RU2829972C1 - Способ получения висмут-натрий-кальций оксоапатита - Google Patents

Способ получения висмут-натрий-кальций оксоапатита Download PDF

Info

Publication number
RU2829972C1
RU2829972C1 RU2023133813A RU2023133813A RU2829972C1 RU 2829972 C1 RU2829972 C1 RU 2829972C1 RU 2023133813 A RU2023133813 A RU 2023133813A RU 2023133813 A RU2023133813 A RU 2023133813A RU 2829972 C1 RU2829972 C1 RU 2829972C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crucible
temperature
hours
calcium
sodium
Prior art date
Application number
RU2023133813A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Николаевич Буланов
Оксана Николаевна Голицына
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" (ННГУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" (ННГУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" (ННГУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2829972C1 publication Critical patent/RU2829972C1/ru

Links

Abstract

Изобретение может быть использовано при создании керамических материалов медицинского назначения. Для получения висмут-натрий-кальций оксоапатита в алундовый тигель объемом 40 мл помещают последовательно 9,96 г Ca(NO3)2⋅4H2O, 2,56 г Bi(NO3)3⋅5H2O, 0,45 г NaNO3, 4,18 г (NH4)2HPO4. Тигель помещают в муфельную печь и нагревают до температуры 573 K со скоростью 3-5 град./мин. Затем проводят прокаливание при температуре 573 K в течение 3 ч, после чего тигель охлаждают до комнатной температуры и шихту диспергируют в агатовой ступке с использованием этилового спирта. Полученный монодисперсный порошок помещают в тигель и снова нагревают до 873 K со скоростью 5-7 град/мин с диспергированием каждый час в течение 10 мин. При конечной температуре шихту выдерживают в течение 6 ч. После диспергирования смесь вновь прокаливают в алундовом тигле при температуре 1273 K в течение 6-8 ч. Изобретение позволяет получить висмут-натрий-кальций оксоапатит состава Ca8BiNa(PO4)6O в форме кристаллического порошка из доступных реагентов в течение относительно короткого промежутка времени. 3 ил., 2 пр.

Description

Область техники
Изобретение относится к области неорганической химии и касается способа получения висмут-натрий-кальций оксоапатита Ca8BiNa(PO4)6O. Внедрение в кристаллическую решетку апатита ионов натрия, как правило, способствует увеличению биорезорбции материала, тогда как висмут может придавать материалу бактерицидные свойства. Данное вещество ввиду своей биосовместимости с клетками человека может стать химической основой создания керамических материалов медицинского назначения.
Уровень техники
Известен способ получения магний-замещенного гидроксиапатита (RU 2617103 С1, кл. С01В 25/32, С01В 25/34, C01F 5/00, C01F 11/00, опубл. 20.04.2017). Способ включает синтез Mg-ГА с использованием водных растворов нитратов, диаммонийфосфата и аммиака, фильтрацию осадка и последующую сушку, причем синтез Mg-ГА осуществляют смешиванием в течение 1 ч водных растворов нитрата магния и кальция, взятых соотношении 9:1, при добавлении эквимолекулярного количества раствора диаммонийфосфата и 25%-ного водного раствора NH4OH до образования Mg-ГА в виде осадка. Mg-ГА выдерживают до созревания в течение 20-26 ч, фильтруют, сушат при температуре 90-95°С, затем в течение 100-130 ч при температуре 200-250°С. Прокаливают 6-8 ч при температуре 600-650°С, затем Mg-ГА охлаждают при комнатной температуре в течение 2-3 ч и измельчают в течение 15-20 мин.
Недостатком метода является длительность проведения процесса. Также метод подразумевает изовалентное замещение магния на кальций.
Известен способ получения гидроксиапатита, обладающего антимикробной активностью (RU 2026073 С1, кл. A61K 33/38, A61K 33/34, опубл. 09.01.1995). Изобретение решает задачу получения антимикробного гидроксиапатита, содержащего высокие концентрации бактерицидных веществ. Указанный результат достигается тем, что в способе получения гидроксиапатита, обладающего антимикробной активностью, включающем смешивание гидроксиапатита с неорганическими или органическими бактерицидными соединениями в воде, отделение осадка, его промывку водой и сушку, смешивание гидроксиапатита и бактерицидных соединений производят при их массовом соотношении 1:0,2-0,3, а перед смешиванием ингредиентов к воде добавляют динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты и препарат энтеродез из расчета соответственно 0,03-0,05 и 0,08-0,1 мас.ч. на 1 мас.ч. гидроксиапатита. При этом в качестве неорганических бактерицидных соединений используют нитрат серебра или сульфат цинка, а в качестве органических бактерицидных соединений - лизоцим или хлоргексидин.
Недостатком является использование не изоморфно внедренных в кристаллическую структуру антимикробных агентов, а второй фазы с соответствующими свойствами.
В качестве прототипа взят способ получения биосовместимых висмут апатитов, описанный в патенте RU 2776293 С1, кл. С01В 24/455, С01В 25/45, A61K 6/838, A61L 27/12, опубликован 18.07.2022. Изобретение относится к неорганической химии и касается способа получения биосовместимых висмут-апатитов состава Ca10-2xBixNax(PO4)6F2, где х = 1, 2, 3, 4, которые могут быть использованы в медицине, в том числе в стоматологии, для производства медицинских керамических материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, а также обеспечивающих защиту от развития бактериальных инфекций. Способ включает помещение в алундовый тигель стехиометричной смеси четырехводного нитрата кальция, пятиводного нитрата висмута, нитрата натрия, гидрофосфата диаммония и фторида аммония, после чего тигель помещают в муфельную печь с закрытой спиралью и нагревают до температуры 300-350°С со скоростью 3-5 град./мин до окончания дегидратации исходных кристаллогидратов и термического разложения используемых реагентов. Затем тигель охлаждают до комнатной температуры и шихту диспергируют в агатовой ступке с использованием этилового спирта для создания дополнительного расклинивающего давления. Полученный монодисперсный порошок помещают в тигель и прокаливают до 600-670°С со скоростью 5-7 град./мин с диспергированием каждый час в течение 10 минут. Далее смесь прокаливают в алундовом тигле при температуре 950-1100°С в течение 7-9 часов.
Недостатком описанного подхода является сложность в контроле количества фтора, вошедшего в кристаллическую структуру конечного продукта.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Порошковая рентгенография реакционной смеси, которая используется подтверждения фазовой однородности вещества.
Фиг. 2. График инфракрасной колебательной спектроскопии реакционной смеси.
Фиг. 3. Фото частицы полученного апатита.
Сущность изобретения
Задачей данного изобретения является создание способа получения висмут-натрий-кальций оксоапатита состава Ca8BiNa(PO4)6O в форме кристаллического порошка. Описание способов получения висмут-содержащих оксоапатитов в охранных документах не встречается.
Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения являйся создание оптимальной технологии изготовления конечного продукта - висмут-натрий-кальций оксоапатита состава Ca8BiNa(PO4)6O, подразумевающий использование доступных реагентов и относительно короткого промежутка времени.
Описание изобретения
Решение задачи достигается путем проведения процесса синтеза в твердой фазе между четырехводным нитратом кальция, пятиводным нитратом висмута, нитратом натрия и гидрофосфатом диаммония согласно представленной схеме реакции:
Bi(NO3)3⋅5H2O++NaNO3+8Ca(NO3)2⋅4H2O+6(NH4)2HPO4→Ca8BiNa(PO4)6O+
газообразные продукты реакции
Реакционную смесь реактивов в стехиометрическом количестве (мольное соотношение Ca/Bi/Na/P=8/1/1/6) помещают в алундовый тигель. Из-за высокого содержания воды в исходных кристаллогидратах первичное диспергирование стехиометрической смеси реагентов не проводится целью сохранения необходимого соотношения нужных атомов. Диспергирование шихты в агатовой ступке проводится перед каждым повышением температуры в процессе синтеза, который состоял из трех стадий.
На первом этапе «тигель помещали в муфельную печь и нагревали до температуры 573 K со скоростью 3-5 град./мин и прокаливали при температуре 573 K в течение 3 ч, до полного удаления гидратной воды и разложения нитрата висмута (348 K). Затем полученную шихту диспергировали и помещали в печь при температуре 873 K (6 часов) до разложения нитрата кальция (834 K). Использование четырехводного нитрата кальция позволяет значительно сократить время проведения процесса и снизить его температуру за счет ряда факторов. Во-первых, температура разложения нитрата кальция (834 K) значительно ниже температуры разложения других соединений кальция. Во-вторых, в результате разложения нитрата кальция образуется оксид кальция, обладающий повышенной поверхностной энергией за счет высокой дисперсности и дефектности поверхностного слоя частиц, что в свою очередь повышает его реакционноспособность. Заключительный этап синтеза проводился при температуре 1273 K до получения конечного продукта (в течение восьми часов).
Для подтверждения фазовой однородности вещества используется порошковая рентгенография (фиг. 1). Положения основных дифракционных максимумов (угол 2θ) должно совпадать с точностью до 0,5° с таковыми для рентгенограммы апатита состава BiCa4(РО4)3О из кристаллографической базы данных.
Для независимого подтверждения группового строения полученного вещества может быть использован метод инфракрасной колебательной спектроскопии (фиг. 2). При этом исследуемое вещество должно быть подготовлено к исследованию в виде таблетки из бромида калия (KBr), содержащей 4-5 мас. % исследуемого вещества. В спектре соединения будут наблюдаться характеристические полосы, отвечающие деформационным (550-640 см-1) и валентным (950-1200 см-1) колебаниям тетраэдрических групп PO4, а также отсутствовать полосы колебаний ОН-групп (ок. 3600 см-1), полосы колебаний пирофосфатной группы Р2О7 (~720 см-1).
Метод растровой электронной микроскопии используется для определения морфологии частиц вещества (фиг. 3). Частица полученного апатита должны иметь сферическую форму и средний размер 1-10 мкм.
Биологическая совместимость полученного вещества подтверждается стандартным МТТ-тестом с использованием культуры фибробластов человека.
Ниже представлены примеры конкретного осуществления предлагаемого изобретения:
Пример 1
В алундовый тигель объемом 40 мл помещается последовательно 9,96 г Ca(NO3)2⋅4H2O, 2,56 г Bi(NO3)3⋅5H2O, 0,45 г NaNO3 4,18 г (NH4)2HPO4. Тигель помещали в муфельную печь с закрытой спиралью и нагревали до температуры 573 K со скоростью 3-5 град./мин. Затем тигель охлаждали до комнатной температуры и шихту диспергировали в агатовой ступке с использованием этилового спирта для создания дополнительного расклинивающего давления. Полученный монодисперсный порошок помещали в тигель и нагревали до 873 K со скоростью 5-7 град./мин с диспергированием каждый час в течение 10 минут. При конечной температуре шихту выдерживали в течение 6 часов. Далее после диспергирования смесь прокаливается в алундовом тигле при температуре 1273 K в течение 6-8 часов.
Пример 2
Получение висмут-натрий-кальций апатита осуществляется аналогично примеру 1, но реакционная смесь гомогенизируется путем перетирания в ступке и разделяется на 5 частей, что позволяет проводить ее нагрев более равномерно и быстро, сокращая общее время синтеза.

Claims (1)

  1. Способ получения висмут-натрий-кальций оксоапатита, включающий в себя следующие этапы: в алундовый тигель объемом 40 мл помещают последовательно 9,96 г Ca(NO3)2⋅4H2O, 2,56 г Bi(NO3)3⋅5H2O, 0,45 г NaNO3, 4,18 г (NH4)2HPO4, тигель помещают в муфельную печь и нагревают до температуры 573 K со скоростью 3-5 град/мин, прокаливают при температуре 573 К в течение 3 ч, после чего тигель охлаждают до комнатной температуры и шихту диспергируют в агатовой ступке с использованием этилового спирта, полученный монодисперсный порошок помещают в тигель и снова нагревают до 873 K со скоростью 5-7 град./мин с диспергированием каждый час в течение 10 мин, при конечной температуре шихту выдерживают в течение 6 ч, отличающийся тем, что после диспергирования смесь вновь прокаливают в алундовом тигле при температуре 1273 K в течение 6-8 ч.
RU2023133813A 2023-12-19 Способ получения висмут-натрий-кальций оксоапатита RU2829972C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2829972C1 true RU2829972C1 (ru) 2024-11-11

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5441717A (en) * 1992-05-21 1995-08-15 Toagosei Chemical Industry Co., Inc., Ltd. Process for producing antimicrobial compounds
RU2614772C1 (ru) * 2015-12-17 2017-03-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Способ получения наногидроксиапатита
RU2776293C1 (ru) * 2021-12-10 2022-07-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Способ получения биосовместимых висмут-апатитов

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5441717A (en) * 1992-05-21 1995-08-15 Toagosei Chemical Industry Co., Inc., Ltd. Process for producing antimicrobial compounds
RU2614772C1 (ru) * 2015-12-17 2017-03-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Способ получения наногидроксиапатита
RU2776293C1 (ru) * 2021-12-10 2022-07-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Способ получения биосовместимых висмут-апатитов

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГОЛИЦЫНА О.Н. и др. Синтез магний-замещенных биосовместимых висмут-фторапатитов, ХХV Всероссийская конференция молодых учёных-химиков (с международным участием), Тезисы докладов, Нижний Новгород, 19-21 апреля 2022 года, Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 2022, с. 180. CIOBANU G. et al. New Bismuth-Substituted Hydroxyapatite Nanoparticles for Bone Tissue Engineering, JOM, 2015, v. 67, pp. 2534-2542. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kannan et al. Synthesis and thermal stability of potassium substituted hydroxyapatites and hydroxyapatite/β-tricalciumphosphate mixtures
Siddiqi et al. Carbonate substituted hydroxyapatite
EP0951441B1 (en) Silicon-substituted apatites and process for the preparation thereof
CN107141022B (zh) 一种在磷酸钙类生物陶瓷基体表面构建的白磷钙石涂层及其制备方法
Chaair et al. Synthesis of β-tricalcium phosphate
Kannan et al. Effect of sodium addition on the preparation of hydroxyapatites and biphasic ceramics
TWI388502B (zh) 一種製備α-半水硫酸鈣之方法
Ergun Effect of Ti ion substitution on the structure of hydroxylapatite
JPS63270061A (ja) 無機生体材料の表面改質方法
KR20140020605A (ko) 휘트록카이트 및 그 제조 방법
Massit et al. XRD and FTIR analysis of magnesium substituted tricalcium calcium phosphate using a wet precipitation method
Kannan et al. Synthesis and thermal stability of sodium, magnesium co-substituted hydroxyapatites
Safronova et al. Properties of amorphous calcium pyrophosphate powder synthesized via ion exchange for the preparation of bioceramics
JP2004026648A (ja) α−およびβ−リン酸三カルシウム粉末の製造方法
CN109734066B (zh) 一种高性能生物医学用无定形磷酸钙3d打印材料的制备方法
Eremina et al. Soft mechanochemical synthesis and thermal stability of hydroxyapatites with different types of substitution
Suzuki et al. Fabrication of hydroxyapatite block from gypsum block based on (NH4) 2HPO4 treatment
EP1907337B1 (en) Process for making a calcium phosphate-based biomedical material
RU2829972C1 (ru) Способ получения висмут-натрий-кальций оксоапатита
Tsuber et al. Synthesis, identification and determination of impurities in bioactive hydroxyapatite
Jamarun et al. Investigation of the antibacterial activity of synthesized hydroxyapatite Sr-doped nanocomposite
Chandran et al. Apatite matrix substituted with biologically essential rare Earth elements as an artificial hard tissue substitute: Systematic physicochemical and biological evaluation
RU2546539C1 (ru) Способ получения порошкового материала на основе карбонатгидроксиапатита и брушита
JPS5951485B2 (ja) CaO−P↓2O↓5系アパタイトの製造法
Chandel et al. Lanthanum vs samarium doping into hydroxyapatite nanoparticles for bone tissue engineering: Experimental and theoretical investigations