Способ получения фторгидроксилапатита из модельного раствора ротовой жидкости

Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского назначения, которые могут быть использованы при создании материалов на основе ГА.

Известен способ получения синтетического кальциевого фторапатита, содержащего карбонатные и гидроксидные группы (патент РФ №1535823), включающий смешение разбавленных водных растворов кальций-, фосфор-, и фторсодержащих реагентов при повышенной температуре с углеродсодержащим компонентом, выдерживание смеси для полной кристаллизации продукта реакции, его отделение и сушку, при этом смешение растворов проводят в среде раствора нитрата калия, к которому добавляют реагенты, взятые в стехиометрическом соотношении в количестве: 1 объем на 4÷5 объемов раствора нитрата калия, а в качестве углеродсодержащего компонента используют газообразную смесь диоксида углерода и азота в объемном соотношении 1:(8÷10), которую подают в реакционную смесь со скоростью 0,8÷1,2 м³/м³с и процесс ведут в присутствии гидроксида калия при рН=7,5÷8,5 с выдерживанием образовавшейся реакционной смеси при температуре 65÷85°С, в течение 16÷20 ч до образования кристаллического продукта.

Недостатком данного способа является невозможность использования для моделирования процесса образования фторгидроксилапатита.

Технической задачей заявляемого решения является создание способа моделирования процесса образования фторгидроксилапатита.

Техническим результатом заявляемого решения является моделирование кристаллизацию фосфатов кальция in vitro в среде, по электролитному составу приближенной к ротовой жидкости человека.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ моделирования процесса образования фторгидроксилапатита из аналога раствора слюны человека, основанный на синтезе фторгидроксилапатита в искусственно созданной модельной среде, отличающийся тем, что для этого готовят модельную среду указанного состава: NaCl - 9,00 ммоль/л, K₂CO₃ - 5,00 ммоль/л, (NH₄)₂HPO₄ - 3,30 ммоль/л, (NH₄)₂HPO₄ - 17,00 ммоль/л, NH₄Cl - 29,4901 ммоль/л, NH₄F - 0,01 ммоль/л, KCl - 25,00 ммоль/л, CaCl₂⋅2H₂O - 6,90 ммоль/л, MgCl₂⋅6H₂O - 3,00 ммоль/л, варьируя концентрацию фторид-ионов от 0,0076 до 0.0229 моль/л, заменяя фосфат-ионы на фторид-ионы, синтез проводят при значении рН=6,95±0,05, при этом через 10 дней образуется фаза фторгидроксилапатита.

В заявляемом решении в качестве биологической среды была выбрана ротовая жидкость. По составу ротовая жидкость представлена как неорганическими так и органическими составляющими. Неорганические компоненты состоят из макро и микроэлементов (Н, K, Na, Са, Mg, Fe, Cu, Р, S, Cl, F), они могут находиться в ионизированной форме в виде простых и сложных ионов. Из органических веществ в слюне преобладают аминокислоты, мочевина, моносахариды.

Известно, что ионы фтора способствуют росту частично деминерализованных кристаллов эмали. В результате этого образуется фторапатит или фторидный гидроксилапатит. Наличие ионов фтора на поверхности зуба в жидкой фазе между кристаллами призмы эмали и вокруг них оказывает существенное воздействие на процессы деминерализации эмали. В процессе деминерализации ионы фтора, адсорбированные на поверхности кристалла эмали, защищают кристалл, придавая ему свойства фторапатита. Вследствие этого растворимость кристалла в кислотах уменьшается. Предполагается, что поверхность кристалла эмали частично покрыта слоем фторида кальция, проявляющим сходные защитные свойства. При увеличении уровня рН из-за меньшей растворимости в кислотах первым в осадок выпадает фторапатит. При дальнейшем возрастании значения рН осаждаются гидроксилапатит и другие формы апатитов.

В ходе эксперимента была приготовлена серия водных раствором с различным содержанием фторид ионов, заменяя 0,0076 до 0.0229 моль/л фосфат-ионов на фторид-ионы. Навески солей количественно переносили в мерную колбу на 250 мл и устанавливали необходимое значение рН раствора.

Фазовый состав полученных осадков исследован с помощью РФА (ДРОН-3) и ИК-спектроскопии (спектрофотометре «ФТ-02»). Идентификация пиков на дифрактограммах проводилась с помощью картотеки JCPDS и программных пакетов DifWin4.0 и Crystallographica Search-Match. Содержание присутствующих фаз в образцах определяли по методу корундовых чисел (метод Чанга, программа Crystallographica Search-Match). Размеры области когерентного рассеяния (ОКР, минимальные размеры кристаллитов) твердых фаз определены по формуле Дебая-Шеррера. Параметры и объем элементарной ячейки кристаллов были вычислены по формулам для гексагональной сингонии ГАП.

Содержание основных компонентов в фильтрате определяли с помощью химических методов анализа: Са и Mg при их совместном присутствии - методом комплексонометрического титрования с отделением фосфатов (РД 52.24.403-2007); концентрацию фосфатов - фотометрически по молибденовой сини (λ_эфф=690 нм, кюветы с толщиной слоя 2 см, ГОСТ 18309-72); содержание фторид-ионов в фильтрате определяли методом прямой потенциометрии.

Изучение резорбции (растворимости) полученных образцов проводилось путем их динамического растворения при постоянном перемешивании в растворе 0,9%-ного хлорида натрия (рН≈7), и трис-буфере (рН=рН=7,4) при температуре (20-21°С). Через определенные промежутки времени (τ=0-90 мин) с помощью прямой потенциометрии фиксировали значение кислотности среды и показателя концентрации ионов кальция в растворе. На заключительном этапе эксперимента проводилось взвешивание высушенной не растворившейся твердой фазы. На основе полученных экспериментальных данных были получены кинетические кривые и проведена их математическая обработка.

Статистическую обработку полученных данных проводили методом Стьюдента для доверительной вероятности Р=0,95, исходя из предположения об их распределении по нормальному закону (программный пакет Statistic Soft 2006).

На фиг. 1 представлен результат сравнения данных рентгенофазового анализа синтезированной твердой фазы - 1 и чистого фторапатита - 2, указывающий на присутствие в составе синтезированного осадка твердой фазы фторапатита (Ca₅(PO₄)₃F).

На фиг. 2 представлен анализ ИК-спектра, синтезированной твердой фазы в составе которой были идентифицированы полосы:

- полосы деформационных колебаний О-Р-O в (PO₄)^3- в области 640-550 см^-1

- полосы ассиметричных валентных колебаний Р-O в области 1060-1030 см^-1

- полосы деформационных колебаний О-С-O в области 875-887 см^-1

^{Данные полосы указывают на соответствие - синтезированной твердой фазы карбонатзамещенныму фторапатиту.}

В таблице 1 представлены результаты моделирования процесса замещения и фосфат-ионов фторид ионами в составе твердой фазы,

Ионы фтора сравнительно легко замещают гидроксил в растворах, формируя фторапатит (ФАП) Ca₁₀(PO₄)₆F₂ на поверхности гидроксилапатита поскольку

ФАП (-lgПР_ФАП=119-122) менее растворим, чем ГАП (-lgПР_ГАП=117):

Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂+xF^-=Ca₁₀(PO₄)₆(OH)_2⋅xF_x+xOH^-

Фторид-ион способствует осаждению в водных растворах крупных столбчатых кристаллов фторапатита с четкой гексагональной огранкой.

На фиг. 3. представлено Са/Р-соотношение, полученное по результатам синтеза, при этом при увеличении концентрации фторид ионов Са/Р-соотношение увеличивается. Введение ионов фтора в кристаллическую решетку гидроксилапатита оказывает стабилизирующее действие. Также обмен ионов ОН^- на ионы фтора должен быть эффективным в силу большей разности в энергиях связей. При замещении фосфат-ионов карбонат-ионами необходима компенсации различия зарядов PO₄^3- и СО₃^2- групп, что достигается посредством совместного замещения карбонат и фторид-ионами групп PO₄³

На фиг. 4 представлены результаты микроскопического анализа модельных растворов с добавлением ионов фтора различной концентрации.

Таким образом, решается техническая задачей создание способа моделирования процесса образования фторгидроксилапатита.