СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНОГО ТРИКАЛЬЦИЙФОСФАТА Российский патент 2013 года по МПК C01B25/32 

Изобретение относится к химической и медицинской промышленности и может быть использовано в производстве исходного биосовместимого материала, пригодного для изготовления в стоматологии имплантов, при протезировании, пломбировании зубов и др. Аморфный трикальцийфосфат (АФК), имеющий формулу Ca₃(PO₄)₂, относится к основной области системы CaO-P₂O₅-H₂O и является промежуточным продуктом при образовании кристаллического дефектного гидроксилапатита кальция (КДГАК), состав которого соответствует формуле Ca_10-x(PO₄)_6-x(OH)_2-x, где 0<x<2, КДГАК является производным от стехиометрического гидроксилапатита кальция (СГАК), состав которого описывается формулой Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂.

Синтез индивидуальных веществ в системе CaO-P₂O₅-H₂O зависит от условий проведения процесса (среда, температура, концентрация реагентов, соотношение CaO/P₂O₅ мольное и т.п.) и характеризуется образованием целого ряда соединений (Ca(H₂PO₄)₂, CaHPO₄·2H₂O, Ca₁₀(OH)₂(PO₄)₆, АФК и т.д.

АФК, как правило, получают путем взаимодействия солей кальция и фосфорной кислоты в водно-аммиачной среде, однако в чистом виде получить его крайне сложно, поскольку он достаточно быстро переходит в КДГАК.

Известен способ получения АФК при смешении растворов диаммонийфосфата и нитрата кальция. Смесь при барботировании аргоном выдерживали при рН 11 в течение 48 часов при комнатной температуре (J.Amer. Ceram. Soc. 1989, 72, №8, 1476-1478). Однако, несмотря на сложность технологии, указанный способ не позволяет получить АФК в чистом виде без примесей других побочно образующихся фосфатов кальция, например КДГАК. Для использования АФК в качестве импланта костной ткани он не должен содержать примеси КДГАК и ДДФ.

Известен способ получения АФК путем растворения оксида кальция в воде с последующим взаимодействием образовавшегося гидроксида кальция с ортофосфорной кислотой, отделением осадка фильтрованием и сушкой продукта. Ортофосфорную кислоту добавляют до конечного рН реакционной смеси, равного 6,5-8,0, а полученный осадок высушивают при температуре 20-30°С. Получают продукт типа дентина (патент RU 2098350).

Известен также способ получения АФК, пригодного для биоактивной керамики.

Способ включает приготовление водной суспензии гидроокиси кальция с фосфорной кислотой, приливаемой по каплям при рН 7,3-8,0 с последующим фильтрованием и высушиванием полученного продукта («Le//Jntereeram", 1989, 38, №2, 22-23). Недостатком указанных способов является образование наряду с АФК примесей других фосфатов (гидроксилапатит Ca₁₀(OH)₂(PO₄)₆ и дигидрат дикальцийфосфата CaHPO₄·2H₂O). Кроме того, выход АФК недостаточен.

Известен способ приготовления аморфного фосфата кальция, стабилизированного фосфопептидом, включающий получение раствора, содержащего фосфопептид, смешивание растворов, содержащих ионы кальция, ионы фосфора и ионы гидроокиси при поддержании рН ниже 7,0, при постоянном перемешивании (патент RU 2404738). Недостаток указанного способа - получение АФК в смеси с другими фосфатами, в основном КДГАК.

Наиболее близким способом к предлагаемому является способ получения трикальцийфосфата путем взаимодействия солей кальция и динатрийфосфата в присутствии избытка аммиака в течение 2-х часов при температуре 18-19°С с последующей фильтрацией, промывкой от ионов хлора и сушкой полученного осадка (авт. св. СССР 222334 - прототип). К числу недостатков способа-прототипа следует отнести то, что полученный фосфат кальция содержит до 60 мас.% КДГАК, а также до 6 мас.% дигидрата дикальцийфосфата CaHPO₄·2H₂O, что мешает его использованию в медицине из-за раздражающего воздействия на кожу человека. Кроме того, полученный трикальцийфосфат загрязнен ионами натрия. С целью получения трикальцийфосфата в аморфной форме, не оказывающего раздражающего воздействия на кожу, не содержащего примесей КДГАК и ионов натрия, предложено взаимодействие солей кальция и фосфорной кислоты проводить в водоаммиачной среде в течение 1,0-1,5 часов при температуре 14-16°С с последующей фильтрацией, промывкой полученного осадка дистиллированной водой при температуре 14-16°С и сушкой при температуре 105-120°С.

В качестве исходных реагентов берут водные растворы хлористого кальция и аммиачного раствора триаммонийфосфата, который получают путем смешения раствора диаммонийфосфата (ДАФ) и аммиака непосредственно перед осаждением при мольном соотношении аммиак:диаммонийфосфат, равном от 3,0:1,0 соответственно. Полученный осадок АФК не содержит примесей КДГАК и ДДФ. При увеличении продолжительности осаждения более 1,5 часов появляются примеси КДГАК, а при снижении продолжительности осаждения менее 1,0 часа резко увеличивается продолжительность фильтрации осадка и последующей отмывки от ионов хлора. При увеличении температуры осаждения выше 16°С полученный осадок содержит КДГАК, а при снижении температуры осаждения ниже 14°С осадок трудно отмыть от ионов хлора.

Промышленная применимость предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

В качестве исходных реагентов для получения АФК берут 1,78 л содержащего 101,89 г хлористого кальция в 1 л раствора и 9,5 л раствора, содержащего 51,02 г диаммонийфосфата в 1 л раствора.

К раствору диаммонийфосфата непосредственно перед осаждением добавляют раствор аммиака с концентрацией 152,15 г/л исходя из расчета 3,0 моля аммиака на 1 моль диаммонийфосфата (1,23 л). Осаждение фосфата кальция проводят в течение 1 часа при температуре 14°С путем одновременного сливания растворов реагентов в общую емкость, снабженную мешалкой. Подачу обоих растворов при осаждении ведут при практически постоянном соотношении их объемов, обеспечивающем проведение реакции осаждения при молярном соотношении CaO/P₂O₅ (моль), равном 3,0.

pН суспензии находится в интервале 9,0-9,1. По окончании сливания растворов осадок фильтруют, отмывают от ионов хлора дистиллированной водой до содержания в последней 0,1 г в 1 л и сушат при температуре 120°С до постоянной массы.

Анализ осадка на фазовый состав проводят по методике Е.Инза и А.Познера (J.Phys. Chem. Solids, Supply, 1967, №1, P.373-376).

Пример 2

АФК получают аналогично описанному в примере 1 за исключением того, что продолжительность осаждения составляет 1,5 часа, а температура осаждения 16°С. Результаты опыта приведены в таблице.

Примеры 3-4 (для сравнения)

АФК получают аналогично примеру 1, однако длительность осаждения составляет 2 часа при температуре осаждения 18°С и 0,5 часа при температуре осаждения 12°С. Результаты опытов приведены в таблице.

Полученные образцы АФК прошли биологические испытания на цитотоксичность, сенсибилизирующее и раздражающее действие, общую токсичность, субхроническую токсичность и генотоксичность. Дополнительно были проведены имплантационный тест и тест на гемосовместимость.

Цитотоксичность материалов, содержащих АФК с различным его содержанием, исследовали на культуре фибробластов линии 929. Клетки культивировали в среде RDM-1640 с добавлением гентамицина, глютатиона и эмбриональной телячьей сыворотки. По окончании культивирования жизнеспособность клеток оценивали методом восстановления тетразолиевого нитросинего с последующим исследованием на спектрофотометре. Исследования показали, что АФК, получаемый предлагаемым способом, не обладает цитотоксичностью.

Отсутствие местного раздражающего действия АФК установлено при проведении аппликационных тестов на кроликах. При однократном и многократном воздействии (до 14 суток) видимых изменений кожи лабораторных животных не наблюдалось.

Сенсибилизирующее действие исследовалось на здоровых молодых половозрелых морских свинках-альбиносах одной линии обоего пола. Провокационные пробы через 14 дней после последней аппликации АФК реакции кожи подопытных животных не выявили.

АФК исследовалась в тестах на острую, подострую, субхроническую и хроническую токсичность. Опыты проводились на беспородных белых мышах (самцах) массой 18-25 г, прошедших 7-суточный карантин. В опытной и контрольной группах наблюдалось по 10 животных. Токсических, пирогенных и канцерогенных эффектов не выявлено.

Имплантационный тест выполнялся на кроликах. АФК имплантировался в подкожную и костную ткани. В ходе макроскопического, гистологического и рентгенологического изучения тканей, окружающих имплантированный синтезированный АФК, было установлено, что через шесть месяцев после имплантации признаков деструкции костной ткани в области импланта нет. Имплант устойчив, слизистая оболочка нормальной окраски. Отторжения импланта не произошло. Признаков воспалительной реакции, фиброза и некроза в окружающих трансплантат тканях не выявлено.

В связи с тем, что в известных научно-технических и патентных источниках аналогичного способа получения АФК не обнаружено, можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна » и «изобретательский уровень».

№ опыта Продолжительность осаждения, час Температура осаждения, °С CaO/P₂O₅ мол. осадка Количество АФК, мас.% Количество КДГАК, мас.% Содержание Cl^-, мас.% 1 1,0 14 3,00 100 0 0,01 2 1,5 16 2,99 100 0 <0,01 3 2,0 18 3,01 54 36 <0,01 4* 0,5 12 2,98 95 5 0,54 * Осадок практически было невозможно ни фильтровать, ни отмыть от ионов Cl^-.

Изобретение может быть использовано в химической и медицинской промышленности. Трикальцийфосфат получают взаимодействием водного раствора хлористого кальция и аммиачного раствора триаммонийфосфата в избытке аммиака в течение 1,0-1,5 часов при температуре 14-16°С. Полученный осадок фильтруют и промывают дистиллированной водой при температуре 14-16°С, после чего сушат при температуре 105-120°С. Предлагаемый способ позволяет получить аморфный трикальцийфосфат, не содержащий примесей кристаллического дефектного гидроксилапатита кальция и дигидрата дикальцийфосфата, не оказывающий раздражающего воздействия на кожу человека. 1 табл.

Способ получения трикальцийфосфата путем осаждения средних фосфатов кальция, образующихся при сливании и постоянном перемешивании водного раствора хлористого кальция и диаммонийфосфата в избытке аммиака, с последующей фильтрацией полученного осадка, промывкой его водой от ионов хлора и сушкой, отличающийся тем, что осаждение проводят при температуре 14-16°С в течение 1,0-1,5 ч.