WO2002087748A1 - Dispersions d'hydroxyapatite comprenant un agent stabilisant a fonction phosphoryle, sulfinyle ou carboxyle, et leur procede de preparation - Google Patents

Dispersions d'hydroxyapatite comprenant un agent stabilisant a fonction phosphoryle, sulfinyle ou carboxyle, et leur procede de preparation Download PDF

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WO2002087748A1
WO2002087748A1 PCT/FR2002/001442 FR0201442W WO02087748A1 WO 2002087748 A1 WO2002087748 A1 WO 2002087748A1 FR 0201442 W FR0201442 W FR 0201442W WO 02087748 A1 WO02087748 A1 WO 02087748A1
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colloids
colloidal dispersion
source
calcium
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PCT/FR2002/001442
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Jean-Yves Chane-Ching
Claude Magnier
Marc Airiau
Original Assignee
Rhodia Chimie
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
    • C01B25/16—Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
    • C01B25/26—Phosphates
    • C01B25/32—Phosphates of magnesium, calcium, strontium, or barium
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K6/00—Preparations for dentistry
    • A61K6/80—Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth
    • A61K6/831—Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth comprising non-metallic elements or compounds thereof, e.g. carbon
    • A61K6/838—Phosphorus compounds, e.g. apatite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/0004—Preparation of sols
    • B01J13/0008—Sols of inorganic materials in water

Definitions

  • Hydroxyapatite dispersions comprising a stabilizing agent with phosphoryl, sulfinyl or carboxyl function, and process for their preparation
  • the present invention relates to stable aqueous colloidal dispersions of colloids with apatite structure in which the colloids, of oblong shape, have nanometric dimensions.
  • colloids in more or less aggregated form, form oblong objects of an average length (or greater dimension) (in number) between 20 and 200 nm and an equivalent aspect ratio between 5 and 500 .
  • colloidal aqueous dispersion is generally meant a system consisting of a continuous aqueous phase in which are dispersed fine solid particles of colloidal dimension, said fine particles defining colloids on the surface of which molecules of an agent can be bonded or adsorbed. stabilizer or various ionic species present in the continuous aqueous phase.
  • colloids with apatitic structure is meant according to the invention colloids of general formula:
  • J is chosen from OH “ , CO 3 2" , F ' and / or CI " and in which certain phosphate ions (PO4 3" ) or hydrogen phosphate (HPO4 2 " ) can be replaced by carbonate ions (CO 3 2" ) ; and in which certain Ca 2+ cations can be replaced by metallic cations M n + of alkali, alkaline earth metals or of lanthanide where n represents 1, 2 or 3, it being understood that the molar ratio of the cation M n + to Ca 2+ , when M n + is present, varies between 0.01: 0.99 and 0.25: 0.75, and the substitution of HPO 4 2 ' ions or PO4 3 " ions with CO 3 2' ions , the incorporation of CO 3 2 " ions as J and the substitution of Ca 2+ cations by metal cations is carried out so as to satisfy the electronic balance, in particular with the creation of vacancies. Particularly preferably, when Ca 2+ is replaced by an al
  • the latter is preferably Eu 3+ , Eu 2+ , Dy 3+ or Tb 3+ .
  • lanthanide is understood to mean the elements of the group constituted by Tyrtrium and by the elements of the periodic classification with atomic number included inclusively between 57 and 71.
  • the colloids are colloids of hydroxyapatite.
  • colloids with an apatite structure also includes the colloids obtained by hydrolysis of the colloids of formula I above.
  • Colloids with an apatite structure are generally obtained by contacting, in aqueous solution, a source of Ca 2+ and a source of PO 4 3 " in an appropriate pH range.
  • colloids with an apatite structure are obtained, the growth of which is difficult to control and limit.
  • the invention provides, according to a first of its aspects, a method for controlling the growth of colloids with apatitic structure and leading to stable colloidal dispersions consisting of colloids of nanometric dimensions.
  • the invention relates to stable, aqueous colloidal dispersions of colloids with apatitic structure, formed of relatively fine colloids, of oblong shape, of an average length (in number) between 20 and 200 nm and an equivalent aspect ratio (ratio of the average length (in number) to the equivalent diameter) of between 5 and 500.
  • the invention relates to a stable aqueous colloidal dispersion of colloids with apatitic structure, having a pH between 3.5 and 9.5, of oblong shape with an average length (in number) between 20 and 200 nm and an equivalent aspect ratio (ratio of the average length (in number) to the equivalent diameter) of between 5 and 500; and comprising as stabilizing agent a compound of formula I, a compound of formula II or a compound of formula III, as defined below, optionally in ionized form or a mixture of these compounds, said colloids having an apatite structure having for formula:
  • J is chosen from OH “ , F “ , CO 3 2 “ or CI " ; and in which certain phosphate ions (PO 4 3 “ ) or hydrogen phosphate (HPO4 2” ) can be replaced by carbonate ions (CO 3 2 " ); and in which certain Ca 2+ can be replaced by metal cations M n + of alkali, alkaline earth or lanthanide metals where n represents 1, 2 or 3, it being understood that the molar ratio of the cation M n + to Ca 2+ , when M n + is present, varies between 0.01: 0.99 and 0 , 25: 0.75, and that the substitution of HPO 4 2- ions "or ions PO 4 3" by CO 3 2- ions, incorporation of the CO3 2- ions "as J and substituting Ca + cations by metal cations is carried out in such a way as to satisfy the electronic balance; • the stabilizing agents of formula I being compounds of formula: in which :
  • - n is an integer between 0 and 15 advantageously between 1 and 12, preferably between 2 and 6;
  • - Gi represents a (C 2 -C 3 ) alkylene radical, preferably an ethylene radical
  • - X represents -O-; a relationship ; the divalent group -OP (O) (OH) -X'- in which X 'is an oxygen atom or a bond; or the divalent group -O-R ⁇ o-P (O) -X "- in which Rio represents - (G 2 -O) rr where G 2 is as defined for Gi above and n 'is as defined for n above, preferably n 'is between 2 and 6, and X "represents an oxygen atom or a single bond;
  • - R represents a (CrC 20 ) alkyl radical, preferably (CrCi 8 ) alkyl, or a (C 6 -C 3 o) aryl radical, said radical being optionally substituted; it being understood that when m represents 2, the two groups X- (GrO) n -R are not necessarily identical and if in one of these groups Gi represents -O-R ⁇ o-P (O) -X "- or - OP (O) (OH) -X'-, the other group X- (G ⁇ -O) n -R does not contain a group -OR 10 -P (O) -X "- nor a group -OP (O ) (OH) -X'-; • the stabilizing agents of formula (II) being compounds of formula:
  • - A represents a sulfonyl or sulfinyl group
  • - n ' is an integer between 0 and 15, advantageously between 1 and 12, preferably between 2 and 6;
  • - K represents an (C 2 -C 3 ) alkylene radical, preferably an ethylene radical, • the stabilizing agents of formula (III) having the formula:
  • colloids of oblong shape are understood to mean colloids of parallelepipedal shape (for example in the shape of a stick) or of acicular shape.
  • the equivalent diameter is the diameter that would have the colloid of corresponding acicular shape with the same average volume (in number) and the same average length (in number).
  • the equivalent diameter assigned to the cross section of the acicular colloid corresponds to the diameter of an average cross section.
  • the oblong-shaped colloids are formed from colloids with a weakly aggregated apatitic structure.
  • the oblong colloids have an average length (in number) between 20 and 200 nm and an equivalent diameter between 0.01 and 50 nm, preferably between 0.01 and 20 nm.
  • J represents OH “ , or / and F " . Not all OH ions “need to be replaced by F “ ions, but only part of the OH ions " can be replaced by F “ ions. Likewise, when J is chosen from OH “ , F “ , CO 3 2 “ and CI " , it is not necessary for all the Js to be identical to each other.
  • Stabilization of the colloidal dispersion is obtained by the action of a stabilizing agent.
  • the stabilizing agent contributes not only to ensure the stabilization of the dispersion but also to control the growth of the colloids with apatitic structure during the preparation of the aqueous dispersion.
  • the ionized forms of the compounds of formula I, of formula II or of formula III can be obtained by the action of a base, preferably an inorganic base.
  • an inorganic base mention may be made of bases of the alkali metal or alkaline earth metal hydroxide and ammonium hydroxide type.
  • alkylene is meant an aliphatic hydrocarbon chain, linear or branched at C1-C18, preferably at C1-C12.
  • alkyl is meant an aliphatic group, linear or branched, in C- 1 -C1 8 , better still in C- ⁇ -C ⁇ 2 .
  • alkyl radicals are methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, t-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, 2-methylbutyl, 1-ethyl propyl, hexyl, isohexyl, neohexyl, 1-methylpentyl, 3 - methylpentyle, 1, 1-dimethylbutyl, 1, 3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, 1-methyl-1- ethylpropyl, heptyle, 1-methylhexyl, 1-propylbutyl, 4,4-dimethylpentyl, octyl, 1-methylheptyle, 2 -ethylhexyl, 5,5-dimethylhexyl, nonyl, decyl, 1-methylnonyl, 3,7-dimethyloctyl and 7,
  • alkyl represents methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, t-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, 2-methylbutyl, 1- ethylpropyl, hexyl, isohexyl, neohexyl, 1-methylpentyl, 3-methylpentyl, 1, 1 -dimethylbutyl, 1, 3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl and 1-methyl-1-ethylpropyl.
  • the alkyl radical comprises from 1 to 4 carbon atoms.
  • Examples of (C 6 -C 3 o) aryl groups are in particular phenyl, naphthyl, anthryl and phenanthryl.
  • R represents (CC 20 ) substituted alkyl or (CrC ⁇ 8 ) substituted alkyl, it is preferably substituted by (C 6 -C 3 o) aryl.
  • R represents (C 6 - C 30 ) substituted aryl, it is preferably substituted by (CC 2 o) alkyl or (d- C ⁇ s) alkyl.
  • n respectively n ', represents 3 or 5 and Gi, respectively K, represents ethylene.
  • a particularly preferred subgroup of stabilizing agents consists of the compounds of formula (V):
  • n represents an integer from 2 to 12.
  • a preferred meaning of aryl is phenyl and when T 1 represents arylalkyl, T1 is preferably phenylalkyl or alternatively, when T 1 represents alkylaryl, T1 preferably represents alkylphenyl.
  • T 1 represents hexyl, octyl, decyl, dodecyl, oleyl or nonylphenyl.
  • a second preferred subgroup of stabilizing agents consists of the compounds of formula (VI):
  • n 2 and n 3 are identical and between 2 and 12.
  • T 2 and T 3 are identical.
  • a preferred meaning of aryl is phenyl; a preferred meaning of arylalkyl is phenylalkyl; a preferred meaning of alkylaryl is alkylphenyl.
  • T 2 and T 3 are chosen from hexyl, octyl, decyl, dodecyl, oleyl and nonylphenyl.
  • a third preferred sub-group of stabilizing agents consists of a mixture in all proportions of compounds of formula V and compounds of formula VI.
  • this type of amphiphilic compound mention may be made of those sold under the brands Lubrophos® and Rhodafac® by Rhodia, and in particular the products below:
  • Rhodafac® RS 710 in which the polyoxyethylene part consists of 10 oxyethylene units, or RS 410 in which the polyoxyethylene part consists of 3 oxyethylene units;
  • poly-oxy-ethylene oleocetyl ester phosphate for example Rhodafac® PA 35 in which the polyoxyethylene part consists of 5 oxyethylene units;
  • poly-oxy-ethylene nonylphenyl phosphate ester for example Rhodafac® PA 17 in which the polyoxyethylene part consists of 6 oxyethylene units;
  • non-branched poly (oxy-ethylene) phosphate ester for example Rhodafac® RE 610 in which the polyoxyethylene part consists of 6 oxyethylene units.
  • the stabilizing agent is generally either present in free form in the continuous medium of the colloidal dispersion, or adsorbed or bound to the surface of the colloids, or in ionic interaction with the Ca 2+ ions present in the continuous phase of the dispersion.
  • the stabilizing agent When the stabilizing agent is in free form in the dispersion, it is in acid form or in ionized form.
  • the stabilizing agent When the stabilizing agent is in interaction with the Ca 2+ ion present in the continuous phase, it can form aggregates of lamellar phase.
  • the stabilizing agent When the stabilizing agent is interacting on the surface of the colloids, it is in strong, electrostatic and / or complexing interaction with the mineral ions present on the surface of the colloids. This strong bond can be demonstrated by showing the presence of the stabilizing agent on the colloids recovered by ultracentrifugation of the colloidal dispersions and dried at room temperature for a period greater than 7 days. By H NMR on these colloids, lines are observed corresponding to chemical shifts attributable to the stabilizing agent.
  • the colloidal phase (consisting of colloids) is predominantly of apatitic structure as defined above.
  • the apatite structure represents more than 50% by weight of the colloidal phase, preferably more than 75% by weight, better still more than 80%, for example more than 85% by weight.
  • the colloidal phase can also comprise other structures, such as Ca (H 2 P0 4 ) 2 ; CaHPO; CaHPO, 2H 2 O or other amorphous phase based on calcium and PO 4 3 " , HPO 4 2" , H 2 PO 4 " or OH " .
  • the molar ratio of total calcium present in the colloidal phase to total phosphorus present in the colloidal phase varies between 0.8 and 1.7, better still between 1.4 and 1.7 .
  • the molar ratio of the stabilizing agent to calcium in the colloidal phase varies between 0.02 and 2, preferably between 0.02 and 1.0, more preferably between 0.05 and 0.8.
  • the colloidal phase contains from 80 to 100% of the total calcium, preferably from 90 to 100%, better still from 95 to 100%.
  • the calcium concentration of the dispersion is easily adjustable, according to the invention, by elimination of part of the continuous aqueous phase.
  • the elimination of part of the aqueous phase can be carried out by ultrafiltration.
  • the colloidal dispersion of the invention has a concentration greater than 0.25 M in calcium in the form of colloids with apatitic structure, preferably greater than 0.5 M, advantageously greater than 1M, this concentration possibly reaching 5M .
  • the colloidal phase contains from 60 to 100% of total phosphorus (PO4 3 ' ions, HPO 4 2 " and H 2 PO 4 " total), preferably from 80 to 100%, preferably from 90 to 100%, better still from 95 to 100% by weight.
  • the pH of the colloidal dispersion of the invention varies between 6 and 9.5, better still between 6.5 and 9.
  • the invention relates to a process for preparing a stable aqueous colloidal dispersion, comprising the steps consisting in: a) bringing into contact, in aqueous solution, a source of Ca 2+ cations, and a source of PO 4 3 " anions and a stabilizing agent chosen from a compound of formula I, a compound of formula II and a compound of formula III, the formulas I, II and III being as defined above or representing a salt of one of these compounds with an acid or a base and one of their mixtures, at a pH of between 3.5 and 9.5, the respective amounts of the source of Ca 2+ and of the source of PO 3 anions " being such that the Ca 2+ / P molar ratio varies between 0.1 and 3, preferably between 0.2 and 2, the amount of stabilizing agent being such that the stabilizing agent / Ca
  • source of Ca 2+ cations is meant a compound capable of releasing Ca 2+ ions in aqueous solution.
  • source of PO 4 3 anions is meant a compound capable of releasing PO 4 3" ions in aqueous solution.
  • Examples of a source of Ca 2+ cations are calcium hydroxide, calcium oxides, water-soluble calcium salts.
  • Examples of calcium salts are the salts having for anion PF 6 “ , PCI 6 “ , BF 4 ' , BCI4 “ , SbF 6 “ , BPh 4 “ , CIO 4 “ , CF 3 SO3 " and more generally the carboxylates derived from C 2 -C 4 alkylcarboxylic acids and especially acetate
  • Other salts are calcium halides, calcium hydrogen carbonate and calcium nitrate.
  • those which can be used in the context of the invention are those with sufficient water solubility to ensure the desired concentration of Ca 2+ in the aqueous phase.
  • the source of Ca 2+ cations is chosen from calcium hydroxide, calcium chloride, calcium fluoride, calcium nitrate, and calcium hydrogen carbonate.
  • the source of PO 3 " anions is the salt of a PO 4 3" anion, the salt of an HPO4 2 " anion or the salt of an H2PO4 " anion such as a salt of ammonium, or an alkali metal salt.
  • PO4 3 is the salts of oligomeric phosphate-type anions such as the salts of polyphosphates (or catena-polyphosphate) of general formula:
  • n varies from 2 to 10 (and in particular the salts of the tripolyphosphate type) or else the salts of the trimetaphosphate anion (PO 3 ) 3 3" , or the salts of the pyrophosphate anion (P 2 ⁇ ) 4 ' .
  • the next step consists in mixing the two aqueous solutions, this mixture being used in a conventional manner with stirring.
  • the pH of the two dispersions is adjusted beforehand before mixing.
  • the bases and acids which can be used are those generally used in the art.
  • bases which can be used mention may be made of NH 4 OH, KOH, NaOH, NaHCO 3 , Na 2 CO 3 , KHCO3 and K 2 CO 3 .
  • NH 4 OH or NaOH will be used.
  • acids which can be used are in particular HCI, H 2 SO, H 3 PO or HNO 3 .
  • HNO 3 will be used .
  • a buffer operating in the desired range can be used.
  • a buffer ensuring a pH of 6.5 to 9 is used.
  • a buffer consisting of an aqueous solution of potassium dihydrogen phosphate (0.025M) and sodium hydrogen phosphate (0.025M), which ensures a pH of 6.86 at 25 ° C.
  • the contacting of the sources with an aqueous medium can be carried out in any way.
  • the relative proportions of the compounds used respectively as a source of Ca 2+ and of PO 4 3 " are calculated so that the Ca / P molar ratio is between 0.1 and 3, preferably between 0.2 and 2.
  • the Ca / P molar ratio takes into account all of the Ca 2+ cations introduced and all of the phosphorus introduced into the solution, whether the phosphorus is in the form H3PO4, H 2 PO 4 3 " , HPO 4 2" or PO 4 3 " .
  • the stabilizing agent is added either to the aqueous solution of Ca 2+ , or to the aqueous solution of PO 4 3 " , or to the two aqueous solutions, in which case the respective proportion of stabilizing agent added to each solution is arbitrary.
  • the amount of stabilizing agent to be added to the total is defined so that the stabilizing agent / Ca molar ratio varies between 0.05 and 0.5, preferably between 0.08 and 0.4.
  • the amount of stabilizing agent used affects the dimensions of the colloids ultimately obtained.
  • the concentration of Ca 2+ cations in the solution is between 0.1 M and 1M, preferably between 0.1 M and 0.5M; and the concentration of ions PO 4 3 " , HPO4 2" and H 2 PO 4 " total varies between 0.05M and 2M, preferably between 0.15M and 1M.
  • the contacting of the source of Ca 2+ with the source of PO 4 3 " generally takes place at ambient temperature, for example between 15 and 30 ° C.
  • Suitable sources are the hydroxides of these metals or salts of these metals, such as halides or nitrates.
  • the metal cation is the cation of a lanthanide
  • a salt of said lanthanide such as a chloride or a nitrate.
  • Step b) of the process of the invention is a maturing step during which the mixture of the two solutions is left to stand or stirred, the time necessary to observe the formation of colloids.
  • This ripening stage can be carried out at ambient temperature (15-30 ° C) or at a higher temperature, namely up to 150 ° C. Thus, generally, the temperature is fixed at this stage between 15 and 150 ° C, better still between 40 and 100 ° C.
  • the ripening stage is preferably carried out in a closed enclosure.
  • the dispersion, conditioned in a closed enclosure, can be placed directly in an oven previously brought to the set temperature or undergo a temperature ramp up to the set temperature, the rate of temperature rise preferably varying between 0.1 ° C. / min and 10 ° C / min.
  • the ripening is carried out at various temperatures.
  • a first phase of ripening is carried out at a first temperature between 20 and 95 ° C.
  • a second phase of ripening is carried out at a second temperature, said second temperature also being between 20 and 95 ° C.
  • said second temperature is lower than said first temperature.
  • the ripening time varies depending on the operating conditions and more particularly on the temperature. Usually the time to ripening varies between 10 min and 24 hours, for example between 30 min and 18 hours.
  • the continuous phase of the colloidal dispersion can contain different species such as NH + , Na ⁇ K + , CI “ , NO 3 " and SO 4 2 " .
  • These ions come either from sources of calcium and PO 4 3" , or from acids and mineral bases used for pH adjustments.
  • the continuous phase of the colloidal dispersion can also contain stabilizers in neutral form or in ionized form, not in interaction with the surface of the colloids, that is to say completely free, or else in interaction with Ca 2 ions + present in the continuous phase.
  • This washing can be carried out in a conventional manner per se, by ultrafiltration or dialysis.
  • Ultrafiltration can be carried out in particular in air or in an atmosphere of air and nitrogen or even under nitrogen. It preferably takes place with water whose pH is adjusted to the pH of the dispersion.
  • the pH can also be post-adjusted after washing and concentration by ultrafiltration. This final pH can advantageously be between 6 and 8.5.
  • the size of the colloids can be determined by photometric counting from an analysis by METHR (High Resolution Transmission Electron Microscopy).
  • the structure of the colloids and in particular their more or less significant degree of aggregation can be determined by cryo-transmission electron microscopy by following the Dubochet method.
  • the average length (in number) of the oblong colloids varies between 20 and 200 nm and their equivalent aspect ratio (ratio of the average length (in number) to the equivalent diameter) varies between 5 and 500.
  • One of the advantages of the invention is the low aggregation of the colloidal particles between them.
  • colloidal dispersions of the invention can be used in multiple applications, as such, or after isolation and stacking and cohesion of the colloids with apatitic structure to form, for example, porous materials.
  • colloidal dispersions of the invention can also be used after preparation of an emulsion by addition of an oily phase.
  • colloids and porous materials are the separation and purification of proteins, use in prostheses and use in sustained release systems.
  • the hydroxyapatite colloids obtained can be used in the treatment of osteoporosis, cramps, colitis, bone fractures, insomnia, as well as in dental hygiene.
  • Hydroxyapatite colloids can also be used in the preparation of hydroxyapatite films, absorbent materials with high specific surface and high pore volume, encapsulation materials and catalytic materials, but also in the field of luminescence.
  • the colloids of the aqueous dispersions of the invention can be isolated simply by ultracentrifugation. These colloids can present, bound or adsorbed, on their surface, a certain amount of stabilizing agent. The amount of stabilizing agent present can be determined by chemical determination. The molar ratio of the stabilizing agent to the calcium of the colloid generally varies between 0.02 and 2, preferably between 0.05 and 0.8.
  • the determination of the mass percentage of Ca of the colloids is carried out from the colloids isolated by centrifugation and dried at room temperature for 7 days, in the following manner.
  • the dried colloids are dissolved by microwave attack with HN ⁇ 3 / HF / H 2 O 2 .
  • the determination of Ca is then carried out by atomic emission spectroscopy by induced plasma (ICP / AES Inductive Coupled Plasma) on a Jobin Yvon Ultima device.
  • the principle is an excitation of atoms in a plasma argon, with emission of photons of different wavelengths.
  • a grating spectrometer allows the separation of wavelengths and the detection is carried out by a photo multiplier.
  • the mass percentage of carbon present in the colloids recovered by ultracentrifugation and dried at room temperature for 7 days is determined in a conventional manner by elementary microanalysis using a LECO CS-044 device. Oxidation is carried out in the presence of the product catalyst in an induction furnace under oxygen scavenging.
  • the detection and integration of CO 2 peaks is carried out by infrared.
  • the invention relates to colloids of apatitic structure redispersible in water which can be obtained by implementing the steps consisting in: a - preparing an aqueous colloidal dispersion by implementing the method of the invention as described above; b - isolate the colloids from the aqueous colloidal dispersion obtained in the previous step.
  • the isolation of the colloids from the colloidal dispersion can be carried out in a manner known per se, and for example by simple evaporation at room temperature of the continuous phase or by ultracentrifugation.
  • the colloids isolated after ultracentrifugation or evaporation of the continuous phase are in the form of a paste or possibly powdered solid.
  • the continuous phase can be evaporated using conventional techniques known to those skilled in the art, for example at room temperature or at temperatures above 100 ° C.
  • the colloids thus obtained are redispersible in water.
  • the resulting dispersion has a concentration greater than 0.25M of calcium in the form of colloids with apatitic structure, preferably greater than 0.5M, advantageously greater than 1M.
  • the molar ratio of calcium to phosphorus also varies in the colloids between 0.8 and 1.7.
  • M denotes the molecular mass
  • the phosphate solution is added to the calcium solution with stirring at room temperature. It is readjusted to pH 7 with a 1 M aqueous NH 4 OH solution.
  • the mixture has a Ca / P molar ratio of 0.5 and a PA 35 / Ca molar ratio of 0.25.
  • the mixture is stirred for one hour, transferred to an airtight bottle, then undergoes heat treatment by keeping in an oven previously warmed up to 50 ° C.
  • the heat treatment lasts 16 hours.
  • a colloidal dispersion is obtained.
  • the colloidal dispersion is washed by ultrafiltration by passage over a 3 KD membrane. Washing is carried out with a volume of demineralized water equal to 4 times the volume of dispersion.
  • the phosphate solution is added to the calcium solution with stirring at room temperature. A decrease in pH is observed. It is readjusted to pH 8.5 with a 1 M aqueous NH 4 OH solution.
  • the mixture is stirred for one hour, transferred to an airtight bottle, then undergoes heat treatment by keeping in an oven previously brought to temperature at 95 ° C.
  • the heat treatment lasts 16 hours.
  • a colloidal dispersion is obtained.
  • the colloidal dispersion is washed by ultra-filtration by passage over a 3 KD membrane. Washing is carried out with a volume of demineralized water equal to 4 times the volume of dispersion.
  • the objects are rod-shaped with an average length of around 50 nm and an equivalent diameter of around 10 nm.
  • the phosphate solution is added to the calcium solution with stirring at room temperature. A decrease in pH is observed. It is readjusted to pH 8.5 with a 1 M aqueous NH 4 OH solution.
  • the mixture is stirred for one hour, transferred to an airtight bottle, then undergoes heat treatment by keeping in an oven previously warmed up to 50 ° C.
  • the heat treatment lasts 16 hours.
  • a colloidal dispersion is obtained.
  • the colloidal dispersion is washed by ultrafiltration by passage over a 3 KD membrane. Washing is carried out with a volume of demineralized water equal to 4 times the volume of dispersion.
  • the phosphate solution is added to the calcium solution with stirring at room temperature. A decrease in pH is observed. It is readjusted to pH 8.0 with a 1 M aqueous solution of NH4OH.
  • the mixture is stirred for one hour, transferred to an airtight bottle, then undergoes heat treatment by keeping in an oven previously warmed up to 50 ° C.
  • the heat treatment lasts 16 hours.
  • a colloidal dispersion is obtained.
  • the colloidal dispersion is washed by ultrafiltration by passage over a 3 KD membrane. Washing is carried out with a volume of demineralized water equal to 4 times the volume of dispersion.
  • the average length of the rods is approximately 60 nm and the equivalent diameter is approximately 5 nm.
  • the dispersion On an aliquot of the dispersion, it is dried at room temperature for several days. The dried product is then taken up in a volume of water to a volume corresponding to the volume of the initial dispersion before drying. The product is redispersible and a colloidal dispersion is again obtained.
  • the phosphate solution is added to the calcium solution with stirring at room temperature. A decrease in pH is observed. It is readjusted to pH 8.5 with a 1 M aqueous NH 4 OH solution.
  • the mixture is stirred for one hour, transferred to an airtight bottle, then undergoes heat treatment by keeping in an oven previously brought to temperature at 95 ° C.
  • the heat treatment lasts 16 hours.
  • a colloidal dispersion is obtained.
  • the colloidal dispersion is washed by ultrafiltration by passage over a 3 KD membrane. Washing is carried out with a volume of demineralized water equal to 4 times the volume of dispersion. After ultracentrifugation at 50,000 M min for 4 hours, a pellet is collected which is dried at room temperature.
  • the 60 cm 3 of the phosphate solution B thus prepared are added to an aliquot of 90 cm 3 of the calcium solution A with stirring at room temperature. A decrease in pH is observed. It is readjusted to pH 8.5 with a 1 M aqueous NH 4 OH solution.
  • a solution A is prepared by adding 0.44 g of CaCl 2 , 2H 2 O (ie 3 millimoles) in 30 cm 3 of water. 0.780 g of Rhodafac PA 35 (ie 1 millimole) is added. The pH is equal to 2. It is adjusted to pH 7 with a 1 M aqueous solution of NH 4 OH.
  • a solution B is prepared with 20 cm 3 of a 0.25M aqueous solution of (NH 4 ) 2 HPO 4 (i.e. 5 millimoles) pre-adjusted to pH 7.
  • cryo-MET acicular colloids with an average length of 150 nm and a diameter of 5 nm are perfectly individualized.
  • the colloidal dispersion is prepared by the two-step process of the invention in which, during the first step, bringing the source of Ca 2+ and the source of PO into contact 4 3 " is produced by mixing an aqueous solution of a source of PO 4 3" having a pH between 6.5 and 9, with an aqueous solution of a source of Ca 2+ containing the stabilizing agent and having a pH between 6.5 and 9

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Abstract

La présente invention concerne une dispersion colloïdale aqueuse stable de colloïdes à structure apatitique, présentant un pH compris entre 3,5 et 9,5, de forme oblongue d'une longueur moyenne comprise entre 20 et 200 nm et d'un rapport d'aspect équivalent (rapport de la longueur moyenne au diamètre équivalent) compris entre 5 et 500, et comprenant à titre d'agent stabilisant un composé de formule (I), un composé de formule (II) ou un composé de formule (III), tels que définis ci-dessous, éventuellement sous forme ionisée, ou un mélange de ces composés, lesdits colloïdes à structure apatitique ayant pour formule (IV): Ca10-x (HPO4)x (PO4)6-x (J)2-x, dans laquelle x et J sont tels que définis à la revendication 1, les agents stabilisants ayant pour formule (I) où p, X, G1, n, R et m sont tels que définis à la revendication 1; les agents stabilisants ayant pour formule (II) où A, X''', K, n' et R' sont tels que définis à la revendication 1; les agents stabilisants ayant pour formule (III) où X, G1, n et R sont tels que définis à la revendication 1.

Description

Dispersions d'hydroxyapatite comprenant un agent stabilisant à fonction phosphoryle, sulfinyle ou carboxyle, et leur procédé de préparation
La présente invention a trait à des dispersions colloïdales aqueuses stables de colloïdes à structure apatitique dans laquelle les colloïdes, de forme oblongue, présentent des dimensions nanométriques.
Ces colloïdes sous forme plus ou moins agrégée, forment des objets de forme oblongue d'une longueur (ou plus grande dimension) moyenne (en nombre) comprise entre 20 et 200 nm et d'un rapport d'aspect équivalent compris entre 5 et 500.
Par dispersion aqueuse colloïdale, on entend généralement un système constitué d'une phase aqueuse continue dans laquelle sont dispersées de fines particules solides de dimension colloïdale, lesdites fines particules définissant des colloïdes à la surface desquels peuvent être liés ou adsorbés des molécules d'un agent stabilisant ou diverses espèces ioniques présentes dans la phase aqueuse continue.
Par colloïdes à structure apatitique, on entend selon l'invention des colloïdes de formule générale :
Ca10.x (HPO4)x (PO4)6-x (J)2.x (I) dans laquelle : x est choisi parmi 0, 1 ou 2 ;
J est choisi parmi OH", CO3 2", F' et/ou CI" et dans laquelle certains ions phosphate (PO43") ou hydrogénophosphate (HPO42") peuvent être remplacés par des ions carbonate (CO3 2") ; et dans laquelle certains cations Ca2+ peuvent être remplacés par des cations métalliques Mn+ de métaux alcalins, alcalino-terreux ou de lanthanide où n représente 1 , 2 ou 3, étant entendu que le rapport molaire du cation Mn+ à Ca2+, lorsque Mn+ est présent, varie entre 0,01 :0,99 et 0,25:0,75, et que la substitution d'ions HPO4 2' ou d'ions PO43" par des ions CO3 2', l'incorporation d'ions CO3 2" en tant que J et la substitution de cations Ca2+ par des cations métalliques est réalisée de manière à satisfaire l'équilibre électronique, en particulier avec création de lacunes. De façon particulièrement préférée, lorsque Ca2+ est remplacé par un cation de métal alcalin, celui-ci est Na+. Lorsque Ca2+ est remplacé par un cation de métal alcalino-terreux, celui-ci est Sr2*.
Lorsque Ca2+ est remplacé par un cation de lanthanide, celui-ci est préférablement Eu3+, Eu2+, Dy3+ ou Tb3+.
Plus généralement, on entend par lanthanide les éléments du groupe constitué par Tyrtrium et par les éléments de la classification périodique de numéro atomique compris de façon inclusive entre 57 et 71.
La classification périodique des éléments à laquelle il est fait référence dans la présente description est celle publiée dans le supplément au bulletin de la Société Chimique de France n° 1 (janvier 1966).
Lorsque x = 0, les colloïdes sont des colloïdes d'hydroxyapatite. Lorsque x = 1 , les colloïdes sont des colloïdes de phosphate tricalcique apatitique et lorsque x = 2, les colloïdes sont des colloïdes de phosphate octocalcique.
L'expression colloïdes à structure apatitique englobe également les colloïdes obtenus par hydrolyse des colloïdes de formule I ci-dessus.
Dans le cas du phosphate octocalcique, on obtient après hydrolyse un colloïde de formule Ca8(HPO4)2,5 (PO4)3,5 OH0l5-
Dans la formule ci-dessus, on préfère qu'aucun cation Ca2+ ne soit remplacé par un cation métallique Mn+. Toutefois, lorsque certains cations Ca2+ sont effectivement remplacés par des cations métalliques Mn+, alors on préfère que le rapport molaire Mn+/Ca2+ varie entre 0,02:0,98 et 0,15:0,85.
Les colloïdes à structure apatitique sont généralement obtenus par mise en contact, en solution aqueuse, d'une source de Ca2+ et d'une source de PO4 3" dans une plage de pH appropriée.
Conventionnellement, on obtient des colloïdes à structure apatitique dont il est difficile de contrôler et limiter la croissance.
Les cinétiques de formation des particules sont souvent très élevées, de telle sorte qu'il est difficile d'arrêter la polycondensation minérale au stade de particules nanométriques. On obtient donc généralement in fine des particules de taille trop importante présentant une forte tendance à la décantation.
L'invention fournit, selon un premier de ses aspects, un procédé permettant de contrôler la croissance des colloïdes à structure apatitique et conduisant à des dispersions colloïdales stables constituées de colloïdes de dimensions nanométriques.
Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne des dispersions colloïdales stables, aqueuses, de colloïdes à structure apatitique, formées de colloïdes relativement fins, de forme oblongue, d'une longueur moyenne (en nombre) comprise entre 20 et 200 nm et d'un rapport d'aspect équivalent (rapport de la longueur moyenne (en nombre) au diamètre équivalent) compris entre 5 et 500.
Plus précisément, l'invention a trait à une dispersion colloïdale aqueuse stable de colloïdes à structure apatitique, présentant un pH compris entre 3,5 et 9,5, de forme oblongue d'une longueur moyenne (en nombre) comprise entre 20 et 200 nm et d'un rapport d'aspect équivalent (rapport de la longueur moyenne (en nombre) au diamètre équivalent) compris entre 5 et 500 ; et comprenant à titre d'agent stabilisant un composé de formule I, un composé de formule II ou un composé de formule III, tels que définis ci-dessous, éventuellement sous forme ionisée ou un mélange de ces composés, lesdits colloïdes à structure apatitique ayant pour formule :
Ca10-x (HPO4)x (PO4)6-x (J)2-x (IV) dans laquelle : x est choisi parmi 0, 1 ou 2 ;
J est choisi parmi OH", F", CO3 2" ou CI" ; et dans laquelle certains ions phosphate (PO4 3") ou hydrogénophosphate (HPO42") peuvent être remplacés par des ions carbonate (CO3 2") ; et dans laquelle certains Ca2+ peuvent être remplacés par des cations métalliques Mn+ de métaux alcalins, alcalino-terreux ou de lanthanide où n représente 1 , 2 ou 3, étant entendu que le rapport molaire du cation Mn+ à Ca2+, lorsque Mn+ est présent, varie entre 0,01 :0,99 et 0,25:0,75, et que la substitution d'ions HPO42" ou d'ions PO4 3" par des ions CO3 2', l'incorporation d'ions CO32" en tant que J et la substitution de cations Ca + par des cations métalliques est réalisée de manière à satisfaire l'équilibre électronique ; • les agents stabilisants de formule I étant des composés de formule :
Figure imgf000006_0001
dans laquelle :
- p représente 0 ou 1 ;
- m représente 2 lorsque p représente 0 et m représente 1 lorsque p représente 1 ;
- n est un entier compris entre 0 et 15 avantageusement entre 1 et 12, de préférence entre 2 et 6 ;
- Gi représente un radical (C2-C3)alkylène, de préférence un radical éthylène ;
- X représente -O- ; une liaison ; le groupe divalent -O-P(O)(OH)-X'- dans lequel X' est un atome d'oxygène ou une liaison ; ou le groupe divalent -O-Rιo-P(O)-X"- dans lequel Rio représente -(G2-O)rr où G2 est tel que défini pour Gi ci-dessus et n' est tel que défini pour n ci-dessus, de préférence n' est compris entre 2 et 6, et X" représente un atome d'oxygène ou une simple liaison ;
- R représente un radical (CrC20)alkyle, de préférence (CrCi8)alkyle, ou un radical (C6-C3o)aryle, ledit radical étant éventuellement substitué ; étant entendu que lorsque m représente 2, les deux groupes X-(GrO)n-R ne sont pas forcément identiques et si dans l'un de ces groupes Gi représente -O-Rιo-P(O)-X"- ou -O-P(O)(OH)-X'-, l'autre groupe X-(Gι-O)n-R ne contient pas de groupe -O-R10-P(O)-X"- ni de groupe -O-P(O)(OH)-X'-; • les agents stabilisants de formule (II) étant des composés de formule :
A-X"'— (K-O)n. — R' (||)
OH dans laquelle :
- A représente un groupe sulfonyle ou sulfinyle ;
- n' est un entier compris entre 0 et 15, avantageusement entre 1 et 12, de préférence entre 2 et 6 ;
- R' est tel que défini pour R ci-dessus :
- X'" représente -O- ou une liaison ; - K représente un radical (C2-C3)alkylène, de préférence un radical éthylène, • les agents stabilisants de formule (III) ayant pour formule :
Figure imgf000007_0001
dans laquelle :
- X, G-i, R et n sont tels que définis ci-dessus pour la formule I.
Dans le cadre de l'invention, on entend par colloïdes de forme oblongue des colloïdes de forme parallélépipédique (par exemple en forme de bâtonnet) ou de forme aciculaire.
Dans le cas des colloïdes de forme parallélépipédique, le diamètre équivalent est le diamètre qu'aurait le colloïde de forme aciculaire correspondant de même volume moyen (en nombre) et de même longueur moyenne (en nombre).
Le diamètre équivalent attribué à la section droite du colloïde aciculaire correspond au diamètre d'une section droite moyenne.
Les colloïdes de forme oblongue sont formés de colloïdes à structure apatitique faiblement agrégée. De façon générale, les colloïdes de forme oblongue présentent une longueur moyenne (en nombre) comprise entre 20 et 200 nm et un diamètre équivalent compris entre 0,01 et 50 nm, de préférence entre 0,01 et 20 nm.
Les colloïdes à structures apatitiques synthétisés sont de préférence des colloïdes de formule (I) dans laquelle x = 0, mieux encore des colloïdes de formule : Ca (PO4)6 (OH)2.
Plus précisément, on préfère que dans la formule (I), J représente OH", ou/et F". Il n'est pas nécessaire que tous les ions OH" soient remplacés par des ions F" mais seule une partie des ions OH" peut être remplacée par des ions F". De même, lorsque J est choisi parmi OH", F", CO3 2" et CI", il n'est pas nécessaire que tous les J soient identiques entre eux.
La stabilisation de la dispersion colloïdale est obtenue par action d'un agent stabilisant. L'agent stabilisant contribue non seulement à assurer la stabilisation de la dispersion mais également à contrôler la croissance des colloïdes à structure apatitique lors de la préparation de la dispersion aqueuse.
Les formes ionisées des composés de formule I, de formule II ou de formule III peuvent être obtenues par action d'une base, de préférence une base inorganique.
Comme exemple de base inorganique, on peut citer les bases de type hydroxyde de métal alcalin ou alcalino-terreux et hydroxyde d'ammonium.
Par alkylène on entend une chaîne hydrocarbonée aliphatique, linéaire ou ramifiée en C1-C18, de préférence en C1-C12.
Par alkyle, on entend un groupe aliphatique, linéaire ou ramifié, en C-1-C18, mieux encore en C-ι-Cι2.
Des exemples de radicaux alkyle sont les radicaux méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, butyle, isobutyle, t-butyle, pentyle, isopentyle, néopentyle, 2- méthylbutyle, 1-éthyl propyle, hexyle, isohexyle, néohexyle, 1-méthylpentyle, 3- méthylpentyle, 1 ,1-diméthylbutyle, 1 ,3-diméthylbutyle, 2-éthylbutyle, 1-méthyl-1- éthylpropyle, heptyle, 1-méthylhexyle, 1-propylbutyle, 4,4-diméthylpentyle, octyle, 1-méthylheptyle, 2-éthylhexyle, 5,5-diméthylhexyle, nonyle, décyle, 1- méthylnonyle, 3,7-diméthyloctyle et 7,7-diméthyloctyle.
Plus particulièrement, alkyle représente méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, butyle, t-butyle, pentyle, isopentyle, néopentyle, 2-méthylbutyle, 1- éthylpropyle, hexyle, isohexyle, néohexyle, 1-méthylpentyle, 3-méthylpentyle, 1 ,1-diméthylbutyle, 1 ,3-diméthylbutyle, 2-éthylbutyle et 1-méthyl-1-éthylpropyle.
De préférence, le radical alkyle comprend de 1 à 4 atomes de carbone.
Des exemples de groupes (C6-C3o)aryle sont notamment phényle, naphtyle, anthryle et phénanthryle.
Lorsque R représente (C C20)alkyle substitué ou (CrCι8)alkyle substitué, il est préférablement substitué par (C6-C3o)aryle. Lorsque R représente (C6- C30)aryle substitué, il est préférablement substitué par (C C2o)alkyle ou (d- Cιs)alkyle. Dans les formules (I), (II) et (III), on préfère que n, respectivement n', représente 3 ou 5 et G-i, respectivement K, représente éthylène.
Un sous-groupe particulièrement préféré d'agents stabilisants est constitué des composés de formule (V) :
Tι— O— (CH2— CH2— O)n— P(O)(OH)2 (V) éventuellement sous forme ionisée, formule dans laquelle :
- T1 est tel que défini pour R à la formule (I) ; et
- n est tel que défini à la formule (I).
De manière avantageuse, n représente un nombre entier de 2 à 12. Une signification préférée de aryle est phényle et lorsque T1 représente arylalkyle, T1 est de préférence phénylalkyle ou bien, lorsque T1 représente alkylaryle, T1 représente préférablement alkylphényle.
Plus préférablement encore, T1 représente hexyle, octyle, décyle, dodécyle, oléyle ou nonylphényle.
Un deuxième sous-groupè préféré d'agents stabilisants est constitué des composés de formule (Vl) :
Figure imgf000009_0001
éventuellement sous forme ionisée, formule dans laquelle :
- T2 et T3 sont tels que définis pour R à la formule (I) ; et
- n2 et n3, identiques ou différents, sont tels que définis pour n à la formule
(I).
De façon avantageuse, n2 et n3 sont identiques et compris entre 2 et 12.
De même, on préfère que T2 et T3 soient identiques. Là encore, une signification préférée de aryle est phényle ; une signification préférée de arylalkyle est phénylalkyle ; une signification préférée de alkylaryle est alkylphényle.
Plus préférablement encore, T2 et T3 sont choisis parmi hexyle, octyle, décyle, dodécyle, oléyle et nonylphényle.
Un troisième sous-groupe préféré d'agents stabilisants est constitué d'un mélange en toutes proportions de composés de formule V et de composés de formule VI. On peut citer comme exemple de ce type de composés amphiphiles ceux commercialisés sous les marques Lubrophos® et Rhodafac® par Rhodia, et notamment les produits ci-dessous :
- les poly-oxy-éthylène alkyl (Cβ-Cio) esters phosphates : par exemple Rhodafac® RA 600, dans lequel la partie polyoxyéthylene est constituée de 6 motifs oxyéthylène;
- les poly-oxy-éthylène tri-décyl ester phosphate : par exemple Rhodafac® RS 710 dans lequel la partie polyoxyéthylene est constituée de 10 motifs oxyéthylène, ou RS 410 dans lequel la partie polyoxyéthylene est constituée de 3 motifs oxyéthylène ;
- les poly-oxy-éthylène oléocétyl ester phosphate : par exemple Rhodafac® PA 35 dans lequel la partie polyoxyéthylene est constituée de 5 motifs oxyéthylène ;
- les poly-oxy-éthylène nonylphényl ester phosphate : par exemple Rhodafac® PA 17 dans lequel la partie polyoxyéthylene est constituée de 6 motifs oxyéthylène ;
- les poly-oxy-éthylène nonyl(ramifié) ester phosphate : par exemple Rhodafac® RE 610 dans lequel la partie polyoxyéthylene est constituée de 6 motifs oxyéthylène.
L'agent de stabilisation est généralement soit présent sous forme libre dans le milieu continu de la dispersion colloïdale, soit adsorbé ou lié à la surface des colloïdes, soit en interaction ionique avec les ions Ca2+ présents dans la phase continue de la dispersion.
Lorsque l'agent de stabilisation est sous forme libre dans la dispersion, celui-ci est sous forme acide ou sous forme ionisée.
Lorsque l'agent de stabilisation est en interaction avec l'ion Ca2+ présent dans la phase continue, il peut former des agrégats de phase lamellaire.
Lorsque l'agent de stabilisation est en interaction à la surface des colloïdes, il est en interaction forte, électrostatique et/ou complexante avec les ions minéraux présents en surface des colloïdes. Cette liaison forte peut être mise en évidence en montrant la présence de l'agent de stabilisation sur les colloïdes récupérés par ultracentrifugation des dispersions colloïdales et séchés température ambiante pendant une durée supérieure à 7 jours. Par RMN du H sur ces colloïdes, on observe des raies correspondant à des déplacements chimiques attribuables à l'agent de stabilisation.
La phase colloïdale (constituée des colloïdes) est majoritairement à structure apatitique telle que définie ci-dessus. Avantageusement, la structure apatitique représentent plus de 50% en poids de la phase colloïdale, préférablement plus de 75% en poids, mieux encore plus de 80%, par exemple plus de 85% en poids.
La phase colloïdale peut comprendre en outre d'autres structures, telles que Ca(H2P04)2; CaHPO ; CaHPO , 2H2O ou autre phase amorphe à base de calcium et de PO4 3", HPO4 2", H2PO4 " ou OH".
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le rapport molaire du calcium total présent dans la phase colloïdale au phosphore total présent dans la phase colloïdale varie entre 0,8 et 1 ,7, mieux encore entre 1 ,4 et 1 ,7.
De manière préférée, le rapport molaire de l'agent stabilisant au calcium dans la phase colloïdale varie entre 0,02 et 2, de préférence entre 0,02 et 1 ,0, mieux encore entre 0,05 et 0,8.
De manière particulièrement préférée, la phase colloïdale contient de 80 à 100% du calcium total, préférablement de 90 à 100%, mieux encore de 95 à 100%.
La concentration en calcium de la dispersion est facilement ajustable, selon l'invention, par élimination d'une partie de la phase aqueuse continue.
L'élimination d'une partie de la phase aqueuse peut être réalisée par ultrafiltration.
De manière préférée cependant, la dispersion colloïdale de l'invention présente une concentration supérieure à 0,25 M en calcium sous forme de colloïdes à structure apatitique, de préférence supérieure à 0,5 M, avantageusement supérieure à 1M, cette concentration pouvant atteindre 5M.
De façon avantageuse, la phase colloïdale contient de 60 à 100% du phosphore total (ions PO43', HPO4 2" et H2PO4 " totaux), préférablement de 80 à 100%, préférablement de 90 à 100%, mieux encore de 95 à 100% en poids.
Selon un mode préféré de l'invention, le pH de la dispersion colloïdale de l'invention varie entre 6 et 9,5, mieux encore entre 6,5 et 9. Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un procédé de préparation d'une dispersion colloïdale aqueuse stable, comprenant les étapes consistant à : a) mettre en contact, en solution aqueuse, une source de cations Ca2+, et une source d'anions PO4 3" et un agent stabilisant choisi parmi un composé de formule I, un composé de formule II et un composé de formule III, les formules I, Il et III étant telles que définies ci-dessus ou représentant un sel de l'un de ces composés avec un acide ou une base et un de leurs mélanges, à un pH compris entre 3,5 et 9,5, les quantités respectives de la source de Ca2+ et de la source d'anions PO 3" étant telles que le rapport molaire Ca2+/P varie entre 0,1 et 3, de préférence entre 0,2 et 2, la quantité d'agent stabilisant étant telle que le rapport molaire agent stabilisant/Ca varie entre 0,05 et 0,5, de préférence entre 0,08 et 0,4; b) laisser mûrir la solution ainsi obtenue à une température comprise entre 20 et 150° C jusqu'à obtention d'une dispersion colloïdale.
Par source de cations Ca2+, on entend un composé capable de libérer des ions Ca2+ en solution aqueuse.
Par source d'anions PO4 3", on entend un composé capable de libérer des ions PO4 3" en solution aqueuse.
Des exemples de source de cations Ca2+ sont l'hydroxyde de calcium, les oxydes de calcium, les sels de calcium hydrosolubles.
Des exemples de sels de calcium sont les sels ayant pour anion PF6 ", PCI6 ", BF4 ', BCI4", SbF6 ", BPh4 ", CIO4 ", CF3SO3" et plus généralement les carboxylates dérivés d'acides alkylcarboxyliques en C2-C-ιo et notamment l'acétate. D'autres sels sont les halogénures de calcium, l'hydrogénocarbonate de calcium et le nitrate de calcium. Parmi ces sels, ceux utilisables dans le cadre de l'invention sont ceux présentant une hydrosolubilité suffisante pour assurer la concentration souhaitée en Ca2+ en phase aqueuse.
De manière particulièrement préférée, la source de cations Ca2+ est choisie parmi l'hydroxyde de calcium, le chlorure de calcium, le fluorure de calcium, le nitrate de calcium, et l'hydrogénocarbonate de calcium. A titre d'exemple, la source d'anions PO 3" est le sel d'un anion PO4 3", le sel d'un anion HPO42" ou le sel d'un anion H2PO4" tel qu'un sel d'ammonium, ou un sel de métal alcalin.
D'autres sources de PO43" sont les sels des anions de type phosphate oligomère tels que les sels des polyphosphates (ou catena-polyphosphate) de formule générale :
[o- po3)n] <"+ 2> dans laquelle n varie de 2 à 10 (et notamment les sels de type tripolyphosphate) ou encore les sels de l'anion trimétaphosphate (PO3)33", ou les sels de l'anion pyrophosphate (P2θ )4'.
Comme source d'anions PO4 3", on peut également envisager d'utiliser l'acide H3PO4.
De façon avantageuse, lorsqu'on utilise comme source de Ca2+, un oxyde de calcium ou un hydroxyde de calcium, il est souhaitable de sélectionner l'acide phosphorique comme source de PO4 3".
L'étape suivante consiste à mélanger les deux solutions aqueuses, ce mélange étant mis en oeuvre de façon conventionnelle sous agitation.
La mise en présence de ces deux sources doit avoir lieu dans des conditions de pH bien déterminées pour conduire à la formation de colloïdes à structure apatitique recherchée : de façon générale, un pH compris entre 3,5 et 10,5, préférablement entre 6 et 9,5, mieux encore entre 5 et 9, convient bien.
Ainsi, de façon préférée, on procède à un ajustement préalable du pH des deux dispersions avant mélange.
Après mise en présence des deux sources en milieu aqueux, il peut donc s'avérer nécessaire d'ajuster à nouveau le pH du milieu aqueux par addition à ce milieu d'un acide ou d'une base, de préférence un acide ou une base minérale.
Les bases et acides utilisables sont ceux généralement utilisés dans la technique.
Comme bases utilisables, on peut citer NH4OH, KOH, NaOH, NaHCO3, Na2CO3, KHCO3 et K2CO3.
De manière préférée, on utilisera NH4OH ou NaOH. Des exemples d'acides utilisables sont notamment HCI, H2SO , H3PO ou HNO3. De manière préférée, on utilisera HNO3.
Pour l'ajustement du pH, un tampon opérant dans la gamme souhaitée peut être utilisé. On utilise de préférence un tampon assurant un pH de 6,5 à 9.
Comme exemple particulièrement préféré, on peut mentionner un tampon constitué d'une solution aqueuse de dihydrogénophosphate de potassium (0.025M) et d'hydrogénophosphate de sodium (0.025M), lequel assure un pH de 6,86 à 25°C.
La mise en contact des sources eu milieu aqueux peut être réalisée de façon quelconque.
De façon préférée, il est recommandé de préparer dans un premier temps une solution aqueuse de la source de Ca2+ d'une part et une solution aqueuse de la source de PO4 3" d'autre part. Les proportions relatives des composés utilisés respectivement comme source de Ca2+ et de PO4 3" sont calculées de façon à ce que le rapport molaire Ca/P soit compris entre 0,1 et 3, de préférence entre 0,2 et 2.
Le rapport molaire Ca/P tient compte de la totalité des cations Ca2+ introduits et de la totalité du phosphore introduit dans la solution, que le phosphore soit sous forme H3PO4, H2PO4 3", HPO4 2"ou PO4 3".
Puis l'agent stabilisant est ajouté soit à la solution aqueuse de Ca2+, soit à la solution aqueuse de PO4 3", soit aux deux solutions aqueuses, auquel cas la proportion respective d'agent stabilisant ajouté à chaque solution est quelconque.
La quantité d'agent stabilisant à ajouter au total est définie de façon à ce que le rapport molaire agent stabilisant/Ca varie entre 0,05 et 0,5, de préférence entre 0,08 et 0,4.
La quantité d'agent stabilisant utilisé joue sur les dimensions des colloïdes finalement obtenues.
De façon avantageuse, après mélange, la concentration en cations Ca2+ dans la solution est comprise entre 0,1 M et 1M, de préférence entre 0,1 M et 0,5M; et la concentration en ions PO4 3", HPO42" et H2PO4 " totaux varie entre 0.05M et 2M, de préférence entre 0,15M et 1M.
La mise en contact de la source de Ca2+ et de la source de PO4 3" a généralement lieu à température ambiante, par exemple entre 15 et 30° C. En vue de préparer des colloïdes dans lesquels certains des cations calcium sont remplacés par des cations métalliques, il est nécessaire d'ajouter au milieu réactionnel une ou plusieurs sources desdits cations métalliques. Des sources appropriées sont constituées par les hydroxydes de ces métaux ou des sels de ces métaux, tels que les halogénures ou des nitrates.
Dans le cas où le cation métallique est le cation d'un lanthanide, il est préférable d'ajouter un sel dudit lanthanide à la solution réactionnelle, tel qu'un chlorure ou un nitrate. On ajoutera par exemple ce sel à la solution de la source de calcium avant son mélange à la source de PO43'.
L'étape b) du procédé de l'invention est une étape de mûrissement pendant laquelle on laisse le mélange des deux solutions au repos ou sous agitation, le temps nécessaire pour observer la formation de colloïdes.
Cette étape de mûrissement peut être conduite à température ambiante (15-30° C) ou à une température supérieure, à savoir jusqu'à 150° C. Ainsi, de façon générale, la température est fixée à cette étape entre 15 et 150° C, mieux encore entre 40 et 100° C.
L'étape de mûrissement est préférablement mise en œuvre dans une enceinte fermée.
La dispersion, conditionnée en enceinte fermée, peut être mise directement dans une étuve préalablement amenée à la température de consigne ou subir une rampe de température jusqu'à la température de consigne, la vitesse de montée en température variant préférablement entre 0,1° C/min et 10° C/min.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le mûrissement est réalisé à diverses températures.
De manière préférée, une première phase du mûrissement est mise en œuvre à une première température comprise entre 20 et 95° C, et une deuxième phase de mûrissement est mise en œuvre à une seconde température, ladite seconde température étant également comprise entre 20 et 95° C.
De façon avantageuse, ladite seconde température est inférieure à ladite première température.
Le temps de mûrissement varie en fonction des conditions opératoires et plus particulièrement de la température. Habituellement, le temps de mûrissement varie entre 10 min et 24 heures, par exemple entre 30 min et 18 heures.
La phase continue de la dispersion colloïdale peut contenir différentes espèces telles que NH +, Na\ K+, CI", NO3 " et SO4 2". Ces ions proviennent soit des sources de calcium et de PO4 3", soit des acides et des bases minérales utilisés pour les ajustements de pH.
La phase continue de la dispersion colloïdale peut également contenir des agents de stabilisation sous forme neutre ou sous forme ionisée, non en interaction avec la surface des colloïdes, c'est-à-dire totalement libre, ou bien en interaction avec les ions Ca2+ présents dans la phase continue.
Il est difficile d'éviter la présence d'espèces calciques ou phosphorées diverses au sein de la phase continue aqueuse ou au côté des colloïdes à structure apatitique ainsi que la présence d'agent stabilisant, de telle sorte qu'il peut être nécessaire de procéder à une purification, par exemple par lavage de la dispersion.
Ce lavage peut être mis en oeuvre de façon conventionnelle en soi, par ultrafiltration ou dialyse.
L'ultrafiltration peut être effectuée notamment sous air ou sous atmosphère d'air et d'azote ou encore sous azote. Elle se déroule de préférence avec une eau dont le pH est ajusté au pH de la dispersion.
Le cas échéant, on peut alors également procéder à une concentration de la dispersion par élimination d'une partie de la phase continue. La technique la plus appropriée pour ce faire est la technique d'ultrafiltration.
On peut également effectuer un post-ajustement du pH après le lavage et la concentration par ultrafiltration. Ce pH final peut être compris avantageusement entre 6 et 8,5.
La taille des colloïdes peut être déterminée par comptage photométrique à partir d'une analyse par METHR (Microscopie Electronique par Transmission à Haute Résolution). La structure des colloïdes et notamment leur degré plus ou moins important d'agrégation peut être déterminé par cryo-microscopie électronique à transmission en suivant la méthode Dubochet. La longueur moyenne (en nombre) des colloïdes de forme oblongue varie entre 20 et 200 nm et leur rapport d'aspect équivalent (rapport de la longueur moyenne (en nombre) au diamètre équivalent) varie entre 5 et 500.
L'un des avantages de l'invention est la faible agrégation des particules colloïdales entre elles.
Les dispersions colloïdales de l'invention sont utilisables dans de multiples applications, telles quelles, ou après isolement et empilement et cohésion des colloïdes à structure apatitique pour former par exemple des matériaux poreux.
Les dispersions colloïdales de l'invention peuvent également être utilisées après préparation d'une émulsion par addition d'une phase huileuse.
Des exemples d'application des colloïdes et matériaux poreux sont la séparation et la purification des protéines, l'utilisation dans des prothèses et l'utilisation dans des systèmes de libération prolongée.
Dans le domaine pharmaceutique, les colloïdes d'hydroxyapatite obtenus sont utilisables dans le traitement de l'ostéoporose, des crampes, des colites, des fractures osseuses, de l'insomnie, ainsi qu'en hygiène dentaire.
Les colloïdes d'hydroxyapatite peuvent être également utilisés dans la préparation de films d'hydroxyapatite, de matériaux absorbants à haute surface spécifique et à haut volume poreux, de matériaux d'encapsulation et de matériaux catalytiques, mais également dans le domaine de la luminescence.
Les colloïdes des dispersions aqueuses de l'invention peuvent être isolés simplement par ultracentrifugation. Ces colloïdes peuvent présenter, liés ou adsorbés, à leur surface, une certaine quantité d'agent stabilisant. La quantité d'agent stabilisant présente peut être déterminée par dosage chimique. Le rapport molaire de l'agent stabilisant au calcium du colloïde varie généralement entre 0,02 et 2, de préférence entre 0,05 et 0,8.
La détermination du pourcentage massique de Ca des colloïdes est réalisée à partir des colloïdes isolés par centrifugation et séchés à température ambiante pendant 7 jours, de la manière suivante.
Les colloïdes séchés sont mis en solution par attaque micro ondes par HNθ3/HF/H2O2. Le dosage de Ca est alors réalisé par spectroscopie d'émission atomique par plasma induit (ICP/AES Inductive Coupled Plasma) sur un appareil Jobin Yvon Ultima. Le principe est une excitation des atomes dans un plasma argon, avec émission des photons de longueurs d'ondes différentes. Un spectromètre à réseau permet la séparation des longueurs d'ondes et la détection est opérée par un photo multiplicateur. Le pourcentage massique en carbone présent dans les colloïdes récupérés par ultracentrifugation et séchés à température ambiante pendant 7 jours est déterminé de façon conventionnelle par microanalyse élémentaire en utilisant un appareil LECO CS-044. On réalise l'oxydation en présence de catalyseur du produit dans un four à induction sous balayage d'oxygène. On réalise la détection et l'intégration des pics CO2 par infrarouge.
On détermine ainsi, à partir de ces analyses, un rapport massique expérimental C/Ca, et par calcul, le rapport molaire "agent de stabilisation/Ca" des colloïdes.
Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne des colloïdes de structure apatitique redispersables dans l'eau pouvant être obtenus par mise en œuvre des étapes consistant à : a - préparer une dispersion colloïdale aqueuse par mise en œuvre du procédé de l'invention tel que décrit ci-dessus ; b - isoler les colloïdes de la dispersion colloïdale aqueuse obtenue à l'étape précédente.
L'isolement des colloïdes de la dispersion colloïdale peut être réalisé de façon connue en soi, et par exemple par simple evaporation à température ambiante de la phase continue ou par ultracentrifugation. Les colloïdes isolés après ultracentrifugation ou evaporation de la phase continue se présentent sous la forme de pâte ou de solide éventuellement pulvérulent.
L'évaporation de la phase continue peut se faire par mise en œuvre de techniques classiques connues de l'homme du métier, par exemple à température ambiante ou à des températures supérieures à 100° C.
Les colloïdes ainsi obtenus sont redispersables dans l'eau.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la dispersion résultante présente une concentration supérieure à 0.25M en calcium sous forme de colloïdes à structure apatitique, de préférence supérieure à 0,5M, avantageusement supérieure à 1M. De préférence, le rapport molaire du calcium au phosphore varie également dans les colloïdes entre 0,8 et 1 ,7.
L'invention est plus précisément décrite ci-dessous en référence à des modes de réalisation particuliers de l'invention.
Chacun des exemples ci-dessous illustre la préparation de dispersions aqueuses de colloïdes d'hydroxyapatite.
Dans la suite, M désigne la masse moléculaire.
EXEMPLE 1
Une solution contenant l'ion Ca2+ et un agent amphiphile est préparée par addition de 13,2 g de CaCI2 , 2H2O (M = 147 g) soit 0,09 mole à dissoudre dans 250 cm3 d'eau déminéralisée. On additionne ensuite sous agitation à température ambiante 18,12 g d'agent amphiphile Rhodafac PA 35 (M = 806 g) soit 0,0225 mole et on additionne de l'eau déminéralisée qsp 270 cm3. La solution obtenue est alors mise à pH 7 avec une solution aqueuse 1M de NH4OH.
Une solution de phosphate d'ammonium est préparée avec 23,76 g de di- ammonium hydrogénophosphate ( M = 132 g) , soit 0,18 mole . On additionne de l'eau déminéralisée qsp 60 cm3 et on met sous agitation. On ajuste le pH à 7 avec de l'acide nitrique.
On additionne la solution de phosphate dans la solution de calcium sous agitation à température ambiante. On réajuste à pH 7 avec une solution aqueuse 1 M de NH4OH. Le mélange possède un rapport molaire Ca/P de 0,5 et un rapport molaire PA 35 / Ca de 0,25.
Le mélange est mis sous agitation pendant une heure , transféré dans un flacon hermétique, puis subit un traitement thermique par maintien dans une étuve préalablement mise en température à 50°C . Le traitement thermique dure 16 heures. On obtient une dispersion colloïdale.
La dispersion colloïdale est lavée par ultrafiltration par passage sur une membrane de 3 KD. Le lavage est réalisé avec un volume d'eau déminéralisée égal à 4 fois le volume de dispersion. Le dosage de la dispersion ultrafiltrée indique 6,55 g/l en Ca et un rapport molaire (Ca:P) = 0,94 et un rapport molaire (PA35 :Ca) = 0,08. EXEMPLE 2
Une solution contenant l'ion Ca2+ et un agent amphiphile est préparée par addition de 13,2 g de CaCI2 , 2H2O (M = 147 g) soit 0,09 mole à dissoudre dans 250 cm3 d'eau déminéralisée. On additionne ensuite sous agitation à température ambiante 7,15 g d'agent amphiphile Rhodafac PA 35 (M = 806 g) soit 0,009 mole et additionne de l'eau déminéralisée qsp 270 cm3. La solution obtenue est alors mise à pH 8,5 avec une solution aqueuse 1M de NH4OH.
Une solution de phosphate d'ammonium est préparée avec 23,76 g de di- ammonium hydrogénophosphate ( M= 132 g) , soit 0,18 mole. On additionne de l'eau déminéralisée qsp 60 cm3 et on met sous agitation. On ajuste le pH à 8,5 avec de l'acide nitrique.
On additionne la solution de phosphate dans la solution de calcium sous agitation à température ambiante. On observe une diminution du pH . On réajuste à pH 8,5 avec une solution aqueuse 1 M de NH4OH. Le mélange possède un rapport molaire (Ca/P) = 0,5 et (PA 35 / Ca) = 0,1.
Le mélange est mis sous agitation pendant une heure, transféré dans un flacon hermétique, puis subit un traitement thermique par maintien dans une étuve préalablement mise en température à 95°C . Le traitement thermique dure 16 heures. On obtient une dispersion colloïdale.
La dispersion colloïdale est lavée par ultra-filtration par passage sur une membrane de 3 KD. Le lavage est réalisé avec un volume d'eau déminéralisée égal à 4 fois le volume de dispersion.
Par Cryo-microscopie électronique à transmission, on observe des colloïdes à morphologie anisotrope. Les objets sont de forme bâtonnets de longueur moyenne d'environ 50 nm et de diamètre équivalent d'environ 10 nm.
Après ultracentrifugation à 50 000 t/ min pendant 4 heures d'un aliquote de la dispersion ultrafiltrée, on recueille un culot que l'on sèche à température ambiante.
Par RMN 31 P sous rotation à l'angle magique en simple impulsion et en polarisation croisée effectué sur le culot séché, on observe un pic majoritaire correspondant à un déplacement chimique vers 3 ppm attribué à l'hydroxy- apatite . Cette phase hydroxyapatite correspond environ à 80% du produit. On observe également un pic vers 0 ppm correspondant à une phase non identifiée. Par RMN du proton en simple impulsion, on met en évidence des protons appartenant à des chaînes organiques de l'agent amphiphile utilisé. Par diffraction RX effectué sur le culot, on observe une raie mal définie attribuable à l'hydroxyapatite.
EXEMPLE 3
Une solution contenant l'ion Ca2+ et un agent amphiphile est préparée par addition de 13,2 g de CaCI2 , 2H2O (M = 147 g) soit 0,09 mole à dissoudre dans 250 cm3 d'eau déminéralisée. On additionne ensuite sous agitation à température ambiante 26,78 g d'agent amphiphile Rhodafac PA 35 (M = 806 g) soit 0,033 mole et on additionne de l'eau déminéralisée qsp 270 cm3. La solution obtenue est alors mise à pH 8,5 avec une solution aqueuse 1 M de NH4OH.
Une solution de phosphate d'ammonium est préparée avec 11 ,88 g de di- ammonium hydrogénophosphate ( M= 132 g) , soit 0,09 mole. On additionne de l'eau déminéralisée qsp 60 cm3 et on met sous agitation. On ajuste le pH à 8,5 avec de l'acide nitrique.
On additionne la solution de phosphate dans la solution de calcium sous agitation à température ambiante. On observe une diminution du pH. On réajuste à pH 8,5 avec une solution aqueuse 1 M de NH4OH. Le mélange possède un rapport molaire (Ca/P) = 1 ,0 et (PA 35 / Ca) = 0,37.
Le mélange est mis sous agitation pendant une heure, transféré dans un flacon hermétique, puis subit un traitement thermique par maintien dans une étuve préalablement mise en température à 50°C. Le traitement thermique dure 16 heures. On obtient une dispersion colloïdale. La dispersion colloïdale est lavée par ultrafiltration par passage sur une membrane de 3 KD. Le lavage est réalisé avec un volume d'eau déminéralisée égal à 4 fois le volume de dispersion.
Après ultracentrifugation à 50 000 V min pendant 4 heures, on recueille un culot que l'on sèche à température ambiante.
Par RMN 3 P sous rotation à l'angle magique en simple impulsion et en polarisation croisée, on observe un pic majoritaire correspondant à un déplacement chimique vers 3 ppm attribué à l'hydroxyapatite. Cette phase hydroxyapatite correspond environ à 80% du produit. On observe également un pic vers 0 ppm attribué au DCPA ( phosphate dicalcique anhydre).
Par RMN du proton en simple impulsion, on met en évidence des protons appartenant à des chaînes organiques de l'agent amphiphile utilisé.
EXEMPLE 4
Une solution contenant l'ion Ca2+ et un agent amphiphile est préparée par addition de 44 g de CaCI2 , 2H2O (M = 147 g) soit 0,3 mole à dissoudre dans 833 cm3 d'eau déminéralisée. On additionne ensuite sous agitation à température ambiante 89,2 g d'agent amphiphile Rhodafac PA 35 (M = 806 g) soit 0,11 mole et on additionne de l'eau déminéralisée qsp 900 cm3. La solution obtenue est alors mise à pH 8,0 avec une solution aqueuse 1 M de NH4OH.
Une solution de phosphate d'ammonium est préparée avec 79,2 g de di- ammonium hydrogénophosphate (M = 132 g), soit 0,6 mole. On additionne de l'eau déminéralisée qsp 200 cm3 et on met sous agitation. On ajuste le pH à 8,0 avec de l'acide nitrique.
On additionne la solution de phosphate dans la solution de calcium sous agitation à température ambiante. On observe une diminution du pH . On réajuste à pH 8,0 avec une solution aqueuse 1 M de NH4OH. Le mélange possède un rapport molaire (Ca/P) = 0,5 et (PA 35 / Ca) = 0,37.
Le mélange est mis sous agitation pendant une heure, transféré dans un flacon hermétique, puis subit un traitement thermique par maintien dans une étuve préalablement mise en température à 50°C . Le traitement thermique dure 16 heures. On obtient une dispersion colloïdale.
La dispersion colloïdale est lavée par ultrafiltration par passage sur une membrane de 3 KD. Le lavage est réalisé avec un volume d'eau déminéralisée égal à 4 fois le volume de dispersion.
Par cryomicroscopie électronique à transmission, on observe des objets à morphologie anisotrope, de type bâtonnets. La longueur moyenne des bâtonnets est d'environ 60 nm et le diamètre équivalent est d'environ 5 nm.
Par mesures électrophorétiques, on montre qu'à pH 8 la charge de surface est négative et que le potentiel zêta est égal à pH 2 .
Après ultracentrifugation à 50 000 t/ min pendant 4 heures, on recueille un culot que l'on sèche à température ambiante.
Par RMN 31 P sous rotation à l'angle magique en simple impulsion et en polarisation croisée, on observe un pic majoritaire correspondant à un déplacement chimique vers 3 ppm attribué à l'hydroxyapatite. Cette phase hydroxyapatite correspond environ à 80% du produit. On observe également un pic vers 0 ppm correspondant à une phase non identifiée.
Par RMN du proton en simple impulsion , on met en évidence des protons appartenant à des chaînes organiques de l'agent amphiphile utilisé.
Sur un aliquote de la dispersion, on sèche à température ambiante pendant plusieurs jours. Le produit séché est alors repris par un volume d'eau jusqu'à un volume correspondant au volume de la dispersion initiale avant séchage. Le produit est redispersable et on obtient de nouveau une dispersion colloïdale.
EXEMPLE 5
Une solution contenant l'ion Ca2+ et un agent amphiphile est préparée par addition de 13,2 g de CaCI2 , 2H O (M = 147 g) soit 0,09 mole à dissoudre dans 250 cm3 d'eau déminéralisée. On additionne ensuite sous agitation à température ambiante 26,78 g d'agent amphiphile Rhodafac PA 35 (M = 806 g) soit 0,033 mole et on additionne de l'eau déminéralisée qsp 270 cm3. La solution obtenue est alors mise à pH 8,5 avec une solution aqueuse 1 M de NH4OH.
Une solution de phosphate d'ammonium est préparée avec 7,92 g de diammonium hydrogénophosphate ( M = 132 g), soit 0,06 mole. On additionne de l'eau déminéralisée qsp 60 cm3 et on met sous agitation. On ajuste le pH à 8,5 avec de l'acide nitrique.
On additionne la solution de phosphate dans la solution de calcium sous agitation à température ambiante. On observe une diminution du pH. On réajuste à pH 8,5 avec une solution aqueuse 1 M de NH4OH. Le mélange possède un rapport molaire (Ca/P) = 1 ,5 et (PA 35 / Ca) = 0,37.
Le mélange est mis sous agitation pendant une heure, transféré dans un flacon hermétique, puis subit un traitement thermique par maintien dans une étuve préalablement mise en température à 95°C. Le traitement thermique dure 16 heures. On obtient une dispersion colloïdale.
La dispersion colloïdale est lavée par ultrafiltration par passage sur une membrane de 3 KD. Le lavage est réalisé avec un volume d'eau déminéralisée égal à 4 fois le volume de dispersion . Après ultracentrifugation à 50 000 M min pendant 4 heures, on recueille un culot que l'on sèche à température ambiante.
Par RMN 31 P sous rotation à l'angle magique en simple impulsion et en polarisation croisée, on observe un pic majoritaire correspondant à un déplacement chimique vers 3 ppm attribué à l'hydroxyapatite . Cette phase hydroxyapatite correspond environ à 80% du produit. On observe également un pic vers 0 ppm correspondant à une phase non identifiée.
Par RMN du proton en simple impulsion, on met en évidence des protons appartenant à des chaînes organiques de l'agent amphiphile utilisé.
EXEMPLE 6
Une solution A contenant l'ion Ca2+ et un agent amphiphile est préparée par addition de 13,2 g de CaCI2 , 2H2O (M = 147 g) soit 0,09 mole à dissoudre dans 200 cm3 d'eau déminéralisée. On additionne ensuite sous agitation à température ambiante 16,5 g d'agent amphiphile Rhodafac RS 410 (M = 569 g) soit 0,029 mole et on additionne de l'eau déminéralisée qsp 220 cm3. La solution obtenue est alors mise à pH 8,5 avec une solution aqueuse 1 M de NH OH. On additionne de l'eau déminéralisée q.s.p. 270 cm3.
Une solution B de phosphate d'ammonium est préparée avec 11 ,88 g de diammonium hydrogénophosphate (M = 132 g) , soit 0,09 mole. On additionne de l'eau déminéralisée qsp 40 cm3 et on met sous agitation. On ajuste le pH à 8,5 avec une solution aqueuse 1 N d'acide nitrique. On additionne de l'eau déminéralisée q.s.p. 60 cm3 et on met sous agitation.
On additionne les 60 cm3 de la solution B de phosphate ainsi préparée dans un aliquote de 90 cm3 de la solution A de calcium sous agitation à température ambiante. On observe une diminution du pH . On réajuste à pH 8,5 avec une solution aqueuse 1 M de NH4OH. Le mélange possède un rapport molaire (Ca/P) = 0,33 et (PA 35 / Ca) = 0,32.
Le mélange est mis sous agitation pendant une heure, transféré dans un flacon hermétique, puis subit un traitement thermique par maintien dans une étuve préalablement mise en température à 50°C. Le traitement thermique dure 16 heures. On obtient une dispersion colloïdale. EXEMPLE 7
On prépare une solution A en additionnant 0,44 g de CaCI2, 2H2O ( soit 3 millimoles) dans 30 cm3 d'eau. On ajoute 0,780 g de Rhodafac PA 35 ( soit 1 millimole). Le pH est égal à 2. On ajuste à pH 7 avec une solution aqueuse 1 M de NH4OH.
On prépare une solution B avec 20 cm3 d'une solution aqueuse 0.25M de (NH4)2HPO4 (soit 5 millimoles) pré-ajusté à pH 7.
On additionne de manière instantanée à température ambiante et sous agitation la solution A dans la solution B et on complète sous agitation à 60 cm3 par de l'eau distillée de manière à obtenir Ca +=0,05 M.
Le rapport molaire ( PA35:Ca) = (0,32:1 ) .
Le rapport molaire (Ca:P) =(1 : 1,66)
On porte à 95°C pendant 16 heures.
On obtient une dispersion colloïdale
Par cryo-MET, on observe des colloïdes aciculaires de longueur moyenne 150 nm, de diamètre 5 nm parfaitement individualisés.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la dispersion colloïdale est préparée par le procédé en deux étapes de l'invention dans lequel lors de la première étape la mise en contact de la source de Ca2+ et de la source de PO4 3" est réalisée par mélange d'une solution aqueuse d'une source de PO4 3" présentant un pH entre 6,5 et 9, à une solution aqueuse d'une source de Ca2+ contenant l'agent stabilisant et présentant un pH entre 6,5 et 9

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispersion colloïdale aqueuse stable de colloïdes à structure apatitique, présentant un pH compris entre 3,5 et 9,5, de forme oblongue d'une longueur moyenne comprise entre 20 et 200 nm et d'un rapport d'aspect équivalent (rapport de la longueur moyenne au diamètre équivalent) compris entre 5 et 500, et comprenant à titre d'agent stabilisant un composé de formule I, un composé de formule II ou un composé de formule III tels que définis ci-dessous, éventuellement sous forme ionisée ou un mélange de ces composés, lesdits colloïdes à structure apatitique ayant pour formule :
Ca10.x (HPO4)x (PO4)6-x (J)2-x (IV) dans laquelle :
- x est choisi parmi 0, 1 ou 2 ;
- J est choisi parmi OH", F", CO3 2" ou CI" ; et dans laquelle certains ions phosphates (PO4 3") ou hydrogénophosphates
(HPO42") peuvent être remplacés par des ions carbonates (CO3 2') ; et dans laquelle certains cations Ca2+ peuvent être remplacés par des cations métalliques Mn+ de métaux alcalins, alcalino-terreux ou de lanthanide où n représente 1 , 2 ou 3, étant entendu que le rapport molaire du cation Mn+ à Ca2+, lorsque Mn+ est présent, varie entre 0,01 :0,99 et 0,25:0,75, et que la substitution d'ions HPO42" ou d'ions PO43" par des ions CO3 2', l'incorporation d'ions CO3 2" en tant que J et la substitution de cations Ca2+ par des cations métalliques est réalisée de manière à satisfaire l'équilibre électronique.
• les agents stabilisants de formule (I) étant des composés de formule :
Figure imgf000027_0001
dans laquelle :
- p représente 0 ou 1 ;
- m représente 2 lorsque p représente 0 et m représente 1 lorsque p représente 1 ; - n est un entier compris entre 0 et 15 avantageusement entre 1 et 12, de préférence entre 2 et 6 ;
- Gi représente un radical (C2-C3)alkylène, de préférence un radical éthylène ;
- X représente -O- ; une liaison ; le groupe divalent -O-P(O)(OH)-X'- dans lequel X' est un atome d'oxygène ou une liaison ; ou le groupe divalent -O-Rιo-P(O)-X"- dans lequel Rio représente -(G2-O)n- où G2 est tel que défini pour Gi ci-dessus et n' est tel que défini pour n ci-dessus, de préférence n' est compris entre 2 et 6, et X" représente un atome d'oxygène ou une simple liaison ;
- R représente un radical (Cι-C2o)alkyle ou un radical (C6-C3o)aryle, ledit radical étant éventuellement substitué et représentant par exemple (Cr C2o)alkyl-(C6-C3o)aryle ; ou (C6-C3o)aryl-(Cι-C2o)alkyle, étant entendu que lorsque m représente 2, les deux groupes X-(GrO)n-R ne sont pas forcément identiques et si dans l'un de ces groupes Gi représente -O-R10-P(O)-X"- ou -O-P(O)(OH)-X'-, l'autre groupe X-(G O)n-R ne contient pas de groupe -O-Rι0-P(O)-X"- ni de groupe -O-P(O)(OH)-X'- ; • les agents stabilisants de formule (II) étant des composés de formule :
A-X"'— (K-O)n' — R' (II)
OH dans laquelle :
- A représente sulfonyle ou sulfinyle ;
- n' est un entier compris entre 0 et 15, avantageusement entre 1 et 12, de préférence entre 2 et 6 ;
- R' est tel que défini pour R ci-dessus :
- X'" représente -O- ou une liaison ;
- K représente un radical (C2-C3)alkylène, de préférence un radical éthylène, • les agents stabilisants de formule (III) ayant pour formule :
Figure imgf000029_0001
dans laquelle :
- X, Gi, R et n sont tels que définis ci-dessus pour la formule I.
2. Dispersion colloïdale selon la revendication 1 , caractérisée en ce que x représente 0.
3. Dispersion colloïdale selon la revendication 1 , formée de colloïdes d'apatite de formule Caι0(PO4)6 (OH)2.
4. Dispersion colloïdale selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 présentant une concentration supérieure à 0.25M en calcium sous forme de colloïdes à structure apatitique, de préférence supérieure à 0,5M.
5. Dispersion colloïdale selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'agent stabilisant est un composé de formule (V) :
Ti— O— (CH2— CHz— O)n— P(O)(OH)2 (V)
éventuellement sous forme ionisée, formule dans laquelle T1 est tel que défini pour R à la revendication 1 ; et n est tel que défini à la revendication 1.
6. Dispersion colloïdale selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'agent stabilisant est un composé de formule (VI) :
Figure imgf000029_0002
éventuellement sous forme ionisée, formule dans laquelle T2 et T3, identiques ou différents, sont tels que définis pour R à la revendication 1 ; et n2 et n3, identiques ou différents, sont tels que définis pour n à la revendication 1.
7. Dispersion colloïdale selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'agent stabilisant est constitué d'un composé de formule (V) et d'un composé de formule (VI).
8. Dispersion colloïdale selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le rapport molaire de l'agent stabilisant au calcium dans la phase colloïdale varie entre 0,02 et 2, de préférence entre 0,05 et 0,8.
9. Procédé de préparation d'une dispersion colloïdale aqueuse stable, comprenant les étapes consistant à : a) mettre en contact, en solution aqueuse, une source de cations Ca2+ et une source d'anions PO4 3", et un agent stabilisant choisi parmi un composé de formule I, un composé de formule II et un composé de formule III, les formules I, Il et III étant telles que définies à la revendication 1 ou représentant un sel de l'un de ces composés avec un acide ou une base et un de leurs mélanges, à un pH compris entre 3,5 et 9,5, la quantité de source de Ca2+ et d'anions PO4 3" étant telle que le rapport molaire Ca2+/P varie entre 0,1 et 3, de préférence entre 0,2 et 2, la quantité d'agent stabilisant étant telle que le rapport molaire agent stabilisant Ca varie entre 0,05 et 0,5, de préférence entre 0,08 et 0,4 ; b) laisser mûrir la solution ainsi obtenue à une température comprise entre 20 et 150° C jusqu'à obtention d'une dispersion colloïdale.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la température est maintenue entre 40 et 100° C à l'étape b).
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la solution obtenue à l'issue de l'étape b) est concentrée par ultrafiltration.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11 , caractérisé en ce qu'à l'étape a), la mise en contact de la source de Ca2+ et de la source de PO4 3" est réalisée par mélange d'une solution aqueuse d'une source de PO 3" présentant un pH entre 6,5 et 9, à une solution aqueuse d'une source de Ca2+ contenant l'agent stabilisant et présentant un pH entre 6,5 et 9.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la source de calcium est choisie parmi du nitrate de calcium, du chlorure de calcium, du fluorure de calcium, de l'hydrogénocarbonate de calcium et de l'hydroxyde de calcium.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que la source de PO43" est choisie parmi les sels des anions PO43", H2PO4" ou HPO4 2", tels que les sels de métaux alcalins, et les sels d'ammonium.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que la mise en contact de la source de cations Ca2+ avec la source d'anions PO43" est réalisé à un pH compris entre 6 et 9,5, mieux encore entre 6,5 et 9.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisé en ce qu'après mise en contact, la concentration en calcium est comprise entre 0,1 M et 1M, de préférence entre 0,1 M et 0,5M.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, caractérisé en ce qu'après mise en contact, la concentration en ions PO4 3", HPO4 2" et H2PO4 " totaux varie entre 0,05 et 2 M, de préférence entre 0,15 M et 1 M.
18. Colloïdes de structure apatitique redispersables dans l'eau pouvant être obtenus par mise en œuvre des étapes consistant à : a - préparer une dispersion colloïdale aqueuse par mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 17 ; b - isoler les colloïdes de la dispersion colloïdale résultant de l'étape a).
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