica mărită, utilizate in scopuri biomedicale in: stomatologie. Invenția se refera la procedee de fabricare a nanomaterialelor.

Hidroxiapatita (HAP, Caio(P04)6(OH)2), component de baza al pârtii anorganice a dinților (smalț, dentina), este un material fara toxicitate, cu bune proprietăți in ceea ce privește bioactivitatea, compatibilitatea si aderenta cu țesuturi vii, motiv pentru care este frecvent utilizata in scopuri biomedicale.

Necesitățile practice impun materiale cu proprietăți specifice care sa răspundă cat mai bine scopului urmărit, cum ar fi împlânte dentare, ciment endodontic, paste pentru remineralizarea smalțului dentar si prevenirea cariilor, paste sau dispersii pentru tratamentul hipersensibilității dentare si prevenirea gingivitei. Ca urmare, propunerea are in vedere elaborarea de noi materiale, precum si a metodelor avansate de preparare a acestora.

Proprietățile biomedicale ale hidroxiapatitei pot fi substanțial imbunatatite prin modificarea compoziției chimice si a structurii morfologice, care se realizează prin controlul parametrilor de reacție si a parametrilor de procesare prin maturarea suspensiilor de HAP obținute, precum si a parametrilor pentru tratamentul ulterior al produselor, si anume uscarea prin liofilizare si tratamentul termic prin calcinare. Modificările în compoziția chimica si morfologia produsilor, corelate cu proprietățile biologice, sunt favorizate de capacitatea hidroxiapatitei de a accepta cu ușurința in rețeaua ei cristalina substituenti, atat pentru ionii de Ca cat si pentru cei de PO4 ’. Capacitatea HAP de a adsorbi pe suprafața sau a include in structura ei diferiți ioni, facilitează prepararea nanomaterialelor cu activitate biologica sporita.

Pentru ca nanomaterialele sintetizate sa corespunda scopurilor urmărite, ele trebuie sa îndeplinească anumite condiții, printre care: sa fie formate din nanoparticule de forma si dimensiune controlata, sa posede un anumit grad de cristalinitate si o anumita porozitate specifica, sa nu fie toxice, sa fie bioactive si biocompatibile, asigurandu-se astfel o eficienta integrare a acestora in țesuturile biologice, fara sa provoace reacții si fenomene de respingere. Eliberarea ionilor substituenti din structura HAP trebuie sa confere abilitate sporita de stimulare a celulelor formatoare de os si sa asigure creșterea țesutului osos, mai ales pentru a 2017 00529

31/07/2017 intervențiile maxilo faciale, precum si pentru refacerea alveolei dentare, remineralizarea smalțului, repararea dentinei si a rădăcinii dentare.

Deși ionii substituenti intra in proporție mica in structura HAP, prezenta lor conferă materialelor proprietăți biologice, fiziologice si mecanice specifice, astfel incat in final se realizează structura si biochimia osului natural. Este de dorit ca prin natura lor ionii substituenti din structura HAP sa confere materialelor proprietăți biologice favorabile, asigurandu-se o viteza sporita de regenerare a țesutului osos la parametrii fizico-chimici ai osului natural, ceea ce determina reducerea perioadei de refacere a pacientilor, in condițiile micșorării probabilității de infecție.

Sunt cunoscute biomateriale pe baza de HAP in care ionii de Ca²⁺ sunt parțial substituiri cu cei de Mg , Zn , sau Sr , iar ionii de PO4 ' sunt substituiri partialcu SiO4 ', iar OH cu F’. Se obține si HAP parțial carbonatata, conținând ioni CO3 ’.

Prezenta ionilor de Mg ²⁺ in structura HAP conferă acesteia o mai mare solubilitate accelerandu-se astfel procesul de integrare si regenerare a osului natural. Lipsa ionilor de Mg²⁺ din structura HAP afecteaza procesele fiziologice din metabolismul osos prin faptul ca provoacă fragilitate. Exista totuși o limita superioara a raportului molar Mg²⁺:Ca²⁺ care nu trebuie sa depaseasca valoarea Mg²⁺: Ca²⁺ = 0,25 : 1 pentru a menține structura HAP.

Un element esențial in compoziția hidroxiapatitei este zincul. Ionii Zn²⁺ se regăsesc in compoziția HAP biologic in proporție de 0,01 + 0,02% gr. si au efect stimulator asupra formarii țesutului osos si un efect antiinflamator. Mai mult, prezenta ionilor de zinc in masa de reacție in timpul operației de precipitare determina inhibarea procesului de creștere a cristalitelor, prin aceea ca clusterii de fosfat de zinc formați se adsorb la suprafața cristalitelor, blocând astfel depunerea ionilor de Ca²⁺ si PO4³' si implicit creșterea lor.

Ionii de Sr²⁺ aduc un aport esențial in dezvoltarea sistemului osos, stimulând activitatea osteoblastelor, celule formatoare de tesut osos; un alt efect benefic consta in refacerea smalțului dentar. De asemenea, au un efect antibacterian.

Un rol foarte important in structura țesutului osos il joaca ionii de SiO4⁴'. Substituția parțiala a ionilor PO4³· cu SiO4⁴' determina formarea legaturilor siloxan -O-Si-O- ceea ce conduce la un material cu o suprafața specifica si porozitate mare, creandu-se astfel condiții optime de proliferare si creștere a osteoblastelor si refacerea sistemului osos maxilar. In plus, prezenta ionilor de SiO₄ ⁴' in compoziția HAP determina formarea unui număr mare de grupări silanol -Si-OH ceea ce, coroborat cu porozitatea ridicata a materialului, conduce la o 3 a 2017 00529

31/07/2017 intensificare a proceselor biologice, prin care se dezvolta matricea organica a țesutului osos. Totodată, prin intermediul grupărilor OH' de pe suprafața materialului se realizează si o buna adeziune celulara a HAP cu partea organica a osului.

Cu toate ca exista o gama larga de biomateriale destinate aplicațiilor medicale pentru refacerea țesuturilor osoase, totuși continua cercetările in direcția elaborării de noi biomateriale nanostructurate de compoziție controlata, precum si pentru perfecționarea procedeelor de fabricație, care in final sa conducă la produse cu proprietăți identice sau cat mai apropiate osului natural: scara „nano” a materialului, cristalinitate ridicata, buna adeziune si biocompatibilitate cu țesuturile vii, precum si lipsa citotoxicitatii.

Sinteza HAP se realizează curent după procedee ce pot fi impartite in trei mari grupe: a) metoda precipitării, b) metoda sol-gel, sau c) reacție in faza solida. Datorita multiplelor avantaje, metoda precipitării este cea mai des utilizata si ca urmare aceasta cale de preparare este de cea mai mare perspectiva, întrucât utilizează reactivi ieftini, ușor accesibili: o sare solubila de Ca²⁺ (azotat, acetat), iar ca sursa de ioni PO4³· se folosesc săruri solubile ale acidului ortofosforic (fosfați de amoniu, sodiu sau potasiu). Sinteza se realizează la un pH de 9,5-1- 12 al mediului de reacție ce poate fi realizat prin adaos de soluții de amoniac, hidroxid de sodiu sau de potasiu.

Metoda precipitării, deși larg raspandita, prezintă multiple dezavantaje care deriva in principal din modul defectuos de contactare a reactantilor, ceea ce are ca rezultat formarea unui material polifazic format din fosfatii prezentați in Tabelul 1, compuși care ulterior sunt foarte greu sau chiar imposibil de a mai fi transformați in HAP.

Un rol hotărâtor in procesul de cristalizare, implicit cel de obținere a nanomaterialelor, il joaca fenomenele de nucleatie si de creștere a cristalelor. Marimea finala a particulelor si forma cristalitelor este in stransa legătură, atat cu raportul dintre viteza de nucleatie si de creștere a cristalitelor, cat si cu prezenta surfactantilor, in procesul tehnologic utilizat.

Atat viteza de nucleatie cat si cea de creștere a cristalitelor depind in mod hotărâtor de gradul de suprasaturare al soluției in componentul ce ia naștere, precum si de temperatura la care are loc reacția chimica. Vitezele celor doua procese, de nucleatie si creștere a cristalitelor, se desfasoara după legitati si viteze diferite in funcție de parametrii de lucru. Acesta este motivul pentru care temperatura in timpul reacției de precipitare joaca un rol determinant asupra mărimii finale a cristalitelor, care se asociaza in particule si vor determina gradul de cristalinitate al produsului de reacție.

a 2017 00529

31/07/2017

Prin metodele actuale de preparare nu pot fi controlate vitezele celor doua procese elementare: nucleatia si creșterea cristalitelor. Solubilitatea foarte mica a produsilor de reacție (Tabelul 1) determina grade de suprasaturare mari, de ordinul γ > 10⁵, ceea ce face ca viteza de nucleatie sa depaseasca mult viteza de creștere a cristalitelor. Se creeaza astfel condițiile pentru formarea unui mare număr de germeni cu raza r mai mica decât raza critica r < r_cr, germeni care sunt instabili din punct de vedere termodinamic si care in timpul operațiilor ulterioare de maturare si spalare se dizolva depunandu-se pe cristalitele cu r > r_cr care astfel cresc. Un dezavantaj al actualelor procedee de preparare a nanoparticulelor de HAP deriva din modul defectuos de contactare a reactantilor care se face in regim discontinuu prin adaugarea soluției ce conține ionii PO4³' peste cea care conține ionii Me²⁺ ceea ce determina ca raportul Ca :PO4 ' in masa de reacție sa varieze continuu, aflandu-se tot timpul in afara raportului molar stoechiometric Ca²⁺:PO4³’= 1,67. Prin metodele actuale de preparare rezulta materiale care nu corespund calitativ, atat din punct de vedere a compoziției chimice cat si fazale a cristalitelor: mărime la scara “nano” a cristalitelor si structura omogena.

Problemele tehnice pe care le rezolva invenția se refera la:

- Elaborarea de noi sorturi de nanomateriale pe baza de HAP si HAP multisubstituita in care ionii PO4³' sunt parțial inlocuiti cu SiO4⁴' iar cei de Ca²⁺ parțial inlocuiti cu Mg²⁺, Zn²*, Sr²*;

- Procedee de preparare si obținere a acestor nanomateriale.

Prezenta ionilor substituenti in structura HAP determina obținerea unor nanomateriale care catalizeaza procesele biologice prin care nutrientii sunt transformați in produsii specifici țesutului osos Introducerea ionilor de Sr²* in compoziția nanomaterialelor pe baza de HAP, alaturi de Mg²⁺, Zn²⁺ permite obținerea de materiale utilizabile in stomatologie, cu efect in prevenirea cariilor, in diminuarea durerilor gingivale si refacerea smalțului dentar. Factorul determinant privind rolul Sr²* in structura osului il constituie inhibarea procesului de resorbție, prin aceasta reducandu-se substanțial fenomenul de osteoporoza.

Conform invenției, nanomaterialele utilizate in scopuri biomedicale sunt formate din HAP, HAP multisubstituita in care ionii de Ca²⁺ sunt parțial inlocuiti cu Mg²⁺, Zn²⁺, Sr²* iar cei de PO₄ ³'cu S1O4⁴'. Aceste biomateriale conțin 0,15 5 % gr. Mg; 0,01 + 20% gr. Zn²*;

+ 40% gr. Sr ; 0,1 4% gr. Si. Nanomaterialele rezultate se prezintă sub forma de suspensii sau nanopulberi cu structura cristalina formate dintr-o singura faza, cea a 2017 00529

31/07/2017 corespunzătoare HAP, cu dimensiuni ale cristalitelor 5 + 50 nm iar cea a particulelor de 15 70 nm.

Procedeul de preparare a nanomaterialelor pe baza de HAP parțial substituita cu ioni de A i Al Al A

Mg , Zn , Sr , S1O4 ' si CO3 ’ conform invenției, consta in precipitarea chimica in condiții de amestecare foarte rapida a reactantilor, in raportul molar stoechiometric corespunzător structurii de HAP: Caio(P04)6(OH)2, adica Ca²⁺ / PO4³' = 5/3.

In acest scop se utilizează un sistem de contactare a reactantilor intr-un tip de reactor la care fluxurile cu cele doua soluții, cu cationi si anioni, se ciocnesc sub forma de jeturi, intr-un tub in forma de „Y” sau „T”, (figura la, figura lb), ceea ce asigura formarea amestecului de

A < A reacție la raportul M_e : PO4 ‘ =1,67 intr-un timp foarte scurt: 0,05 -1 sec, de preferința 0,1 + 0,5 sec. Viteza de amestecare a reactantilor mai mare decât viteza de nucleatie asigura condițiile formarii amestecului la raportul stoechiometric corespunzător HAP in tot volumul masei de reacție rezultând astfel un produs unitar lipsit de fosfatii tetra sau octacalcic, produși posibil a se forma in condițiile de lucru, produși care ulterior cu greu sau chiar imposibil mai pot fi transformați in HAP.

Marimea si forma cristalitelor produsului obtinut sunt controlate prin intermediul parametrilor de lucru la care se realizează reacția de precipitare: temperatura de preferința -2 - 25°C; temperatura si durata măturării aplicate 70 + 120°C de preferința 80 -100°C timp de 8-24 ore, precum si prin intermediul surfactantilor adaugati in masa de reacție (asparagina, nonilfenol etc.), in proporție de 0,01 + 2%, de preferința 0,5 -1% fata de HAP.

Conform invenției sunt înlăturate dezavantajele materialelor existente prin aceea ca elementele substituente se regăsesc in nanomaterial in procente de masa de: Mg 0,15 + 5, Zn 0,01-20, Sr 1-40, Si 0,1-4.

Procedeul de fabricare a nanomaterialelor pe baza de HAP multisubstituita, conform invenției, consta in efectuarea reacției de precipitare intr-un reactor (figura 1) la care contactarea reactantilor se face prin ciocnirea frontala a celor doua fluxuri materiale, soluția A respectiv soluția B, la concentrații si debite astfel calculate incat ionii sa se regaseasca in proporția stoechiometrica a materialului dorit. Soluția A conține cationii sub forma de săruri M_eA2, in care A¹' reprezintă unul din anionii: NO3·, CH3 -COO', cu concentrație cuprinsa in intervalul 0,05 - 0,74M, de preferința 0,1 - 0,35M; soluția B conține ionii PO4³· cu concentrația 0,02 - 0,3 5M, de preferința 0,1 - 0,13M, alaturi de care se regăsesc precursori ai ionilor SiC>4⁴’, care sa asigure o proporție de 0,1-4% gr. Si din materialul final rezultat.

a 2017 00529

31/07/2017

Controlul procesului de nucleatie si creștere a cristalitelor se face prin intermediul temperaturii celor doua fluxuri in etapa de contactare a reactantilor care este cuprinsa intre -2 -ί- 25°C, durata si temperatura in timpul măturării care variaza intre 8 + 72 ore, de preferința 12+18 ore, respectiv 50 + 120°C, de preferința 70 + 80°C. Formarea altor faze alcătuite din fosfați tri, tetra si octacalcici este evitata datorita timpului foarte scurt pentru amestecarea in proporție stoechiometrica a reactantilor, care variaza in limitele 0,05 + 1 sec, de preferința 0,1 + 0,55 sec precum si prin intermediul pH-ului celor doua fluxuri: pH = 6,5 + 9,5 pentru soluția cu ionii de Ca²⁺ si pH = 10 + 11,5 pentru soluția ce conține ionii de PO4³·.

Conform invenției, agregarea cristalitelor si aglomerarea particulelor in timpul operației de uscare se evita prin racirea brusca cu azot lichid la temperatura -70 + -100°C a turtei de precipitat rezultate după spalare, iar apa ramasa in precipitat este eliminata prin refîltrare rezultând o turta cu umiditatea 20+80%, care se elimina prin liofilizare la t = -30 + 50°C si presiunea (5 + 25) · IO'³ torr (0.67 - 3.33 Pa).

In continuare se dau exemple de realizare a invenției.

Exemplul 1 'y 1

Intr-un vas de 5 litri se prepara o soluție cu concentrația 0,25M ce conține ionii: Ca , Mg²⁺, Zn²⁺, S?⁺ in raport molar: Ca²⁺: Mg²⁺= 1 : 0,15; Ca²⁺ : Zn²⁺ = 1 : 0,005; Ca²⁺ : Sr²⁺ = 1 : 0,04 (soluția A).

Separat se prepara soluția B (5 L) conținând fosfat diamoniacal (NH^HPC^ cu concentrația 0,15M, al cărei pH este adus in limitele 10,5 + 11,5 prin adaugare de amoniac, soluție de 25%. Drept sursa pentru ionii de SiO/’ s-a utilizat 2,6g TEOS (tetraetoxisilan) diluat in prealabil in 0,1 litri alcool (metilic, etilic sau propilic). După diluare in alcool, soluția TEOS a fost introdusa in 0,25 litri apa distilata, apoi amestecata cu soluția de fosfat de amoniu. In alt vas s-au dizolvat 0,5 g asparagina in 0,25 litri apa distilata. După dizolvarea completa a asparaginei, soluția rezultata a fost introdusa peste soluția de fosfat de amoniu, amoniac, TEOS, rezultând in final 5 L de soluție B.

Soluțiile astfel preparate, cea care conține ionii metalici respectiv cea cu ionii de PO4³' si SiO4⁴' au fost aduse in contact sub forma a doua jeturi care s-au ciocnit frontal intr-un reactor in forma de tub „Y” (figura 1) asigurandu-se astfel o amestecare foarte rapida, 0,1 + 0,5 secunde. Proporția stoechiometrica a reactantilor s-a realizat utilizând debite egale ale fluxurilor dar concentrații diferite. Temperaturile celor doua fluxuri au fost aceleași 20 + 25°C. Suspensia formata a fost colectata intr-un reactor prevăzut cu agitator si manta de 7 a 2017 00529

31/07/2017 încălzire in vederea măturării, care s-a realizat in doua etape: 24 ore la temperatura camerei si 8 ore la temperatura de 60 - 70 °C. După maturare, suspensia rezultata a fost filtrata pe pâlnie Buchner iar precipitatul de HAP a fost spalat cu apa distilata pana la lipsa din filtrat a ionilor NO3·. Turta de precipitat obtinuta după spalare a fost răcită brusc cu azot lichid, apoi π

dezghetata si refiltrata. Materialul astfel preparat a fost liofolizat (5 χ 25) · 10' torr (0.67 3.33 Pa) si temperatura de -35 -45 °C pana ce întreaga cantitate de apa a fost eliminata.

Materialul a fost maruntit (dezintegrat) intr-un mojar de agat.

Rezulta un material pulverulent de culoare alba care după calcinare timp de 8 ore la temperatura 850°C are caracteristicile din Tabel 2 confirmate de spectrul FTIR (figura 2), diffactograma XRD (figura 3).

Pulberea cu caracteristicile indicate este destinata acoperirilor in plasma, cu un strat aderent de HAP multisubstituita, a implantelor stomatologice din titan.

Exemplul 2

Intr-un vas de 5 litri se prepara o soluție cu concentrația 0,25M ce conține ioni de Ca si Sr²’¹’ in raport molar Ca²⁺ : Sr²⁴ = 1 : 0,08

Separat, intr-un vas tot de 5 litri, se prepara o soluție de fosfat diamoniacal cu concentrația de 0,15M al cărei pH este adus in limitele pH de 10,5 4- 11,5 prin adaugare de amoniac, soluție 25%. In vederea preparării a lOg rasina ureoformaldehidica, se adaugă uree (U)si formaldehida (F), in raportul de masa U : F = 1 : 1,3, in soluția ce conține ionii PO4³·.

Soluțiile astfel preparate au fost contactate, sub forma a doua jeturi care se ciocnesc frontal intr-un tub in forma de „Y” sau „T” ceea ce asigura un timp de amestecare foarte scurt 0,1 -F 0,5 secunde, evitandu-se astfel nucleatia eterogena secundara care conduce la formarea unui amestec polifazic. Suspensia rezultata este colectata intr-un reactor prevăzut cu agitator si manta de încălzire unde se menține 24 ore la temperatura camerei, după care se încălzește la 80 + 90°C timp de 8 ore. In timpul măturării la temperatura de 80 χ 90°C are loc procesul de formare a rășinii prin policondensare, acoperind astfel particulele de HAP formate. Suspensia rezultata este filtrata pe pâlnie Buchner, precipitatul este spalat in continuare de trei ori cu apa distilata pana la îndepărtarea completa a ionilor NO3·. Turta de precipitat după spalare este înghețata brusc cu azot lichid, menținută 5 ore la 2 + -5°C in vederea lichidării suprasaturației, când urmele de ioni de PO4³·, Ca²⁺ si Sr²'¹’ ramași in soluție se depun pe suprafața exterioara a particulelor de HAP acoperite deja cu rasina. Se blochează astfel a 2017 00529

31/07/2017 fenomenul de asociere si aglomerare a cristalitelor in timpul operației de uscare. După dezghețarea turtei de precipitat, materialul se refiltreaza, rezultând o turta cu umiditatea de cca. 80% care este supusa uscării in etuva la temperatura 110 + 120°C. In final materialul rezultat este supus operației de maruntire intr-o moara cu bile apoi calcinat timp de 8 ore la temperatura de 850°C.

Rezulta o pulbere formata din HAP cu 6,2 % gr. Sr, ale cărei caracteristici sunt prezentate in Tabelul 2, confirmate de măsurătorile obținute prin spectrul FTIR (figura 5), difractograma XRD (figura 6).

Materialul cu caracteristicile aratate este destinat utilizării in stomatologie, la prepararea cimenturilor dentare si a pastelor de dinți.

Exemplul 3

Intr-un vas de 5 litri se prepara o soluție 0,25 M Ca²⁺ (azotat) al cărei pH este adus in limitele 7,5 + 8,5 prin adaugare de NH3, soluție 25%. Separat, in alt vas de 5 litri se prepara o soluție de fosfat diamoniacal, careia i se adauga NH3, soluție 25% pana la pH de 10,5 11,5.

Soluțiile astfel preparate au fost contactate sub forma a doua jeturi care se ciocnesc frontal intr-un tub „Y” sau „T”, asigurandu-se asfel un timp foarte scurt de amestecare 0,1 + 0,5 secunde ceea ce asigura o amestecare rapida a reactantilor la o valoare a raportului molar stoechiometric caracteristic HAP : Ca : PO4' = 1,67. Rezulta o suspensie formata din particule de HAP cu structura predominant amorfa, care este colectata intr-un reactor prevăzut cu agitator si manta de încălzire, unde este menținută 24 ore la temperatura camerei. In continuare se ridica temperatura la 70 + 80°C, unde este menținută timp de 8 ore pentru desavarsirea procesului de integrare a ionilor in rețeaua specifica hidroxiapatitei (avansarea procesului de cristalizare). După maturare suspensia este filtrata pe pâlnie Biichner iar precipitatul este spalat cu apa distilata pana la lipsa ionului NO3·. Turta de precipitat obtinuta după spalare este inghetata rapid cu azot lichid, ceea ce determina o lichidare rapida a suprasaturației, evitandu-se astfel creșterea particulelor in timpul operațiilor de uscare si calcinare. Turta de precipitat după dezghețare este refiltrata, apoi este supusa uscării prin liofilizare la P = (5 + 25) · IO'³ torr (0.67 - 3.33 Pa) si temperatura t = -25 + -35°C. Uscarea finala a materialului se realizează la temperatura 100 + 105°C.

Se obține o pulbere formata din HAP cu raportul molar Ca : PO4 ' = 1,67 ale cărei caracteristici prezentate in Tabelul 2, sunt confirmate prin măsurători FTIR (figura 7), difractograma XRD (figura 8) si analiza BET (figura 9).

a 2017 00529

31/07/2017

Materialul rezultat este utilizat la formularea unor paste de dinți pentru remineralizarea smalțului si prevenirea cariilor.

Exemplul 4

Se prepara 5 litri de soluție apoasa cu concentrația 0,25 M, care conține ionii de Ca²⁺ si Zn²⁺ in raport molar Ca²⁺ : Zn²⁺ =1 : 0,19.

Separat se prepara 5 litri soluție apoasa de fosfat diamoniacal cu concentrația de 0,15 M, în care se adaugă L-asparagină în concentație de 0,1 g/L, iar pH-ul soluției se aduce la valarea 11.5 prin adaugare de soluție de ammoniac 25%.

Soluțiile astfel preparate au fost contactate sub forma a doua jeturi care se ciocnesc frontal intr-un tub „Y” sau „T”, asigurandu-se asfel un timp foarte scurt de amestecare 0,1 0,5 secunde ceea ce asigura o amestecare rapida a reactantilor la o valoare a raportului molar stoechiometric caracteristic HAP, Ca : PO4 = 5 : 3. Rezulta o suspensie, care este colectata intr-un reactor prevăzut cu agitator si manta de încălzire, unde este menținută 24 ore la temperatura camerei. In continuare se ridica temperatura la 70 °C, unde este menținută timp de alte 24 de ore pentru desavarsirea procesului de integrare a ionilor in rețeaua specifica hidroxiapatitei (avansarea procesului de cristalizare). După maturare suspensia este filtrata pe pâlnie Biichner iar precipitatul este spalat cu apa distilata pana la lipsa ionului NO3’ . Turta de precipitat obtinuta după spalare este înghețata rapid cu azot lichid, ceea ce determina o lichidare rapida a suprasaturației, evitandu-se astfel creșterea particulelor in timpul operațiilor de uscare si calcinare. Turta de precipitat după dezghețare este refiltrata, apoi este supusa uscării prin liofilizare la P = (5 + 25) · 10' torr (0,67 - 3,.33 Pa) si temperatura t = -25 + -35°C.

După măcinare într-o moară cu bile se obține o pulbere alba, cu caracteristicile prezentate in Tabelul 2, confirmate prin imagini TEM (figura 10), difractograme de raze X (figura 11), spectreul FTIR (figura 12) si analiza BET (figura 13).

Materialul cu caracteristicile aratate este destinat utilizării in stomatologie, la prepararea cimenturilor dentare si a pastelor de dinți.

a 2017 00529

31/07/2017

Exemplul 5.

Se procedează la fel ca la exemplul 4, doar ca prima soluție conține, pe langa ionii de Ca²⁺si Zn²⁺, ioni de Sr²*, in concentrație totala (Ca+Zn+Sr) de 0.25 M si in rapoartele molare Ca²⁺ : Zn²⁺ = 1 : 0,12; Ca²⁺ : Sr²* = 1 : 0,04.

Se obține o pulbere de hidroxiapatita substituita cu zinc si strontiu, avand caracteristicile prezentate in Tabelul 2 si ilustrate prin figurile 14-17.

a 2017 00529

31/07/2017

Tabel 1. Solubilitatea compușilor din sistemul PO4 ' - Ca rezultați in timpul precipitării; K_sp reprezintă produsul de solubilitate.

Raportul molar Ca/P	Fosfați de calciu	Formula chimica	Solubilitatea 25°C, -log(KSp)
0,5	Fosfat monocalcic - monohidrat (MCPM)	Ca(H2PO4)2 · H2O	1,14
0,5	Fosfat monocalcic - anhidru (MCPA)	Ca(H2PO4)2	1,14
1,0	Fosfat dicalcic - dihidrat (DCPD, Brushit)	CaHPO4 · 2H2O	6,59
1,0	Fosfat dicalcic - anhidru (DCPA, Monetit)	CaHPO4	6,90
1,33	Fosfat octacalcic (OCP)	Ca8(HPO4)2(PO4)4 · 5H2O	96,6
1,5	a - Fosfat tricalcic (a -TCP)	a - Ca3(PO4)2	25,5
1,5	β - Fosfat tricalcic (β -TCP)	β - Ca3(PO4)2	28,9
1,2-2,5	Fosfat calcic amorf (ACP)	Cax(PO4)y · nH2O	25-33
1,5-1,67	Hidroxiapatita cu deficit de calciu (CDHA)	Cai o-2x(P04)6-x(OH)2.x	85
1,67	Hidroxiapatita stoechiometrica	Caio(P04)6(OH)2	116,8
2,0	Fosfat tetracalcic (TTCP)	Ca4(PO4)2O	38-44

a 2017 00529

31/07/2017

Tabel 2. Caracteristicile fizico-chimice ale materialelor preparate conform exemplelor 1-5

Nr proba	Dimensiune cristalite (nm)	Grad de cristalinitate (%)	Suprafața specifica (m2/g)	Volumul specific al porilor (cm3/g)	Compoziție % masa
Ex 1	50,2	76,02	11,9	0,01391	Ca 33,54 Mg 3,05 Zn 0,27 Sr 2,94 Si 0,28 P 18,28
Ex2	55	79,5	17,6	0,027	Ca 35,69 Sr 6,24 P 17,87
Ex3	18,2	55	85,3	0,344	Ca 39,89 P 18,51
Ex. 4	21,3	33,9	139,7	0,436	Ca 32,22 Zn 10,00 P 17,78
Ex. 5	24,9	38,2	108,4	0,385	Ca 33,00 Zn 6,46 Sr2,89 P 17,74

a 2017 00529

31/07/2017

Claims (9)

Revendicări

1. Nanomateriale pentru scopuri biomedicale stomatologice pe baza de hidroxiapatita si hidroxiapatita multisubstituita in care ionii substituiti se regăsesc in proporție de: 0,15 + 5,5 % gr. Mg; 0,01 + 20% gr. Zn; 1 + 40% gr. Sr²*; 0,1 + 4% gr. Si.

2. Nanomateriale pentru scopuri biomedicale pe baza de hidroxiapatita si hidroxiapatita multisubstituita definite la revendicarea 1 caracterizate prin aceea ca ionii de calciu sunt substituiti cu magneziu, zinc, strontiu in rapoartele molare Ca : Mg= 1 : 0,15; Ca : Zn= 1 : 0,005; Ca : Sr= 1 : 0,04 si cu un continui de Si de 0,2% gr., obținute prin precipitare la temperatura camerei in prezenta de 0,1+2% asparagina adaugata in soluția cu ionii de PO4³’ urmata de maturare timp de 24 ore la temperatura camerei si 8 ore la temperatura de 60-70°C obținând un produs cu suprafața specifica 60+160 m /g, volumul specific al porilor 0,10-0,50 cm /g si dimensiuni ale particulelor de 15+70 nm. Materialul rezultat are o mare capacitate de adsorbtie si este destinat materialelor dentare, condiționării medicamentelor si ca transportor al acestora

3. Nanomateriale pentru scopuri biomedicale pe baza de hidroxiapatita si hidroxiapatita multisubstituita definite la revendicarea 1 caracterizate prin aceea ca ionii de calciu sunt parțial substituiti cu strontiu (HAP cu 8+20% gr. Sr), reacția de precipitare si maturarea de 24 ore s-a efectuat la temperatura camerei. Rezulta in final o pudra cu suprafața specifica 120+150 m /g si volumul specific al porilor 0,30+0,55 cm /g. Materialul astfel preparat este destinat scopurilor stomatologice (cimenturi dentare si paste de dinți).

4. Nanomateriale pentru scopuri biomedicale stomatologice pe baza de hidroxiapatita si hidroxiapatita multisubstituita definite la revendicarea 1 caracterizate prin aceea ca ionii de calciu sunt substituiti parțial cu zinc, rezultând HAP cu 2-20% gr. Zn. Materialul este destinat pentru paste de dinți si apa de gura cu acțiune antibacteriana si antiinflamatoare.

5. Nanomateriale pentru scopuri biomedicale pe baza de hidroxiapatita si hidroxiapatita multisubstituita definite la revendicarea 1, caracterizate prin aceea ca reacția de precipitare s-a efectuat la temperatura de 0°C si maturare timp de 24 ore la temperatura camerei. După prelucrare rezulta o pudra de culoare alba, cu suprafața specifica 130+140 m /g, volumul specific al porilor 0,41+0,44cm /g, dimeniuni ale cristalitelor 10+25 nm si grad de cristalinitate coborât 20+40%. Materialul este destinat uzului stomatologic pentru tratamentul osteitei, in paste de dinți si cimenturi stomatologice.

a 2017 00529

31/07/2017

6. Nanomateriale pentru scopuri biomedicale pe baza de hidroxiapatita si hidroxiapatita multisubstituita definite la revendicarea 1 caracterizate prin aceea ca reacția de precipitare si maturare a precipitatului se efectuează la temperatura de 0°C. Rezulta materiale cu dimensiunea cristalitelor de 10^-25 nm. Materialele sunt utilizate la întreținerea si protejarea smalțului dentar.

7. Nanomateriale pentru scopuri biomedicale pe baza de hidroxiapatita si hidroxiapatita multisubstituita definite la revendicările 1 si 6, caracterizate prin aceea ca durata măturării este 8-36 ore, de preferința 12-24 ore, rezultând după prelucrare o pudra cu dimensiuni ale cristalitelor 15-35 nm, grad de cristalinitate 20-50%, cu suprafața specifica 100-410 m/g, volumul specific al porilor 0,3 2-4),3 7cm /g, utilizate la prepararea pastelor de dinți si a pulberilor pentru reconstrucția smalțului dentar.

8. Nanomateriale pentru scopuri biomedicale pe baza de hidroxiapatita si hidroxiapatita multisubstituita definite la revendicarea 1, caracterizate prin aceea ca maturarea precipitatului se efectuează timp de 4-24 ore de preferința 10-12 ore la temperatura de 60-70°C. Sunt destinate cimenturilor stomatologice si regenerării maxilarului.

9. Nanomateriale pentru scopuri biomedicale pe baza de hidroxiapatita si hidroxiapatita multisubstituita definite la revendicarea 1 caracterizate prin aceea ca după uscare turta de precipitat este calcinata timp de 4-12 ore, de preferința 8-10 ore, la temperatura de 850-950 °C, rezultând un material cu suprafața specifica de 10-20 m /g, volumul specific al porilor 0,012-4),027cm /g, utilizate pentru acoperirea implantelor stomatologice de titan prin pulverizare in plasma.