RU2779453C1 - Способ получения люминесцентного ортофосфата кальция, активированного церием - Google Patents

Способ получения люминесцентного ортофосфата кальция, активированного церием Download PDF

Info

Publication number
RU2779453C1
RU2779453C1 RU2021136552A RU2021136552A RU2779453C1 RU 2779453 C1 RU2779453 C1 RU 2779453C1 RU 2021136552 A RU2021136552 A RU 2021136552A RU 2021136552 A RU2021136552 A RU 2021136552A RU 2779453 C1 RU2779453 C1 RU 2779453C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cerium
calcium
nitrate
phosphate
mol
Prior art date
Application number
RU2021136552A
Other languages
English (en)
Inventor
Юлия Олеговна Никитина
Наталья Валерьевна Петракова
Сергей Александрович Козюхин
Владимир Сергеевич Комлев
Сергей Миронович Баринов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН)"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН)" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН)"
Application granted granted Critical
Publication of RU2779453C1 publication Critical patent/RU2779453C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к химической и медицинской отраслям промышленности и может быть использовано в качестве исходного компонента для изготовления биосовместимого материала для внутрикостной имплантации, для изготовления композиции для реставрации или лечения кариозных поражений зубов в стоматологии. Предложен способ получения люминесцентного ортофосфата кальция, активированного церием, при осаждении из водных растворов нитрата кальция и гидрофосфата аммония, взятых в мольном соотношении катионов к фосфат-анионам 1,50±0,5, при уровне рН среды 7,0±0,2, с последующим отделением осадка, промыванием, сушкой, протиранием, отличающийся тем, что перед смешением водных растворов к раствору нитрата кальция добавляют раствор нитрата церия (3+) при следующем соотношении реагентов, мол.%: нитрат кальция - 59,5-59,9; двузамещенный фосфат аммония - 40,0; нитрат церия (3+) - 0,1-0,5. При этом соблюдают мольное соотношение (Са+Се)/Р=1,50±0,5, после синтеза получают низкозакристаллизованные порошки со структурой трикальцийфосфата орторомбической модификации, средним размером частиц 90-130 нм, содержанием церия 0,1-0,5 мол.%, характеризующиеся люминесцентной способностью при возбуждении ультрафиолетовым светом. Технический результат – предложенный способ позволяет получить порошок ортофосфата кальция со способностью к люминесцентному свечению в диапазоне от 360 до 500 нм при облучении источником света с длиной волны 270-320 нм. 1 ил., 1 табл., 4 пр.

Description

Изобретение относится к химической и медицинской отраслям промышленности и может быть использовано в качестве исходного компонента для изготовления биосовместимого керамического или композиционного пористого или плотного материала имплантата для использования в реконструктивно-пластических операциях челюстно-лицевой хирургии, ортопедии, травматологии, онкологии; для нанесения биоактивных покрытий на металлические имплантаты; в качестве компонента композиций, предназначенных для реставрации или неинвазивного лечения кариозных поражений зубов в стоматологии.
Материалы обладают биологической совместимостью и биологической активностью. Основными требованиями, предъявляемыми к порошкам как исходным компонентам материалов для хирургии и стоматологии, является фазовая чистота, высокая дисперсность и узкий фракционный состав. Достижение указанных характеристик позволяет изготовить более прочное, целостное изделие для имплантации; достичь способности к удовлетворительной скорости биодеградации материала в условиях организма с целью согласованности процессов восстановления костной ткани или удовлетворительного реминерализирующего эффекта в околозубной среде. Заявленное изобретение отличается наличием ионов церия в структуре ортофосфата кальция, что придает материалу способность к люминесценции и позволит осуществить неинвазивную визуализацию процессов регенерации костной ткани или процессов реминерализации зубной эмали.
Известен способ получения аморфного трикальцийфосфата, прекурсора ортофосфата кальция [RU 2691051], заключающийся в осаждении средних фосфатов кальция, образующихся при сливании и постоянном перемешивании водного раствора хлористого кальция и диаммонийфосфата в избытке аммиака с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой осадка; в результате получают ортофосфат кальция в аморфной форме, не оказывающего раздражающего воздействия на кожу, не содержащего примесей. Недостатком способа является отсутствие люминесцентной способности получаемого вещества.
Известен способ получения люминофора на основе гидроортофосфата кальция (CaHPO4) [RU 219726] путем взаимодействия при тщательном перемешивании водных растворов хлористого кальция и фосфата аммония, отмывки образовавшейся суспензии от маточного раствора, его обезвоживания при нагреве и использования продукта в приготовлении шихты люминофора для люминесцентных ламп. Недостатком известного способа является активация гидроортофосфата кальция сурьмой и марганцем в составе шихты при спекании, присутствие иных соединений, ограничивающих применение люминофора в медицине.
Известны материалы, содержащие ионы церия и проявляющие люминесцентные свойства [SU 2510946, RU 2549406, RU 2405804]. В известных изобретениях в качестве люминесцирующего материала выступают соединения со структурой граната, содержащие ионы церия. Такие материалы используются в светотехнике, однако недостатком является отсутствие биосовместимости, что делает невозможным их применение в качестве биоматериалов.
Наиболее близким по технологическому решению к заявленному способу является способ получения катионзамещенного ортофосфата кальция путем введения ряда катионов в структуру ортофосфата кальция в виде нитратов или ацетатов, или хлоридов на стадии осаждения средних фосфатов кальция, образующихся при сливании и постоянном перемешивании водных растворов нитрата кальция и двузамещенного фосфата аммония, взятых в мольном соотношении 3:2, при рН 7,0, с последующим фильтрованием и прокаливанием образовавшегося осадка [RU 2607743]. Недостатком известного способа является отсутствие у получаемых материалов люминесцентной активности.
Техническим результатом заявленного изобретения является способность порошка ортофосфата кальция к люминесцентному свечению в диапазоне от 360 до 500 нм при облучении источником света с длинной волны 270-320 нм.
Технический результат достигается тем, что в способе получения люминесцентного ортофосфата кальция, активированного церием, при осаждении из водных растворов нитрата кальция и гидрофосфата аммония, взятых в мольном соотношении катионов к фосфат-анионам 1,5, при уровне рН среды 7,0±0,2, с последующим отделением осадка, промыванием, сушкой, протиранием, согласно изобретению, перед смешением водных растворов к раствору нитрата кальция добавляют раствор нитрата церия (3+) при следующем соотношении реагентов, мол. %: нитрат кальция - 59,5-59,9; двузамещенный фосфат аммония - 40,0; нитрат церия (3+) - 0,1-0,5; при этом соблюдая мольное соотношение (Са+Се)/Р=1,5, после синтеза получают низкозакристаллизованные порошки со структурой трикальцийфосфата орторомбической модификации, средним размером частиц 90-130 нм, содержанием церия 0,1-0,5 мол. %, характеризующиеся люминесцентной способностью при возбуждении ультрафиолетовым светом.
Сущность изобретения заключается в том, что при синтезе ортофосфата кальция осаждением из водных растворов происходит включение ионов Се (3+) в кристаллическую решетку ортофосфата кальция с образованием твердого раствора замещения ионов Са (2+) на ионы Се (3+), которые имеют способность к фотолюминесценции при возбуждении ультрафиолетовым светом, что обусловлено электронным переходом 4f→5d. Таким образом, наличие Се (3+) приводит к активации порошка ортофосфата кальция, что выражается в люминесценции в диапазоне длин волн 300-500 нм.
Пример 1.
В реактор с верхнеприводной мешалкой помещают 299,7 мл водного раствора нитрата кальция концентрацией 0,5 М и 1,5 мл водного раствора нитрата церия (3+) концентрацией 0,1 М. Уровень рН среды доводят до 7,0±0,2 и поддерживают на протяжении всего синтеза путем покапельного добавления 25%-ного водного раствора аммиака с помощью пипетки. К полученной смеси при постоянном перемешивании покапельно с помощью делительной воронки добавляют 200 мл водного раствора гидрофосфата аммония концентрацией 0,5 М. При этом соблюдают мольное соотношение (Са+Се)/Р=1,5. Полученный осадок перемешивают в течении 2 ч, затем отфильтровывают от маточного раствора, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 80-110°С.Площадь удельной поверхности частиц получаемых порошков, составляет 24 м2/г, количество церия в порошках составляет 0,10 мол. %. Порошки соответствуют орторомбической модификации ортофосфата кальция, иных фаз не выявлено. Интенсивность фотолюминесценции получаемых порошков составила 175 и 144 от. ед. при облучении длинной волны 270 и 316 нм соответственно.
Пример 2.
В реактор с верхнеприводной мешалкой помещают 299,25 мл водного раствора нитрата кальция концентрацией 0,5 М и 3,75 мл водного раствора нитрата церия (3+) концентрацией 0,1 М. Уровень рН среды доводят до 7,0±0,2 и поддерживают на протяжении всего синтеза путем покапельного добавления 25%-ного водного раствора аммиака с помощью пипетки. К полученной смеси при постоянном перемешивании покапельно с помощью делительной воронки добавляют 200 мл водного раствора гидрофосфата аммония концентрацией 0,5 М. При этом соблюдают мольное соотношение (Са+Се)/Р=1,5. Полученный осадок перемешивают в течении 2 ч, затем отфильтровывают от маточного раствора, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 80-110°С. Площадь удельной поверхности частиц получаемых порошков, составляет 23 м2/г, количество церия в порошках составляет 0,22 мол. %. Порошки соответствуют орторомбической модификации ортофосфата кальция, иных фаз не выявлено. Интенсивность фотолюминесценции получаемых порошков составила 1010 и 968 от. ед. при облучении длинной волны 270 и 316 нм соответственно.
Пример 3.
В реактор с верхнеприводной мешалкой помещают 298,5 мл водного раствора нитрата кальция концентрацией 0,5 М и 7,5 мл водного раствора нитрата церия (3+) концентрацией 0,1 М. Уровень рН среды доводят до 7,0±0,2 и поддерживают на протяжении всего синтеза путем покапельного добавления 25%-ного водного раствора аммиака с помощью пипетки. К полученной смеси при постоянном перемешивании покапельно с помощью делительной воронки добавляют 200 мл водного раствора гидрофосфата аммония концентрацией 0,5 М. При этом соблюдают мольное соотношение (Са+Се)/Р=1,5. Полученный осадок перемешивают в течении 2 ч, затем отфильтровывают от маточного раствора, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 80-110°С. Площадь удельной поверхности частиц получаемых порошков, составляет 17 м2/г, количество церия в порошках составляет 0,44 мол. %. Порошки соответствуют орторомбической модификации ортофосфата кальция, иных фаз не выявлено. Интенсивность фотолюминесценции получаемых порошков составила 210 и 232 от. ед. при облучении длинной волны 270 и 316 нм соответственно.
Пример 4.
В реактор с верхнеприводной мешалкой помещают 300 мл водного раствора нитрата кальция концентрацией 0,5 М. Уровень рН среды доводят до 7,0±0,2 и поддерживают на протяжении всего синтеза путем покапельного добавления 25%-ного водного раствора аммиака с помощью пипетки. К полученной смеси при постоянном перемешивании покапельно с помощью делительной воронки добавляют 200 мл водного раствора гидрофосфата аммония концентрацией 0,5 М. При этом соблюдают мольное соотношение Са/Р=1,5. Полученный осадок перемешивают в течении 2 ч, затем отфильтровывают от маточного раствора, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 80-110°С. Площадь удельной поверхности частиц получаемых порошков, составляет 28 м /г, количество церия в порошках составляет 0 мол. %. Порошки соответствуют орторомбической модификации ортофосфата кальция, иных фаз не выявлено. Основным отличием получаемых порошков является отсутствие приемлемой интенсивности люминесценции при возбуждении УФ-светом.
Для всех полученных материалов определяют фазовый состав методом рентгенофазового анализа (РФА) после прокаливания при температуре 1300°С: в результате высокотемпературной обработки порошок кристаллизуется, и можно судить о фазовом составе с высокой точностью. С помощью ИК-спектроскопии, определяют средний размер частиц согласно методу низкотемпературной адсорбции БЭТ (Sуд.), методами химического анализа оценивают количество церия. В таблице 1 представлены характеристики порошков в соответствии с условиями синтеза. На фигуре 1 представлены спектры фотолюминесценции порошков церий-содержащих ортофосфатов кальция в соответствии с Примерами 1-4 при возбуждении длинной волны: (а) 270 нм; (б) 316 нм. Спектры возбуждения и фотолюминесценции (ФЛ) порошков регистрируют при комнатной температуре, диапазон возбуждения (λехс) - 270-316 нм, диапазон люминесценции (λem) - 350-420 нм, разрешение 0,5 нм, в качестве источника возбуждения используют ксеноновую лампу, ширину щели на испускание 3,5 нм (рис. 1, табл. 1).
Figure 00000001

Claims (1)

  1. Способ получения люминесцентного ортофосфата кальция, активированного церием, при осаждении из водных растворов нитрата кальция и гидрофосфата аммония, взятых в мольном соотношении катионов к фосфат-анионам 1,50±0,5, при уровне рН среды 7,0±0,2, с последующим отделением осадка, промыванием, сушкой, протиранием, отличающийся тем, что перед смешением водных растворов к раствору нитрата кальция добавляют раствор нитрата церия (3+) при следующем соотношении реагентов, мол.%: нитрат кальция - 59,5-59,9; двузамещенный фосфат аммония - 40,0; нитрат церия (3+) - 0,1-0,5; при этом соблюдая мольное соотношение (Са+Се)/Р=1,50±0,5, после синтеза получают низкозакристаллизованные порошки со структурой трикальцийфосфата орторомбической модификации, средним размером частиц 90-130 нм, содержанием церия 0,1-0,5 мол.%, характеризующиеся люминесцентной способностью при возбуждении ультрафиолетовым светом.
RU2021136552A 2021-12-10 Способ получения люминесцентного ортофосфата кальция, активированного церием RU2779453C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2779453C1 true RU2779453C1 (ru) 2022-09-07

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB550744A (en) * 1941-01-16 1943-01-21 British Thomson Houston Co Ltd Improvements in and relating to fluorescent materials
CA417366A (en) * 1943-12-28 Canadian General Electric Company Fluorescent material
RU2607743C1 (ru) * 2015-09-22 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Способ получения катионзамещенного трикальцийфосфата
CN108517210A (zh) * 2018-06-07 2018-09-11 齐鲁工业大学 一种Ce3+,Dy3+掺杂的颜色可控的荧光粉及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA417366A (en) * 1943-12-28 Canadian General Electric Company Fluorescent material
GB550744A (en) * 1941-01-16 1943-01-21 British Thomson Houston Co Ltd Improvements in and relating to fluorescent materials
RU2607743C1 (ru) * 2015-09-22 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Способ получения катионзамещенного трикальцийфосфата
CN108517210A (zh) * 2018-06-07 2018-09-11 齐鲁工业大学 一种Ce3+,Dy3+掺杂的颜色可控的荧光粉及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Сафронова Т.В., Путляев В.И. Медицинское неорганическое материаловедение в России: кальцийфосфатные материалы // Наносистемы: физика, химия, математика. - 2013. Т.4. N1. - С. 24-47. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jiménez-Flores et al. Characterization of Tb-doped hydroxyapatite for biomedical applications: optical properties and energy band gap determination
Kannan et al. Synthesis and structural characterization of strontium-and magnesium-co-substituted β-tricalcium phosphate
Piccirillo et al. Extraction and characterisation of apatite-and tricalcium phosphate-based materials from cod fish bones
Marković et al. Synthetical bone-like and biological hydroxyapatites: a comparative study of crystal structure and morphology
JP4354012B2 (ja) 珪素置換ヒドロキシアパタイトおよびその製法
US9040156B2 (en) Whitlockite and method for manufacturing the same
JP5740314B2 (ja) ケイ酸塩置換ヒドロキシアパタイト
TWI388502B (zh) 一種製備α-半水硫酸鈣之方法
Khalid et al. Synthesis and characterizations of hydroxyapatite using precursor extracted from chicken egg shell waste
RU2500840C1 (ru) Способ получения нанокристаллического кремнийзамещенного гидроксиапатита
Eshtiagh-Hosseini et al. Preparation of anhydrous dicalcium phosphate, DCPA, through sol–gel process, identification and phase transformation evaluation
Zhang et al. Physicochemical and cytological properties of poorly crystalline calcium-deficient hydroxyapatite with different Ca/P ratios
JP2004026648A (ja) α−およびβ−リン酸三カルシウム粉末の製造方法
Tsyganova et al. Role of Mg 2+, Sr 2+, and F–ions in octacalcium phosphate crystallization
RU2779453C1 (ru) Способ получения люминесцентного ортофосфата кальция, активированного церием
Degli Esposti et al. Composite materials of amorphous calcium phosphate and bioactive glass nanoparticles for preventive dentistry
RU2546539C1 (ru) Способ получения порошкового материала на основе карбонатгидроксиапатита и брушита
KR100498759B1 (ko) 생체 재료용 수산화아파타이트 과립의 제조 방법
JP3668530B2 (ja) リン酸四カルシウムの製造方法
Koc Synthesis and characterization of strontium and chlorine co-doped tricalcium phosphate
RU2714188C1 (ru) Способ получения окрашенного однофазного пирофосфата кальция
JPH0627025B2 (ja) ヒドロキシアパタイト濾過ケーキ乾燥体
EP4349776A1 (en) Method for preparing whitlockite crystals without generation of hydroxyapatite crystals
Saleh et al. Microwave-Assisted Preparation of Zinc-Doped β-Tricalcium Phosphate for Orthopedic Applications
KR100275628B1 (ko) 고순도를 갖는 결정성 수산화아파타이트의 제조방법