СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНОГО ТРИКАЛЬЦИЙФОСФАТА Российский патент 2020 года по МПК C01B25/32 C01F11/00 A61L27/12 A61L27/32 

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-х(ОН)_2-х, 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 СаО-Р2С»5-Н20 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-H₂O, 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.

Для использования АФК в качестве импланта костной ткани он не должен содержать примеси КДГАК.

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°C. Получают продукт типа дентина (патент RU 2098350).

Недостатком указанного способа 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 - также получение АФК в смеси с другими фосфатами, в основном КДГАК.

Известен способ получения АФК 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 при температуре 105-120°C Осаждение проводят при температуре 14-16°C в течение 1,0-1,5 час. Указанный способ позволяет получить аморфный трикальцийфосфат, не содержащий примесей кристаллического дефектного гидроксилапатита кальция и дигидрата дикальций фосфата, не оказывающего раздражающего воздействия на кожу человека (патент RU 2478570).

Недостаток способа заключается в длительном времени осаждения, равном 1,0-1,5 часа при поддержании температуры 14-16°С, что осложняет технологию процесса.

Известен способ получения трикальцийфосфата в аморфной форме взаимодействием водного раствора хлористого кальция и аммиачного раствора диаммонийфосфата в избытке аммиака в течение 10-15 минут при температуре 20-25°С. Полученный осадок фильтруют и промывают дистиллированной водой, после чего сушат при температуре 105-120°C до постоянной массы. Предлагаемый способ позволяет по упрощенной технологии получить аморфный трикальцийфосфат, не содержащий примесей кристаллического дефектного гидроксилапатита кальция и дигидрата дикальцийфосфата и не оказывающий раздражающего воздействия на кожу (патент RU 2691051 - прототип).

К числу недостатков способа-прототипа следует отнести длительное время сушки полученного осадка, поскольку время достижения постоянного веса составляет, как правило, более 30 мин, что усложняет и удорожает процесс.

С целью упрощения технологии и сокращения времени сушки полученного после промывки осадка предложено взаимодействие водного раствора хлористого кальция и диаммонийфосфата проводить в водоаммиачной среде в избытке аммиака в течение 10-15 мин при температуре 14-16°C с последующей фильтрацией, промывкой полученного осадка дистиллированной водой и сушкой после промывки при температуре 125-130°C. Сушку проводят в течение 10-15 мин.

Существенным отличительным признаком предлагаемого способа является температура и время сушки полученного осадка трикальцийфосфата.

При увеличении продолжительности сушки более 15 мин появляются примеси КДГАК, а при снижении продолжительности сушки менее 10 мин не удается высушить осадок до постоянного веса. При увеличении температуры сушки выше 130°C полученный осадок содержит КДГАК, а при снижении температуры сушки ниже 125°C в течение 10-15 мин также не удается высушить осадок. Увеличивается время сушки.

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 15 мин при температуре 20°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.

РН 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 125°C. Время сушки осадка до достижения постоянного веса составляет 15 мин. Полученный осадок не содержит КДГАК, содержание ионов хлора 0,01 мас. %.

Результаты опыта приведены в Таблице.

Анализ осадка на фазовый состав проводят по методике Е. Инза и А. Познера (J. Phys. Chem. Solids, Supply, 1967, №1, P. 373-37

Пример 2

АФК получают аналогично примеру 1, отличие в продолжительности осаждения фосфата кальция в течение 10 мин и температуре осаждения 22°С. Полученный осадок сушат при температуре 130°С в течение 10 мин. После сушки осадок не содержит КДГАК, содержание ионов хлора менее 0,01 мас. %.

Результаты опыта приведены в Таблице.

Пример 3

АФК получают аналогично примеру 1, отличие в длительности осаждения 10 мин при температуре осаждения 25°С. Полученный осадок сушат при температуре 125°С в течение 10 мин.

После сушки осадок не содержит КДГАК, содержание ионов хлора менее 0,01 мас. %.

Результаты опыта приведены в Таблице.

Пример 4

АФК получают аналогично примеру 1, отличие в продолжительности осаждения фосфата кальция в течение 15 мин и температуре осаждения 20°С. Полученный осадок сушат при температуре 130°С в течение 15 мин.

После сушки осадок не содержит КДГАК, содержание ионов хлора 0,01 мас. %.

Результаты опыта приведены в Таблице.

Пример 5 (для сравнения)

АФК получают аналогично примеру 1. при продолжительности осаждения фосфата кальция в течение 10 мин и температуре осаждения 20°С. Полученный осадок сушат при температуре 135°С в течение 20 мин.

После сушки осадок содержит КДГАК - 25 мас. %, содержание ионов хлора 0,4 мас. %.

Результаты опыта приведены в Таблице.

Полученные образцы АФК подобно прототипу 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.

Предлагаемый способ получения трикальцийфосфата в аморфной форме для объемного моделирования позволяет минимизировать риск побочных эффектов, таких как формировании гранулем, избежать гиперкоррекции, инфекционных и других осложнений.

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».

Изобретение может быть использовано в химической промышленности в производстве биосовместимых материалов и медицине. Способ получения аморфного трикальцийфосфата включает взаимодействие водного раствора хлористого кальция и диаммонийфосфата в избытке аммиака при температуре 20-25°C в течение 10-15 мин, фильтрацию полученного осадка, промывку его водой от ионов хлора. Сушку осадка после промывки осуществляют при температуре 125-130°C в течение 10-15 мин. Изобретение позволяет сократить продолжительность и упростить получение аморфного трикальцийфосфата, не содержащего примесь кристаллического дефектного гидроксилапатита кальция. 1 табл., 5 пр.

Способ получения аморфного трикальцийфосфата взаимодействием водного раствора хлористого кальция и диаммонийфосфата в избытке аммиака при температуре 20-25°C в течение 10-15 мин с последующей фильтрацией полученного осадка, промывкой его водой от ионов хлора и сушкой, отличающийся тем, что сушку осадка после промывки осуществляют при температуре 125-130°C в течение 10-15 мин.