RU2372891C2 - Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе фосфатов кальция и натрия - Google Patents
Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе фосфатов кальция и натрия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2372891C2 RU2372891C2 RU2007129819/15A RU2007129819A RU2372891C2 RU 2372891 C2 RU2372891 C2 RU 2372891C2 RU 2007129819/15 A RU2007129819/15 A RU 2007129819/15A RU 2007129819 A RU2007129819 A RU 2007129819A RU 2372891 C2 RU2372891 C2 RU 2372891C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- calcium
- sodium
- material based
- biodegradable material
- synthesis
- Prior art date
Links
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицине. Описан способ получения керамического биодеградируемого материала на основе фосфатов кальция и натрия, включающий синтез порошка взаимодействием водных растворов соли кальция и гидрофосфата натрия, формование, обжиг. Согласно изобретению в качестве соли кальция используют ацетат, а мольное соотношение Са/Р для исходных растворов лежит в интервале 0,8-1,3. Способ является простым и не требует дорогостоящего оборудования. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области медицины, может быть использовано в травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, а также в качестве носителей лекарственных средств.
В качестве биодеградируемых материалов используют фосфаты кальция с соотношением Са/Р менее 1,67. Такими фосфатами могут являться аморфный фосфат кальция (АФК), трикальцийфосфат (ТКФ), пирофосфат(ПФК), брушит [1]. В медицинской практике используют материалы на основе гидроксиапатита (ГАП), содержащего в качестве биодеградируемой фазы одну из таких фаз или их сочетание [2]. В качестве биодеградируемой фазы или деградируемого материала могут быть использованы стекла в системе СаО-Р2O5, Na2O-P2O5-CaO, K2O-P2O5-CaO, Na2O-P2O5-CaO-SiO2, K2O-P2O5-CaO-SiO2 и другие [3].
Известен способ получения биодеградируемого материала, содержащего фосфаты кальция и натрия, в том числе ренанита NaCaPO4, как одной из фаз при кристаллизации стекла в системе SiO2-Al2O3-Na2O-K2O-P2O5-F [4] или в SiO2-CaO-Na2O-P2O5-F-K2O [5]. Недостатком первого способа является присутствие оксида алюминия, осложняющее полную деградацию материала, недостатком второго способа является необходимость получения расплава при высокой (до 1650°С) температуре.
Известен способ обработки фосфатных руд с помощью карбоната натрия или хлорида калия при температурах 300-900°С, когда образование сложного фосфата кальция натрия (ренанита) происходит только при взаимодействии фосфатного камня с карбонатом натрия [6], или при обработке фосфатного камня алюмосиликатом или карбонатом натрия при 900°С [7]. Такой способ не подходит для синтеза ренанита медицинского назначения.
Известен способ получения слоистого композиционного материала, содержащего ГАП и стекло в системе Na2O-P2O5-CaO-SiO2, в котором количество сложного фосфата кальция натрия невелико и составляет не более 5% [8]. Недостатком этого способа является необходимость применения для консолидации материала метода горячего прессования, требующего сложного оборудования.
Известен способ [9] получения композиционного материала на основе сложного фосфата кальция натрия - ренанита NaCaPO4 и желатина. Размер частиц ренанита, распределенного в органической матрице, чрезвычайно велик (500-700 мкм), что нежелательно для биорезорбируемых материалов. Кроме того, синтез ренанита в этом способе включает твердофазный синтез при 1300°С в течение 16 часов. Применение высокой температуры и длительность синтеза делают такой способ экономически невыгодным.
Известен способ получения композиционного материала, содержащего различные фосфаты кальция, кварц и кристобалит, в котором в качестве временного технологического связующего используют агрессивный раствор NaOH [10].
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ [11], в котором керамический биодеградируемый материал на основе фосфатов кальция и натрия получают из порошка, синтезированного в результате взаимодействия водных растворов соли кальция (Са(NО3)2) гидрофосфата натрия. Полученный порошок прессуют, а затем обжигают. Недостатками этого способа являются необходимость регулирования рН дополнительным введением NaOH; использование дополнительного компонента при синтезе NaHCO3 - источника карбонат ионов и натрия; применение процедуры промывания осадка; применение лиофильной сушки в вакууме при -80°С, что требует дорогостоящего оборудования. Кроме того, полученный материал содержит устойчивую к биодеградации фазу - ГАП до 60%, что существенно снижает предел биодеградируемости материала.
Была поставлена задача разработки способа, который не содержал бы этих недостатков. Задача была решена настоящим изобретением.
В способе получения керамического биодеградируемого материала на основе фосфатов кальция и натрия, включающем синтез порошка взаимодействием водных растворов соли кальция и гидрофосфата натрия, формование, обжиг, согласно изобретению в качестве соли кальция используют ацетат, при этом мольное соотношение Са/Р для исходных растворов лежит в интервале 0,8-1,3, при этом синтез исходного порошка проводят из водных растворов ацетата кальция и гидрофосфата натрия при температуре 40-60°С. Концентрации исходных растворов как ацетата кальция, так и гидрофосфата натрия лежат в интервале 0,3-1,0. Соотношение Са/Р лежит в интервале 0,8-1,3. После фильтрования осадка и сушки порошок представляет собой смесь ацетата натрия и карбонатгидроксиапатита (КГАП). Образование двухфазного керамического биодеградируемого материала на основе фосфатов кальция натрия, а именно ТКФ и ренанита, происходит при обжиге сформованных прессованием образцов в интервале температур 900-1200°С в течение 2-6 часов.
Синтез порошка происходит в соответствии с формальной реакцией (1):
Синтез при температуре ниже 40°С приводит к формированию трудно фильтруемого осадка. Нагревание выше 60°С приводит к существенному понижению концентрации ацетат ионов, что неблагоприятно сказывается на уровне рН в реакционной смеси. Na2HPO4, взятый в избытке относительно соотношения Са/Р=1,67, необходимого для синтеза стехиометрического гидроксиапатита, обеспечивает в реакционной смеси формирование буферного раствора, поддерживающего рН на протяжении всего синтеза. В заявленных пределах для соотношения Са/Р 0,8-1,3 рН находится на уровне 8 и гарантирует протекание синтеза с необходимым соотношением гидроксиапатита и сопутствующих солей. При соотношении Са/Р менее 0,8 или более 1,3 возможно изменение состава буферного раствора и отклонение от необходимого уровня рН. Близость ионных радиусов Са2+ и Na+ создает условия для формирования Na-замещенного гидроксиапатита (Na-ГАП). Такое замещение требует компенсации зарядов ионной решетки, которая реализуется замещением части групп (РO4)3-. И тогда такая реакция будет записана следующим образом (реакция 2);
Таким образом после синтеза, фильтрования и сушки порошок будет состоять из Na-замещенного карбонатгидроксиапатита (Na-КГАП) и адсорбированных сопутствующих продуктов реакции, состоящих из ацетата натрия и гидрофосфата натрия.
Формирование микроструктуры и фазового состава биодеградируемого материала на основе фосфатов кальция натрия происходит в процессе обжига. При этом из Na-КГАП и сопутствующего продукта образуются биорезорбируемые фазы ТКФ и ренанита (фосфата кальция натрия) (реакции 3-7). Возможно формирование некоторого количества стеклофазы из карбоната натрия и гидрофосфата натрия в системе Na2O-P2O5, которая, взаимодействуя с фосфатами кальция, может обогащаться СаО, преобразуясь в систему Na2O-P2O5-CaO. Указанный расплав интенсифицирует происходящие процессы спекания и фазообразования, а впоследствии кристаллизуется с образованием фаз ренанита и ТКФ.
Обжиг материала при температуре ниже 900°C с выдержкой при этой температуре менее 2 часов не обеспечивает получения полностью спеченного материала. Обжиг при температуре выше 1200°C с выдержкой при этой температуре более 6 часов ведет к деградации микроструктуры биодеградируемого керамического материала, связанного с аномальным ростом зерен.
Пример 1
1 л 0,5М раствора ацетата кальция 10Са(СН3СОО)2 приливают к 1 л 0,5М раствора Na2HPO4. Дополнительный регулятор рН среды не используется, так как присутствие в растворе ацетат-ионов и гидрофосфат-ионов при заданном соотношении исходных компонентов обеспечивает формирование буферной смеси.
Порошок исходной шихты после фильтрования и сушки содержит 10% сопутствующего продукта и 90% Na-КГАП Са10-х/2Nax/2(PO4)6-х(СО3)х(ОН)2. Из полученного порошка формуют образцы в виде балочек или дисков. При нагревании в течение 4 часов при 1050°С происходит образование керамического биодеградируемого материала, фазовый состав которого представлен ТКФ и ренанитом.
Аналогично были изготовлены образцы керамического биодеградируемого материала на основе ренанита при заявленных условиях (Таблица). Из таблицы следует, что при указанных условиях синтеза исходной шихты и указанных условиях термообработки формируется материал, фазовый состав которого представлен ТКФ и ренанитом. Такой материал является биодеградируемым керамическим материалом, выделяющим при взаимодействии со средой организма Na+, Ca2+, PO4 3-, из которых два последних иона являются источником компонентов для формирования ГАП in vivo.
Таблица | ||||||
Состав исходной шихты | Обжиг | Фазовый состав | ||||
Са/Р, моль | Na-КГАП, % | (NaCH3COO+Na2HPO4), % | Т, °С | t, час | ||
1 | 0,8 | 92 | 8 | 900 | 2 | ТКФ, ренанит |
2 | 1,0 | 90 | 10 | 1050 | 4 | ТКФ, ренанит |
3 | 1,3 | 87 | 12 | 1200 | 6 | ТКФ, ренанит |
Таким образом, экспериментальные данные показывают, что применение заявленного способа позволяет получать керамический биодеградируемый материал на основе фосфатов кальция натрия, содержащего после обжига фазы ТКФ и ренанита.
Claims (1)
- Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе фосфатов кальция и натрия, включающий синтез порошка взаимодействием водных растворов соли кальция и гидрофосфата натрия, формование и обжиг, отличающийся тем, что в качестве соли кальция используют ацетат кальция, при этом мольное соотношение Са/Р для исходных растворов лежит в интервале 0,8-1,3, после сушки порошок представляет собой смесь ацетата натрия и карбонатгидроксиапатита (КГАП), которые после обжига при нагревании 900-1200°С в течение 2-6 ч образуют материал, фазовый состав которого представлен трикальцийфосфатом (ТКФ) и ренанитом (NaCaPO4).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007129819/15A RU2372891C2 (ru) | 2007-08-06 | 2007-08-06 | Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе фосфатов кальция и натрия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007129819/15A RU2372891C2 (ru) | 2007-08-06 | 2007-08-06 | Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе фосфатов кальция и натрия |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007129819A RU2007129819A (ru) | 2009-02-20 |
RU2372891C2 true RU2372891C2 (ru) | 2009-11-20 |
Family
ID=40531137
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007129819/15A RU2372891C2 (ru) | 2007-08-06 | 2007-08-06 | Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе фосфатов кальция и натрия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2372891C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2456253C2 (ru) * | 2010-06-24 | 2012-07-20 | Государственное учебно-научное учреждение Факультет Наук о Материалах Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова | Способ подготовки шихты для получения керамического биодеградируемого материала |
RU2526191C1 (ru) * | 2013-05-31 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Способ получения карбонатгидроксилапатита из модельного раствора синовиальной жидкости человека |
RU2555685C2 (ru) * | 2013-07-24 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Способ получения субмикронной бифазной керамики на основе трикальцийфосфата и гидроксиапатита |
RU2787956C1 (ru) * | 2022-09-13 | 2023-01-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (ИХБФМ СО РАН) | Способ получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция |
-
2007
- 2007-08-06 RU RU2007129819/15A patent/RU2372891C2/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
S.Jalotta, S.B.Bhaduri, A.C.Tas A new rhenanite (P-NaCaPO 4 ) and hydroxyapatite biphasic biomterial for sceletal repair // J. Biomed. Mater. Res. Part B: Appi Biomater 80B: 304-316, 2007. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2456253C2 (ru) * | 2010-06-24 | 2012-07-20 | Государственное учебно-научное учреждение Факультет Наук о Материалах Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова | Способ подготовки шихты для получения керамического биодеградируемого материала |
RU2526191C1 (ru) * | 2013-05-31 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Способ получения карбонатгидроксилапатита из модельного раствора синовиальной жидкости человека |
RU2555685C2 (ru) * | 2013-07-24 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Способ получения субмикронной бифазной керамики на основе трикальцийфосфата и гидроксиапатита |
RU2787956C1 (ru) * | 2022-09-13 | 2023-01-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (ИХБФМ СО РАН) | Способ получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007129819A (ru) | 2009-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rey et al. | 1.11 Bioactive calcium phosphate compounds: physical chemistry | |
ES2264168T3 (es) | Apatitas sustituidas con silicio y procedimiento para la preparacion de las mismas. | |
ES2321411T3 (es) | Oxiapatita sustituida con silicio. | |
Kannan et al. | Aqueous precipitation method for the formation of Mg-stabilized β-tricalcium phosphate: An X-ray diffraction study | |
JP6130098B2 (ja) | ガリウム化リン酸カルシウム生体材料 | |
JP5740314B2 (ja) | ケイ酸塩置換ヒドロキシアパタイト | |
JPS63270061A (ja) | 無機生体材料の表面改質方法 | |
US11389564B2 (en) | Whitlockite coating constructed on surface of calcium phosphate-based bioceramic substrate and preparation method therefor | |
JPH0155204B2 (ru) | ||
AU2006263624B2 (en) | Biomedical materials | |
Sinusaite et al. | Thermally induced crystallization and phase evolution of amorphous calcium phosphate substituted with divalent cations having different sizes | |
RU2372891C2 (ru) | Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе фосфатов кальция и натрия | |
Dorozhkina et al. | Surface mineralisation of hydroxyapatite in modified simulated body fluid (mSBF) with higher amounts of hydrogencarbonate ions | |
Walczyk et al. | Physicochemical characterization of zinc-substituted calcium phosphates | |
JP6035627B2 (ja) | β型リン酸三カルシウムからなる生体材料 | |
Kannan et al. | Rietveld structure and in vitro analysis on the influence of magnesium in biphasic (hydroxyapatite and β‐tricalcium phosphate) mixtures | |
JP6109773B2 (ja) | 生体材料セラミックス焼結体及びその製造方法 | |
RU2395303C1 (ru) | Способ получения керамического композиционного биодеградируемого материала на основе двойного фосфата калия кальция | |
RU2392007C2 (ru) | Способ получения пористого материала на основе фосфата кальция | |
RU2743834C1 (ru) | Способ получения пористого биокерамического волластонита | |
RU2531377C2 (ru) | Способ получения пористого керамического материала на основе пирофосфата кальция | |
WO2001083367A2 (en) | A process for the preparation of carbonated biomedical materials | |
RU2555685C2 (ru) | Способ получения субмикронной бифазной керамики на основе трикальцийфосфата и гидроксиапатита | |
PL214929B1 (pl) | Sposób otrzymywania syntetycznego bioceramicznego tworzywa implantacyjnego na bazie hydroksyapatytów weglanowych | |
RU2776293C1 (ru) | Способ получения биосовместимых висмут-апатитов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20140325 |