Способ получения гранул гидроксилапатита в матрице хитозана

Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского регенеративного назначения, которые могут быть использованы при создании бифазных композитов на основе гидроксилапатита и полимерной органической матрицы, при заполнении костных дефектов в травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии.

Известен способ получения пористых керамических гранул на основе карбоната кальция и тидроксиапатита и/или карбонатгидроксиапатита для заполнения костных дефектов при реконструктивно-пластических операциях (патент RU 2555348 С04В 35/447 A61L 27/14 A61L 27/12 A61L 27/02), при котором суспензию на основе гидроксилапатита и полиакриламида диспергируют в среду растительного масла с температурой 80-180°С. После промывания и сушки полученные гранулы спекают в среде углекислого газа при температуре 620-700°С. Техническим результатом является получение пористых керамических гранул с регулируемым размером от 100 до 2000 мкм, открытой пористостью 40-80% и с размером пор от 20 до 400 мкм. К недостаткам данного метода можно отнести сложность проведения эксперимента: нагрев масла, высокая температура спекания гранул.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ изготовления хитозановых бус, содержащих гидроксилапатит (Погорелов М.В., Гусак Е.В., Бабич И.М., Калинкевич О.В., Калинкевич А.Н., Самохвалов И.И., Данильченко С.Н., Скляр A.M. Сорбция ионов металлов материалами на основе хитозана. // Ж. Клинических и экспериментальных исследований. 2014. Т. 2, №1. С. 88-99.). Хитозановые бусы, содержащие гидроксилапатит, получали добавлением в раствор хитозана 1М раствора хлорида кальция и 1 М раствора дигидрофосфата кальция (соотношение Са/Р 1,67). Полученные бусы выдерживали в 5%-ном растворе щелочи 24 ч. Промывали водой, лиофильно высушивали.

К недостаткам данного способа следует отнести долгое время выдерживания бус в щелочном растворе, отсутствие информации о соотношении объемов раствора хитозана и прекурсоров гидроксилапатита, отсутствие информации о растворителе хитозана и его концентрации.

Технической задачей заявляемого решения является разработка способа получения гранул гидроксилапатита в матрице хитозана.

Техническим результатом заявляемого решения является получения гранул гидроксилапатита в матрице хитозана, обладающих термической стабильностью в диапазоне температур от 200°С до 800°С.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ получения гранул гидроксилапатита в матрице хитозана, заключающийся в том, что смешивают порошок гидроксилапатита с 2 масс-% раствором хитозана в 0,5% уксусной кислоте при соотношении: 1 грамм гидроксилапатита с 10,5 мл раствора хитозана до однородной массы, затем полученную смесь диспергируют через капилляр диаметром 1 -2 мм в 5%-ный раствор NaOH при температуре T₁=20-28°С, полученные гранулы деконтируют от щелочного раствора и сушат при температуре T₂=25-27°С на воздухе в течение не менее 5 часов.

Пример 1

Смешивают порошок гидроксилапатита с 2 масс. % раствором хитозана в 0,5%-ной уксусной кислоте при соотношении 0,2 г порошка к 2,0 мл раствора до однородной массы, затем полученную смесь диспергируют в течение 4 минут через каппиляр диаметром 1 мм в 5% раствор NaOH объемом 100 мл при температуре T₁=20°С, полученные гранулы деконтируют от щелочного раствора, затем сушат при температуре Т₂=25°С на воздухе в течение не менее 5 часов.

Пример 2

Смешивают порошок гидроксилапатита с 2 масс. % раствором хитозана в 0,5%-ной уксусной кислоте при соотношении 0,4 г порошка к 4,0 мл раствора до однородной массы, затем полученную смесь диспергируют в течение 8 минут через каппиляр диаметром 1,5 мм в 5%-ный раствор NaOH объемом 100 мл при температуре Т₁=24°С, полученные гранулы деконтируют от щелочного раствора, затем сушат при температуре Т₂=26°С на воздухе в течение не менее 5,5 часов.

Пример 3

Смешивают порошок гидроксилапатита с 2 масс. % раствором хитозана в 0,5%-ной уксусной кислоте при соотношении 0,8 г порошка к 8,0 мл раствора до однородной массы, затем полученную смесь диспергируют в течение 16 минут через каппиляр диаметром 2 мм в 5%-ный раствор NaOH объемом 100 мл при температуре Т₁=28°С, полученные гранулы деконтируют от щелочного раствора, затем сушат при температуре Т₂=28°С на воздухе в течение не менее 6 часов.

Для определения оптимального содержания хитозана в 0,5%-ной уксусной кислоте изучали зависимость значений динамической вязкости от содержания масс % хитозана.

В таблице 1 представлены результаты определения оптимального содержания хитозана в 0,5%-ной уксусной кислоте, масс. % и соответствующие этому содержанию значения динамической вязкости.

Исходя из данных табл. 1, наибольшие значения динамической вязкости соответствуют содержанию хитозана в 0,5%-ной уксусной кислоте - 2% масс %, дальнейшее увеличение содержания хитозана в 0,5%-ной уксусной кислоте не приводит к увеличению динамической вязкости.

Кроме этого были проведены расчеты удельной поверхности получаемых гранул по уравнению Брунауэра, Эммета и Теллера (БЭТ), которое является одним из наиболее распространенных и общепринятых в настоящее время. Измерение удельной поверхности и пористости образцов производился по методу БЭТ (S_БЭТ-N2) на анализатора Gemini 2365 по адсорбции стандартного газа азота при 77.4 К. Диапазон измерения удельной поверхности от 0.5 до 999 м²/г. Предел допускаемой относительной погрешности измерений удельной поверхности в режиме многократного измерения не более 5%.

В таблице 2 представлены результаты измерений удельной поверхности, полученных гранул при заданных размерах и распределение по размерам.

Кроме того, был проведен отжиг гранул гидроксилапатита в матрице хитозана при температурах 200°С, 400°С, 600°С, 800°С. Результаты проведения отжига представлены в таблице 3.

Исходя из данных табл.3, что все гранулы сохраняют сферическую форму

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить гранулы на основе гидроксилапатита в матрице хитозана с диаметром 1-2 мм, обладающих термической стабильностью в диапазоне температур от 200°С до 800°С.