RU2614772C1 - Method for producing nanohydroxyapatite - Google Patents

Method for producing nanohydroxyapatite Download PDF

Info

Publication number
RU2614772C1
RU2614772C1 RU2015154409A RU2015154409A RU2614772C1 RU 2614772 C1 RU2614772 C1 RU 2614772C1 RU 2015154409 A RU2015154409 A RU 2015154409A RU 2015154409 A RU2015154409 A RU 2015154409A RU 2614772 C1 RU2614772 C1 RU 2614772C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
concentration
reactor
mol
solution
temperature
Prior art date
Application number
RU2015154409A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Буланов
Александр Владимирович Князев
Виталий Жанович Корокин
Алёна Геннадьевна Блохина
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
Priority to RU2015154409A priority Critical patent/RU2614772C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2614772C1 publication Critical patent/RU2614772C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method for producing nanohydroxyapatite comprises mixing in the reactor the four-watered calcium nitrate solution of Ca(NO3)2⋅4H2O with the concentration of 0.01-0.15 mol/l with the aqueous solution of orthophosphoric acid H3PO4 with the concentration of 1.4-1.5 mol/l at a molar ratio of Ca/P=5/3, thermostating the resulting solutions mixture under constant stirring with a stirrer rotating at the speed of 170-200 rev/min, until reaching the temperature equilibrium with the external thermostatic jacket heated to the temperature of 33-37°C, adding sodium hydroxide solution NaOH with a concentration of 1 mol/l, heated to 37-42°C, until reaching the acidity index of pH=7, maintaining the molar ratio of Ca/Na=1.25-1.30. Moreover, 2/3 of the sodium hydroxide solution is added directly to the reactor center at a flow rate of 7-10 m/s, the remaining amount - with portions of 50 ml, and then the resulting sol is maintained at a temperature of 37°C and the stirrer switched off for one hour, removed from the reactor, centrifuged and washed three times with bidistilled water.
EFFECT: simplifying the production and reducing the production time.
2 cl, 4 dwg, 1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к неорганической химии, касается способа получения наногидроксиапатита, который может быть использован в медицине для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, в том числе в стоматологии.The invention relates to inorganic chemistry, relates to a method for producing nanohydroxyapatite, which can be used in medicine for the production of medical materials that stimulate the restoration of bone defects, including dentistry.

Стехиометричный гидроксиапатит - бионеорганическое соединение с формулой Са5(PO4)3ОН, с повышенной биологической совместимостью, обусловленной наличием в химическом составе соединения изоморфно включенных ионов натрия, являющееся минеральной основой твердых тканей млекопитающих (зубы, кости). Ввиду своей высокой изоморфной емкости (способности включать в свой состав атомы других химических элементов без изменения структуры) химический состав данного соединения может быть модифицирован для достижения улучшенных биологических и физических свойств конечных материалов. Наиболее часто используемыми модификаторами химического состава являются Na, K, CO3, S и т.д.Stoichiometric hydroxyapatite is a bio-inorganic compound with the formula Ca 5 (PO 4 ) 3 OH, with increased biological compatibility due to the presence in the chemical composition of the compound of isomorphically incorporated sodium ions, which is the mineral basis of hard mammalian tissues (teeth, bones). Due to its high isomorphic capacity (the ability to incorporate atoms of other chemical elements without changing the structure), the chemical composition of this compound can be modified to achieve improved biological and physical properties of the final materials. The most commonly used chemical modifiers are Na, K, CO 3 , S, etc.

Известен способ получения гидроксиапатита (RU 9301269 A, кл. C01B 25/32, опубл. 20.03.1996 г.), включающий смешение суспензии гидроксида кальция с водным раствором фосфорной кислоты при последовательном прохождении реакционной смеси через две зоны, при этом в первой зоне поддерживается pH, равное 10,0-11,0, и скорость движения потока 0,8-1,5 м/с, а во второй зоне суспензию разбавляют в 400-500 раз и возвращают в первую зону, обеспечивая 4-5-кратную циркуляцию реакционной смеси в замкнутом цикле за 10-20 мин. Продукт отделяют фильтрованием и высушивают. Способ обеспечивает повышение выхода гидроксиапатита при улучшении его качества и повышении чистоты фазового состава.A known method of producing hydroxyapatite (RU 9301269 A, class C01B 25/32, publ. March 20, 1996), comprising mixing a suspension of calcium hydroxide with an aqueous solution of phosphoric acid with successive passage of the reaction mixture through two zones, while maintaining in the first zone a pH of 10.0-11.0 and a flow velocity of 0.8-1.5 m / s, and in the second zone, the suspension is diluted 400-500 times and returned to the first zone, providing 4-5-fold circulation the reaction mixture in a closed cycle for 10-20 minutes The product is filtered off and dried. The method provides an increase in the yield of hydroxyapatite while improving its quality and increasing the purity of the phase composition.

Недостатком способа является его многостадийность, сложность аппаратурного оформления, высокая энергоемкость получения суспензии (пасты) гидроксилапатита, а также невозможность приготовления продукта с размерами частиц, близкими к наноразмерам.The disadvantage of this method is its multi-stage, the complexity of the hardware design, high energy consumption of obtaining a suspension (paste) of hydroxylapatite, as well as the inability to prepare a product with particle sizes close to nanoscale.

Известен способ получения тонкодисперсного однофазного гидроксиапатитта (RU 2165389 C1, кл. C01B 25/32, опубл. 20.04.2001 г.), включающий синтез фосфата кальция, обработку его спиртом при объемном соотношении раствор фосфата кальция:спирт, равном 1:0,001-1, смешение его со спиртовым раствором щелочи, имеющим объемное соотношение водный раствор щелочи: спирт 1:0,001-1, до pH 10-12, отделение, промывку и сушку осадка продукта при температуре не более 60°C. По данному способу при использовании в качестве реакционной смеси водно-спиртовых растворов фосфата кальция и щелочи удается получить тонкодисперсные порошки гидроксилапатита с размером частиц до 0,3-1,0 мкм. Введение спирта в реакционную среду в данном способе предназначено исключительно для предотвращения агломерации частиц, что позволяет получать тонкодисперсный гидроксилапатит с размером частиц 0,3-1 мкм.A known method of producing a finely divided single-phase hydroxyapatite (RU 2165389 C1, class C01B 25/32, publ. 04/20/2001), including the synthesis of calcium phosphate, its treatment with alcohol at a volume ratio of calcium phosphate solution: alcohol equal to 1: 0.001-1 mixing it with an alcohol solution of alkali having a volume ratio of an aqueous solution of alkali: alcohol 1: 0.001-1, to a pH of 10-12, separating, washing and drying the precipitate of the product at a temperature of not more than 60 ° C. According to this method, when water-alcohol solutions of calcium phosphate and alkali are used as a reaction mixture, it is possible to obtain finely divided hydroxylapatite powders with a particle size of up to 0.3-1.0 μm. The introduction of alcohol in the reaction medium in this method is intended solely to prevent particle agglomeration, which allows to obtain finely divided hydroxylapatite with a particle size of 0.3-1 μm.

Недостатком данного способа является то, что частицы получаемого продукта не являются наноразмерными.The disadvantage of this method is that the particles of the resulting product are not nanoscale.

Известен способ получения мелкодисперсного гидроксилапатита высокой чистоты (RU 2149827 C1, кл. C01B 25/32, опубл. 27.05.2000 г.), включающий получение мелкодисперсного гидроксилапатита в виде суспензии путем приливания 6-9%-ного раствора фосфорной кислоты со скоростью 70-120 мл/мин к 20-55%-ной суспензии гидроксида кальция, предварительно обработанной ультразвуком с частотой 9-15 кГц в течение 1-2 часов. Формирование частиц гидроксилапатита размером 1-5 мкм происходит в отстойнике в течение 20-24 ч. Концентрация гидроксилапатита в готовой суспензии 320-350 г/л.A known method of producing finely divided hydroxylapatite of high purity (RU 2149827 C1, class C01B 25/32, publ. 05.27.2000), which includes obtaining finely divided hydroxylapatite in the form of a suspension by pouring a 6-9% solution of phosphoric acid at a rate of 70- 120 ml / min to a 20-55% suspension of calcium hydroxide, pre-treated with ultrasound at a frequency of 9-15 kHz for 1-2 hours. The formation of particles of hydroxylapatite with a size of 1-5 microns occurs in the sump for 20-24 hours. The concentration of hydroxylapatite in the finished suspension is 320-350 g / l.

Недостатками данного технического решения являются длительное время процесса, а также то, что размеры частиц гидроксилапатита в этой суспензии составляют 1-5 мкм, т.е. их нельзя отнести к наноразмерным.The disadvantages of this technical solution are the long process time, as well as the fact that the particle size of hydroxylapatite in this suspension is 1-5 microns, i.e. they cannot be classified as nanoscale.

Известен способ получения гидроксиапатита (RU 2505479 C1, кл. C01B 25/32, C01F 11/00, А61К 6/033, опубл. 27.01.2014), подразумевающий получение гидроксиапатита путем смешения 1-1,5%-ной водной суспензии карбоната кальция, насыщенной углекислым газом в концентрации 1-1,5 г/л, и 1-1,5%-ного водного раствора гидроортофосфата натрия при температуре 20-37°C, при постоянном перемешивании и при мольном соотношении CaCO3/Na2HPO4=5-7.A known method of producing hydroxyapatite (RU 2505479 C1, class C01B 25/32, C01F 11/00, AK 6/033, publ. 01/27/2014), which involves obtaining hydroxyapatite by mixing a 1-1.5% aqueous suspension of calcium carbonate saturated with carbon dioxide at a concentration of 1-1.5 g / l, and 1-1.5% aqueous solution of sodium hydrogen phosphate at a temperature of 20-37 ° C, with constant stirring and at a molar ratio of CaCO 3 / Na 2 HPO 4 = 5-7.

Недостатком данного способа является использование карбоната кальция ввиду того, что карбонатные ионы встраиваются в структуру гидроксиапатита, существенно влияя на механические свойства будущего материала.The disadvantage of this method is the use of calcium carbonate due to the fact that carbonate ions are embedded in the structure of hydroxyapatite, significantly affecting the mechanical properties of the future material.

Известен способ получения наногидроксиапатита (RU 2402483 C2, кл. C01B 25/32, A61L 27/00, B82B 3/00, опубл. 27.10.2010), основанный на осаждении продукта из растворов солей кальция и фосфатов щелочных металлов и/или аммония в присутствии биополимера, например желатина или крахмала, концентрацией 0,1-1 мас. %.A known method of producing nanohydroxyapatite (RU 2402483 C2, class C01B 25/32, A61L 27/00, B82B 3/00, publ. 10.27.2010), based on the precipitation of the product from solutions of calcium salts and alkali metal and / or ammonium phosphates in the presence of a biopolymer, for example gelatin or starch, a concentration of 0.1-1 wt. %

Недостатками способа являются длительное время процесса (более 24 часов), необходимость высокотемпературного воздействия (600-700С), а также получение продукта с сильно варьируемыми размерами частиц (5-50 нм).The disadvantages of the method are the long process time (more than 24 hours), the need for high-temperature exposure (600-700C), as well as obtaining a product with highly variable particle sizes (5-50 nm).

Способ получения наногидроксиапатита (RU 2457174 C1, кл. С01В 25/32, B82B 1/00, B82Y 40/00, опубл. 27.07.2012), рассматривает получение продукта путем взаимодействия органического производного кальция с органическим производным фосфора в органическом полярном растворителе при атомном отношении кальция к фосфору в пределах 1,6-1,8.A method of producing nanohydroxyapatite (RU 2457174 C1, class C01B 25/32, B82B 1/00, B82Y 40/00, publ. July 27, 2012), considers the preparation of a product by reacting an organic derivative of calcium with an organic derivative of phosphorus in an organic polar solvent at atomic the ratio of calcium to phosphorus in the range of 1.6-1.8.

Существенный недостаток способа - высокая себестоимость и опасность для живого организма реагентов и растворителей.A significant disadvantage of this method is the high cost and danger to a living organism of reagents and solvents.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения наноразмерного гидроксилапатита, защищенного патентом RU 2342938 C1, кл. А61К 33/42, А61К 33/06, А61К 9/10, А61К 6/033, A61L 27/12, В82В 3/00, C01B 25/32, опубл. 10.01.2009 г., принятый за ближайший аналог (прототип).The closest in technical essence and the result to the proposed invention is a method for producing nanosized hydroxylapatite, protected by patent RU 2342938 C1, cl. A61K 33/42, A61K 33/06, A61K 9/10, A61K 6/033, A61L 27/12, B82B 3/00, C01B 25/32, publ. 01/10/2009, adopted for the closest analogue (prototype).

Способ по прототипу включает приливание к раствору гидроксида кальция раствора ортофосфорной кислоты, воздействие ультразвуком в течение 1-2 ч, добавление к коллоиду наноразмерного гидроксилапатита концентрацией 5-40±2% этилового или изопропилового спирта до концентрации гидроксилапатита в спиртовом растворе от 0,2 до 20%, и воздействие ультразвуком с частотой 10-50 кГц после добавления спирта. При этом синтез гидроксилапатита ведут в насыщенном растворе гидроксида кальция, декантированном после суточного отстаивания от осевших агрегатов Ca(ОН)2, путем приливания со скоростью 1,5-2,2 мл/мин на литр щелочного раствора 10-20%-ного раствора ортофосфорной кислоты при постоянном перемешивании до достижения значения pH реакционной смеси не ниже 10,5±0,5; перемешивают в течение 20-30 мин, отстаивают в течение 1-2 ч и декантируют осветленный верхний слой; концентрацию образовавшегося коллоидного раствора гидроксилапатита повышают от 1,5-2 до 5-30% путем выпаривания при температуре не выше 60°C или от 1,5-2 до 40±2% при помощи криообработки, включающей полное замораживание с последующим размораживанием при температуре не более 60°C и декантацией жидкой фазы. Синтез гидроксилапатита данным способом позволяет получить гидроксилапатит в виде вытянутых кристаллитов размером 10-20 нм, ориентированных определенным образом и выстраиваемых в цепочки, в том числе параллельные и агломерированные, размеры которых не превышают 200 нм по длине и 40 нм по ширине, такая форма кристаллов способствует образованию устойчивых коагуляционных структур. Полученный спиртовой коллоид (гель) наноразмерного высокочистого гидроксилапатита с заранее заданной концентрацией может быть использован для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, в том числе в стоматологии.The prototype method includes pouring a solution of orthophosphoric acid into a solution of calcium hydroxide, exposure to ultrasound for 1-2 hours, adding to the colloid nanosized hydroxylapatite with a concentration of 5-40 ± 2% ethyl or isopropyl alcohol to a concentration of hydroxylapatite in an alcohol solution from 0.2 to 20 %, and exposure to ultrasound at a frequency of 10-50 kHz after adding alcohol. In this case, the synthesis of hydroxylapatite is carried out in a saturated solution of calcium hydroxide, decanted after daily settling from the precipitated aggregates of Ca (OH) 2 , by adding at a rate of 1.5-2.2 ml / min per liter of alkaline solution of a 10-20% phosphoric acid solution acid with constant stirring until the pH of the reaction mixture is not lower than 10.5 ± 0.5; mix for 20-30 minutes, stand for 1-2 hours and decanted clarified upper layer; the concentration of the resulting colloidal hydroxylapatite solution is increased from 1.5-2 to 5-30% by evaporation at a temperature not exceeding 60 ° C or from 1.5-2 to 40 ± 2% by cryoprocessing, including complete freezing followed by thawing at a temperature no more than 60 ° C and decantation of a liquid phase. The synthesis of hydroxylapatite in this way allows to obtain hydroxylapatite in the form of elongated crystallites with a size of 10-20 nm, oriented in a certain way and arranged in chains, including parallel and agglomerated, whose sizes do not exceed 200 nm in length and 40 nm in width, this shape of the crystals contributes the formation of stable coagulation structures. The obtained alcohol colloid (gel) of nanosized high-purity hydroxylapatite with a predetermined concentration can be used for the production of medical materials that stimulate the restoration of bone tissue defects, including in dentistry.

Недостатками способа по прототипу является необходимость существенного усложнения установки путем дополнения ее генератором ультразвуковых волн и криоустановкой, а также многоступенчатость и достаточно длительное время процесса.The disadvantages of the prototype method is the need to significantly complicate the installation by supplementing it with an ultrasonic wave generator and cryostation, as well as multi-stage and a fairly long process time.

Задачей изобретения является создание нового способа получения наногидроксиапатита в одну стадию.The objective of the invention is to create a new method for producing nanohydroxyapatite in one stage.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является упрощение изготовления, сокращение времени производства.The technical result from the use of the invention is to simplify manufacturing, reduce production time.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения наногидроксиапатита включает смешение в реакторе периодического действия, оснащенного внешней термостатирующей рубашкой и осевой мешалкой с механическим приводом, раствора четырехводного нитрата кальция Ca(NO3)2⋅4H2O с концентрацией 0,01-0,15 моль/л с водным раствором ортофосфорной кислоты H3PO4 с концентрацией 1,4-1,5 моль/л, при мольном соотношении Ca/P=5/3, термостатирование полученной смеси растворов при постоянном перемешивании мешалкой, вращающейся со скоростью 170-200 об/мин, до установления температурного равновесия с внешней термостатирующей рубашкой, нагретой до температуры 33-37°C, добавление нагретого до 37-42°C раствора гидроксида натрия NaOH с концентрацией 1 моль/л до достижения показателя кислотности среды pH=7, выдерживая мольное соотношение Ca/Na=1,25-1,30, причем 2/3 от раствора гидроксида натрия добавляют непосредственно в центр реактора при скорости потока 7-10 м/с, оставшееся количество - порциями по 50 мл, затем осуществляют выдерживание полученного золя при температуре 37°C при выключенной мешалке в течение часа, извлечение из реактора, центрифугирование и трехкратную промывку бидистиллированной водой; реактор периодического действия дополнительно оснащен нагревательным элементом и насосом.The problem is achieved in that the method of producing nanohydroxyapatite involves mixing in a batch reactor, equipped with an external thermostatic jacket and an axial stirrer with a mechanical drive, a solution of four-water calcium nitrate Ca (NO 3 ) 2 ⋅ 4H 2 O with a concentration of 0.01-0.15 mol / l with an aqueous solution of orthophosphoric acid H 3 PO 4 with a concentration of 1.4-1.5 mol / l, with a molar ratio Ca / P = 5/3, the temperature of the resulting mixture of solutions is thermostated with constant stirring with a stirrer rotating at a speed of 170- 200 rpm, to set temperature equilibrium with an external thermostatic jacket, heated to a temperature of 33-37 ° C, adding a solution of sodium hydroxide NaOH with a concentration of 1 mol / l heated to 37-42 ° C until a pH of pH 7 is reached, maintaining the molar ratio Ca / Na = 1.25-1.30, moreover, 2/3 of the sodium hydroxide solution is added directly to the center of the reactor at a flow rate of 7-10 m / s, the remaining amount is added in 50 ml portions, then the resulting sol is kept at 37 ° C when the mixer is off for an hour, remove tion from the reactor, centrifugation and washing three times with bidistilled water; the batch reactor is additionally equipped with a heating element and a pump.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение реактора периодического действия для осуществления способа получения наногидроксиапатита.In FIG. 1 is a schematic illustration of a batch reactor for implementing a process for producing nanohydroxyapatite.

На фиг. 2 представлен ИК-спектр наногидроксиапатита.In FIG. Figure 2 shows the IR spectrum of nanohydroxyapatite.

На фиг. 3 представлена АСМ фотография поверхности наногидроксиапатита (средний размер частиц составляет 25±3 нм).In FIG. Figure 3 shows an AFM photograph of the surface of nanohydroxyapatite (average particle size is 25 ± 3 nm).

На фиг. 4 представлены порошковые рентгенограммы наногидроксиапатита (а) и микрогидроксиапатита (б).In FIG. Figure 4 presents powder X-ray diffraction patterns of (a) nanohydroxyapatite and (b) microhydroxyapatite.

Конструктивно реактор периодического действия для осуществления способа получения наногидроксиапатита на фиг. 1 содержит:Structurally, a batch reactor for implementing the method for producing nanohydroxyapatite in FIG. 1 contains:

1 - внутренний сосуд;1 - inner vessel;

2 - внешнюю термостатирующую рубашку;2 - external thermostatic jacket;

3 - осевую мешалку с механическим приводом;3 - axial mixer with a mechanical drive;

4 - нагревательный элемент;4 - heating element;

5 - насос.5 - pump.

Мешалка с механическим приводом 3, вращается со скоростью 170-200 об/мин. Подобранная скорость вращения мешалки 3 обеспечивает оптимальную турбулентность при смешении реагентов во внутреннем сосуде 1 реактора. Посредством нагревательного элемента 4 обеспечивается нагрев воды во внешней термостатической рубашке 2 до температуры 33-37°C. С помощью насоса 5 осуществляется циркуляция воды во внешней термостатической рубашке 2.The agitator with a mechanical drive 3 rotates at a speed of 170-200 rpm. The selected rotation speed of the mixer 3 provides optimal turbulence when mixing the reagents in the inner vessel 1 of the reactor. By means of the heating element 4, the water in the external thermostatic jacket 2 is heated to a temperature of 33-37 ° C. Using pump 5, water is circulated in the external thermostatic jacket 2.

Способ получения наногидроксипатита на предлагаемой установке осуществляют следующим образом.The method of obtaining nanohydroxypatite on the proposed installation is as follows.

Во внутренний сосуд 1 реактора периодического действия, помещают водный раствор 4-водного нитрата кальция Ca(NO3)2⋅4H2O с концентрацией 0,01-0,15 моль/л и водный раствор ортофосфорной кислоты H3PO4 с концентрацией 1,4-1,5 моль/л. Количества растворов подбирают таким образом, чтобы обеспечить мольное соотношение Ca/P=5/3 (стехиометрическое соотношение соответствующих ионов в гидроксиапатите). Снижение концентрации реагентов ниже указанных пределов приводит, как правило, к получению смеси фосфатов кальция различного состава. В то же время увеличение концентраций выше указанных пределов приводит к значительному укрупнению частиц продукта и преобладанию ортофосфата кальция в его составе.In the inner vessel 1 of the batch reactor, an aqueous solution of 4-aqueous calcium nitrate Ca (NO 3 ) 2 ⋅ 4H 2 O with a concentration of 0.01-0.15 mol / l and an aqueous solution of orthophosphoric acid H 3 PO 4 with a concentration of 1 4-1.5 mol / l. The number of solutions is selected so as to provide a molar ratio Ca / P = 5/3 (stoichiometric ratio of the corresponding ions in hydroxyapatite). A decrease in the concentration of reagents below these limits leads, as a rule, to a mixture of calcium phosphates of various compositions. At the same time, an increase in concentrations above the specified limits leads to a significant enlargement of product particles and the prevalence of calcium orthophosphate in its composition.

Полученную смесь растворов термостатируют с включенной мешалкой до установления температурного равновесия с водяной рубашкой 2 реактора.The resulting mixture of solutions is thermostated with the mixer turned on until the temperature equilibrium is established with the water jacket 2 of the reactor.

Далее в реактор добавляют нагретый до 37-42°C раствор гидроксида натрия (NaOH) с концентрацией 1 моль/л до достижения показателя кислотности среды pH=7. При этом выдерживают мольное соотношение Ca/Na=1,25-1,30. Причем 2/3 от необходимого количества раствора гидроксида натрия добавляют непосредственно в центр реактора 1 при скорости потока 7-10 м/с, оставшееся количество - порциями по 50 мл. Снижение температуры проведения процесса в значительной степени сказывается на увеличении времени реакции, тогда как ее возрастание выше указанного предела не отражается на качестве продукта, однако усложняет техническое сопровождение процесса. Скорость подачи раствора гидроксида натрия также оказывает существенное влияние на фазовый состав продукта - при меньших значениях основным продуктом синтеза является ортофосфат кальция.Next, a sodium molar (NaOH) solution with a concentration of 1 mol / L, heated to 37-42 ° C, is added to the reactor until the pH value of the medium reaches pH = 7. In this case, the molar ratio Ca / Na = 1.25-1.30 is maintained. Moreover, 2/3 of the required amount of sodium hydroxide solution is added directly to the center of the reactor 1 at a flow rate of 7-10 m / s, the remaining amount - in portions of 50 ml. A decrease in the temperature of the process significantly affects the increase in reaction time, while its increase above the specified limit does not affect the quality of the product, but complicates the technical support of the process. The feed rate of the sodium hydroxide solution also has a significant effect on the phase composition of the product - at lower values, the main synthesis product is calcium orthophosphate.

При данном подходе к синтезу в растворе реализуются следующие химические превращения:With this approach to the synthesis in solution, the following chemical transformations are realized:

Figure 00000001
Figure 00000001

Полученный золь (раствор наночастиц в воде) выдерживают при температуре 37°C и при выключенной мешалке в течение часа, далее извлекают из реактора, центрифугируют и трижды промывают бидистиллированной водой. Время термостатирования продукта после завершения процесса подобрано таким образом, чтобы с одной стороны получить гель из нанокристаллов гидроксиапатита, а не из его аморфных частиц, с другой - избежать агломерации частиц при больших временах выдержки.The obtained sol (a solution of nanoparticles in water) is kept at a temperature of 37 ° C and with the stirrer turned off for an hour, then it is removed from the reactor, centrifuged and washed three times with bidistilled water. The temperature of the product after the completion of the process is selected in such a way as to obtain a gel from hydroxyapatite nanocrystals, and not from its amorphous particles, on the one hand, and to avoid agglomeration of particles with long exposure times.

Суммарное время проведения процесса синтеза предложенным способом составляет 2 часа.The total time for the synthesis process of the proposed method is 2 hours.

Получаемый гель наночастиц гидроксиапатита содержит 10-15% продукта.The resulting gel of hydroxyapatite nanoparticles contains 10-15% of the product.

Получаемый гель может быть использован непосредственно как компонент различных продуктов или может быть высушен и использоваться в качестве нанодисперсного порошка для производства керамик.The resulting gel can be used directly as a component of various products or can be dried and used as a nanosized powder for the production of ceramics.

Фазовый состав продукта подтверждался с использованием комплекса методов рентгеновской дифрактометрии (рентгеновский дифрактометр Shimadzu XRD-6000) и ИК-спектроскопии (ИК-Фурье спектрометр Shimadzu FTIR-8400s) (фиг. 2).The phase composition of the product was confirmed using a complex of methods of x-ray diffractometry (X-ray diffractometer Shimadzu XRD-6000) and IR spectroscopy (IR-Fourier spectrometer Shimadzu FTIR-8400s) (Fig. 2).

Наноразмерность получаемого продукта достигается за счет использования разбавленных растворов реагентов, высокой скорости перемешивания реакционной смеси; подтверждена с помощью атомно-силового микроскопа AURIGA CrossBeam Workstation, Carl Zeiss (фиг. 3), а также косвенно по уширению линий на рентгеновских дифрактограммах, полученных на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD-6000 (фиг. 4).Nanoscale of the resulting product is achieved through the use of dilute solutions of reagents, high speed mixing of the reaction mixture; confirmed using an atomic force microscope AURIGA CrossBeam Workstation, Carl Zeiss (Fig. 3), as well as indirectly by line broadening on X-ray diffractograms obtained on a Shimadzu XRD-6000 X-ray diffractometer (Fig. 4).

Биологическая активность подтверждалась в рамках исследований по Государственному контракту №209-ЗК-11 от 31.08.2011 г. Эксперименты проводились на клетках человека - фибробластах. Было показано, что образцы наногидроксиапатита не разрушают клетки в культуре, не нарушают адгезию клеток к поверхности, не влияют на процессы пролиферации клеток в культуре, не нарушают синтез фибронектина, не нарушают динамику образования ИЛ-6 (интерлейкина-6) (таблица 1).Biological activity was confirmed in the framework of studies under State contract No. 209-ЗК-11 dated 08/31/2011. The experiments were carried out on human cells - fibroblasts. It was shown that samples of nanohydroxyapatite do not destroy cells in the culture, do not interfere with cell adhesion to the surface, do not affect cell proliferation in culture, do not interfere with the synthesis of fibronectin, and do not interfere with the dynamics of IL-6 formation (interleukin-6) (table 1).

Figure 00000002
Figure 00000002

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Во внутренний сосуд реактора периодического действия помещают 0,15 М раствор четырехводного нитрата кальция (500 г на 14 л дистиллированной воды) и 865 мл 1,47 М ортофосфорной кислоты, количество которой рассчитывается по стехиометрии реакции. Полученную смесь растворов термостатируют с включенной мешалкой до установления температурного равновесия с водяной рубашкой реактора. Затем в реакционную смесь добавляют 2/3 от необходимого количества раствора гидроксида натрия (1,1 л), оставшееся количество (0,55 л) добавляют порциями по 50 мл. Полученный золь наногидроксиапатита выдерживают в реакторе при выключенной мешалке и сохранением условий термостатирования в течение часа. Полученный таким образом наногидроксиапатит имеет размер частиц около 25 нм (фиг. 3), отсутствие компонентов исходных реагентов в соответствии с данными ИК-спектроскопии (фиг. 2), в частности NO3-групп. Данные рентгенографии (фиг. 4) также демонстрируют отсутствие кристаллических примесей исходных реагентов или побочных продуктов.Example 1. A 0.15 M solution of tetrahydrous calcium nitrate (500 g per 14 liters of distilled water) and 865 ml of 1.47 M phosphoric acid, the amount of which is calculated by reaction stoichiometry, are placed in an internal vessel of a batch reactor. The resulting mixture of solutions is thermostated with the mixer turned on until the temperature equilibrium is established with the water jacket of the reactor. Then, 2/3 of the required amount of sodium hydroxide solution (1.1 L) is added to the reaction mixture, the remaining amount (0.55 L) is added in 50 ml portions. The obtained sol of nanohydroxyapatite is kept in the reactor with the stirrer switched off and thermostating conditions maintained for an hour. Thus obtained nanohydroxyapatite has a particle size of about 25 nm (Fig. 3), the absence of components of the starting reagents in accordance with the data of IR spectroscopy (Fig. 2), in particular NO 3 groups. Radiographic data (Fig. 4) also demonstrate the absence of crystalline impurities of the starting reagents or by-products.

Пример 2. Получение наногидроксиапатита осуществляют аналогично примеру 1, только вместо полупромышленного реактора используют лабораторный стакан объемом 200 мл, поддержание температуры реакционной смеси осуществляется с помощью лабораторного термостата типа Lauda Alpha A 24. В стакан помещают 0,15 М раствор четырехводного нитрата кальция (5 г на 140 мл дистиллированной воды) и 8,7 мл 1,47 М ортофосфорной кислоты, количество которой рассчитывается по стехиометрии реакции. Полученную смесь растворов термостатируют с включенной мешалкой до установления температурного равновесия с водяной рубашкой реактора. Затем в реакционную смесь добавляют 2/3 от необходимого количества раствора гидроксида натрия (11 мл), оставшееся количество (5,5 мл) добавляют порциями по 5 мл. Полученный золь наногидроксиапатита выдерживают в стакане при отсутствии перемешивания и сохранением условий термостатирования в течение часа.Example 2. Obtaining nanohydroxyapatite is carried out analogously to example 1, only instead of a semi-industrial reactor, a 200 ml beaker is used, the temperature of the reaction mixture is maintained using a laboratory thermostat such as Lauda Alpha A 24. A 0.15 M solution of four-water calcium nitrate is placed in a beaker (5 g 140 ml of distilled water) and 8.7 ml of 1.47 M phosphoric acid, the amount of which is calculated by stoichiometry of the reaction. The resulting mixture of solutions is thermostated with the mixer turned on until the temperature equilibrium is established with the water jacket of the reactor. Then, 2/3 of the required amount of sodium hydroxide solution (11 ml) is added to the reaction mixture, the remaining amount (5.5 ml) is added in 5 ml portions. The obtained sol of nanohydroxyapatite is kept in a glass in the absence of mixing and maintaining thermostating conditions for an hour.

Получаемый наногидроксиапатит характеризуется теми же показателями, что и в примере 1, что свидетельствует о хорошей масштабируемости способа (увеличение объема реакционной смеси на 2 порядка никак не сказывается на особенности проведения процесса и характеристики продукта).The resulting nanohydroxyapatite is characterized by the same indices as in Example 1, which indicates a good scalability of the method (an increase in the volume of the reaction mixture by 2 orders of magnitude does not affect the features of the process and product characteristics).

Claims (2)

1. Способ получения наногидроксиапатита, включающий смешение в реакторе периодического действия, оснащенного внешней термостатирующей рубашкой и осевой мешалкой с механическим приводом, раствора четырехводного нитрата кальция Ca(NO3)2⋅4H2O с концентрацией 0,01-0,15 моль/л с водным раствором ортофосфорной кислоты H3PO4 с концентрацией 1,4-1,5 моль/л при мольном соотношении Ca/P=5/3, термостатирование полученной смеси растворов при постоянном перемешивании мешалкой, вращающейся со скоростью 170-200 об/мин, до установления температурного равновесия с внешней термостатирующей рубашкой, нагретой до температуры 33-37°C, добавление нагретого до 37-42°C раствора гидроксида натрия NaOH с концентрацией 1 моль/л до достижения показателя кислотности среды pH=7, выдерживая мольное соотношение Ca/Na=1,25-1,30, причем 2/3 от раствора гидроксида натрия добавляют непосредственно в центр реактора при скорости потока 7-10 м/с, оставшееся количество - порциями по 50 мл, затем осуществляют выдерживание полученного золя при температуре 37°C при выключенной мешалке в течение часа, извлечение из реактора, центрифугирование и трехкратную промывку бидистиллированной водой.1. A method of producing nanohydroxyapatite, including mixing in a batch reactor equipped with an external thermostatic jacket and an axial stirrer with a mechanical drive, a solution of four-water calcium nitrate Ca (NO 3 ) 2 ⋅ 4H 2 O with a concentration of 0.01-0.15 mol / l with an aqueous solution of orthophosphoric acid H 3 PO 4 with a concentration of 1.4-1.5 mol / l at a molar ratio Ca / P = 5/3; the temperature of the resulting mixture of solutions is thermostated with constant stirring with a stirrer rotating at a speed of 170-200 rpm to establish temperature equilibrium with in external thermostatic jacket, heated to a temperature of 33-37 ° C, the addition of a solution of sodium hydroxide NaOH heated to 37-42 ° C with a concentration of 1 mol / l until the pH value of the medium reaches pH = 7, maintaining the molar ratio Ca / Na = 1.25 -1.30, moreover, 2/3 of the sodium hydroxide solution is added directly to the center of the reactor at a flow rate of 7-10 m / s, the remaining amount is added in 50 ml portions, then the resulting sol is kept at 37 ° C with the mixer turned off within an hour, extraction from the reactor, centrifugation, etc. repeated washing with double-distilled water. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что реактор периодического действия дополнительно оснащен нагревательным элементом и насосом.2. The method according to claim 1, characterized in that the batch reactor is additionally equipped with a heating element and a pump.
RU2015154409A 2015-12-17 2015-12-17 Method for producing nanohydroxyapatite RU2614772C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154409A RU2614772C1 (en) 2015-12-17 2015-12-17 Method for producing nanohydroxyapatite

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154409A RU2614772C1 (en) 2015-12-17 2015-12-17 Method for producing nanohydroxyapatite

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2614772C1 true RU2614772C1 (en) 2017-03-29

Family

ID=58506516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015154409A RU2614772C1 (en) 2015-12-17 2015-12-17 Method for producing nanohydroxyapatite

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2614772C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776293C1 (en) * 2021-12-10 2022-07-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Method for obtaining biocompatible bismuth-apatites

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03279204A (en) * 1990-03-28 1991-12-10 Asahi Optical Co Ltd Production of apatite
RU2342938C1 (en) * 2007-08-14 2009-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" Method of obtaining nano-sized hydroxylapatite
RU2402482C2 (en) * 2004-06-15 2010-10-27 Промимик Аб Synthetic nanocrystalline calciuim phosphate and preparation method thereof
RU2402483C2 (en) * 2009-01-29 2010-10-27 Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Method of preparing nanodispersed hydroxyapatite for medicine
CN102381691A (en) * 2011-07-29 2012-03-21 沈阳大学 Preparation method of nano hydroxylapatite adsorbent for absorbing heavy metal ions in waste water

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03279204A (en) * 1990-03-28 1991-12-10 Asahi Optical Co Ltd Production of apatite
RU2402482C2 (en) * 2004-06-15 2010-10-27 Промимик Аб Synthetic nanocrystalline calciuim phosphate and preparation method thereof
RU2342938C1 (en) * 2007-08-14 2009-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" Method of obtaining nano-sized hydroxylapatite
RU2402483C2 (en) * 2009-01-29 2010-10-27 Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Method of preparing nanodispersed hydroxyapatite for medicine
CN102381691A (en) * 2011-07-29 2012-03-21 沈阳大学 Preparation method of nano hydroxylapatite adsorbent for absorbing heavy metal ions in waste water

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.C.Merry et al, "Synthesis and characterization of carbonate hydroxyapatite", "Journal of materials science: materials in medicine", 1998, v.9., p.779-783. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776293C1 (en) * 2021-12-10 2022-07-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Method for obtaining biocompatible bismuth-apatites

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wijesinghe et al. Facile synthesis of both needle-like and spherical hydroxyapatite nanoparticles: Effect of synthetic temperature and calcination on morphology, crystallite size and crystallinity
Zou et al. Opposite particle size effect on amorphous calcium carbonate crystallization in water and during heating in air
CN107555405B (en) Preparation method of calcium phosphate nano powder with controllable length-diameter ratio and calcium-phosphorus ratio
Mathew et al. Proton environments in biomimetic calcium phosphates formed from mesoporous bioactive CaO–SiO2–P2O5 glasses in vitro: Insights from solid-state NMR
Wang et al. Formation of vaterite mesocrystals in biomineral-like structures and implication for biomineralization
KR102070380B1 (en) Method for producing synthetic hectorite at low temperature and atmospheric pressure
RU2615402C2 (en) Mesoporous titanium dioxide nanoparticles and methods for their prepairing
JP5931369B2 (en) Phosphorus recovery material and method for producing the same
CN101507832B (en) Method for preparing rod-shaped hydroxyapatite capable of controlling nano size
Karampour et al. Facile solution-based synthesis of impurity-free hydroxyapatite nanocrystals at ambient conditions
CN108379589B (en) Preparation method of hydroxyapatite/graphene oxide composite material
Iafisco et al. Silica gel template for calcium phosphates crystallization
RU2402483C2 (en) Method of preparing nanodispersed hydroxyapatite for medicine
JP7084058B2 (en) Method for producing octacalcium phosphate and octacalcium phosphate produced thereby
RU2694751C2 (en) Gel with high degree of dispersibility and method of its production
Feng et al. Preparation of novel porous hydroxyapatite sheets with high Pb2+ adsorption properties by self-assembly non-aqueous precipitation method
RU2614772C1 (en) Method for producing nanohydroxyapatite
CN110510592B (en) Method for regulating and preparing hydroxyapatite with excellent cell compatibility
WO2013062491A1 (en) Synthesis method for obtaining anatase nanoparticles of high specific surface area and spherical morphology
RU2342938C1 (en) Method of obtaining nano-sized hydroxylapatite
CA2963698A1 (en) Nanocrystalline cellulose, its preparation and uses of such nanocrystalline cellulose
CN101870587B (en) Nano nonoclinic phase zirconium oxide material and synthesis method thereof
WO2001005706A1 (en) Method of producing surgical grade calcium sulphate
JPS6197134A (en) Powder of zirconia agglomerated particle and preparation thereof
CN104399126A (en) Preparation method of nano composite material through blending carbonate-ion-doped hydroxy apatite and polymethyl methacrylate

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201218