Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОАКТИВНОГО ГИДРОКСИАПАТИТА

Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, используемых в медицине в качестве биоактивных добавок, биоактивных материалов для покрытия эндопротезов, в стоматологии, травматологии и ортопедии.

Известен способ получения гидроксиапатита при взаимодействии дихлорида кальция, гидроортофосфата аммония и водного раствора аммиака при 25°C по реакции:

10CaCl₂+6(NH₄)₂HPO₄+8NH₄OH=Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂+20NH₄Cl+6H₂O [Орловский В.П., Ежова Ж.А., Родичева Г.В., Коваль Е.М., Суханова Г.Е., Тезикова Л.А. Изучение условий образования гидроксиапатита в системе CaCl₂-(NH₄)₂HPO₄-NH₄OH-H₂O (25°C). // Журн. неорг. химии. 1992. Т. 37. №4. С. 881].

Недостатком данного способа является многостадийность, включающая многократное нагревание и охлаждение полученного осадка с маточным раствором, длительность процесса, а также низкий выход конечного продукта и отсутствие в синтезированном гидроксиапатите микроэлементов, содержащихся в биологической костной ткани живого организма, от которых зависят параметры кристаллической решетки, а значит и физико-химические, биологические свойства гидроксиапатита, что уменьшает биологическую активность гидроксиапатита.

Известен способ синтеза порошков гидроксиапатита осаждением из водных растворов солей нитрата кальция и гидроортофосфата аммония в желатине [Фомин А.С., Комлев B.C., Баринов С.М., Фадеева И.В., Ренгини К. Синтез нанопорошков гидроксиапатита для медицинских применений путем капельного приливания (NH₄)₂HPO₄ в раствор Ca(NO₃)₂-аммиак - желатин. // Перспективные материалы. 2006. №2. С. 51-54].

Недостатком данного способа являются трудоемкость процесса, сложность работы с гелеобразным реагентом, недостаточная стехиометричность гидроксиапатита - Ca:P=1,6-1,63 (для стехиометричного гидроксиапатита Ca:P=1,67) и выход готового продукта и пониженная биологическая активность из-за отсутствия в составе микроэлементов, присутствующих в биологической костной ткани.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ получения гидроксиапатита из костной ткани крупного рогатого скота, включающий предварительную очистку костей, измельчение их, растворение костной ткани в соляной кислоте с последующим осаждением гидроксиапатита осадителем, фильтрование, сушку и измельчение осадка [Талашова И.А., Силантьева Т.Н. Лабораторное выделение кальцийфосфатных соединений из костной ткани крупного рогатого скота и определение их состава методом электронно-зондового микроанализа // Гений Ортопедии. - №4. - 2007. - с. 71-75].

Недостатками этого способа являются сложность очистки костной ткани от мышц и сухожилий, длительность отделения твердой фазы осажденного гидроксиапатита, использование в качестве осадителя гидроксида натрия, приводящего к высокому содержанию натрия в гидроксиапатите, что существенно снижает его качество.

Задачей изобретения является упрощение и уменьшение времени очистки костной ткани от мышц и сухожилий, повышение качества гидроксиапатита и увеличение выхода готового продукта.

Поставленная задача достигается тем, что очистку костей от мышц и сухожилий проводят с предварительным кипячением костей в растворе хлорида кальция концентрацией 5-50% масс. при температуре 105-130°C в течение 1-2 часов, растворяют костную ткань крупного рогатого скота соляной кислоты концентрацией 2-8% масс. и осаждают гидроксиапатит раствором гидроксида аммония концентрацией 20-25% масс. до pH 8-, после фильтрации осадок промывают сначала горячей дистиллированной водой, затем этиловым спиртом концентрацией 60 - 96%.

Пример 1. Кортикальную кость крупного рогатого скота кипятят в 10% растворе CaCl₂ концентрацией 5% масс. при 105°C, затем очищают от мышц и сухожилий, помещают в раствор соляной кислоты концентрацией 2% масс. на 3-4 дня, после растворения кости раствор фильтруют. Из отфильтрованного раствора осаждают гидроксиапатит, добавляя по каплям раствор гидроксида аммония концентрацией 20% масс. при перемешивании до достижения pH реакционной среды 8-9. Полученный осадок гидроксиапатита отфильтровывают, затем осадок распульповывают в горячей дистиллированной воде (65-95°C), фильтруют и промывают осадок на фильтре 2-3 порциями горячей дистиллированной воды, а затем раствором этилового спирта 60-96% концентрации, высушивают при температуре 100-120°C, прокаливают при 700-900°C. Идентификацию и исследование гидроксиапатита проводят при помощи рентгенофазового анализа, рентгенофлуоресцентного анализа, метода БЭТ и ИК-спектроскопии. Полученный гидроксиапатит применяют для получения композиционных материалов, цементов, для нанесения покрытий на титановые имплантаты в ортопедии и травматологии, в стомотологии и в качестве биодобавок. В экспериментальных и научных целях гидроксиапатит может быть насыщен биологически активными веществами.

Пример 2. Губчатую кость крупного рогатого скота кипятят в 10% растворе CaCl₂ концентрацией 50% масс. при температуре 130°C, затем очищают от мышц и сухожилий, промывают дистиллированной водой, помещают в раствор соляной кислоты концентрацией 8% масс. на 3-4 дня, затем раствор отфильтровывают от твердых частиц. Из отфильтрованного раствора осаждают гидроксиапатит, добавляя по каплям раствор гидроксида аммония концентрацией 25% масс. при перемешивании до достижения pH реакционной среды 8-9. Полученный осадок отфильтровывают, затем распульповывают в горячей дистиллированной воде, фильтруют и промывают осадок на фильтре 2-3 порциями дистиллированной воды, а затем раствором этилового спирта 60-96% концентрации, высушивают при температуре 100-120°C, прокаливают при 700-900°C. Исследования материала проводят таким же образом, как в примере 1.

Использование операции кипячения костей крупного рогатого скота в растворе соли хлорида кальция концентрацией 5-50% масс. существенно упрощает операцию очистки костей от мышц и сухожилий из-за повышения температуры кипения раствора (5% раствор CaCl₂ имеет t_кип=105°C, а 50% раствор CaCl₂ - t_кип=130°C) и химического воздействия соли, сокращает время этой операции и улучшает качество исходного материала перед минерализацией. Применение раствора CaCl₂ (квалификации «ЧДА»), используемого для кипячения, не вносит дополнительных примесей, т.к. после растворения костей в соляной кислоте образуется раствор CaCl₂. Оптимальный диапазон концентраций соляной кислоты составляет 2-8% масс. и выбирается из экспериментальных данных, оптимальный по времени растворения костей и размеров частиц конечного продукта - гидроксиапатита. При концентрации HCl меньше 2% масс. время растворения значительно увеличивается, а при концентрации HCl больше 8% масс. размер частиц гидроксиапатита возрастает до 30 мкм и выше. Концентрация гидроксида аммония 20-25% выбрана на основании оптимальных размеров частиц конечного продукта - гидроксиапатита. При концентрации NH₄OH ниже - 20% размеры частиц гидроксиапатита составляют 150-250 мкм, верхний предел концентрации NH₄OH - 25% определен товарным продуктом (более высокой концентрации NH₄OH не производится). pH реакционной среды 8-9 определяется свойствами системы Ca²⁺-HPO₄ ^2--NH₄OH. При этом pH происходит выпадение осадка в форме гидроксиапатита. Из кислых и нейтральных сред выпадает кислый фосфат кальция или трикальцийфосфат соответственно. Этиловый спирт является растворителем органических веществ и антисептиком и его концентрация определяется исходя их антисептических свойств. Ниже 60% масс. антисептические свойства ухудшаются, а максимальная концентрация производимого этилового спирта составляет 96% масс.

В табл. 1 приведены результаты реализации предлагаемого способа по получению гидроксиапатита.

В табл. 2 приведены результаты осаждения гидроксиапатита раствором гидроксида аммония по предлагаемому способу. Установлено, что применение гидроксида аммония концентрации 20-25% масс. обеспечивает максимальный выход готового продукта с высокой дисперсностью порошка и удельной поверхностью. Рентгенофазовый анализ показал, что фазовый состав, представленный смесью гидроксиапатита в гексагональной и моноклинной модификациях, близок фазовому составу человеческой кости. Тяжелые металлы в полученном гидроксиапатите отсутствуют.

Гидроксиапатит, полученный по предлагаемому способу, по соотношению содержания кальция, фосфора = 1,65-1,67 и микроэлементов является наиболее близким основной составляющей костной ткани человека.

Испытания полученного гидроксиапатита в составе костных цементов и композитов для замещения костных дефектов показали его достоинства по сравнению с синтетическим ГА, а именно высокую биологическую активность, нетоксичность, лучшие остеокондуктивные и остеоиндуктивные свойства, биорезорбируемость.

Доклинические испытания, проведенные на крысах, показали, что в матрице из цемента на основе биоактивного гидроксиапатита происходит прорастание не только сосудов, но и нервов (фиг. 1). Изображение получено методом конфокальной лазерной сканирующей микроскопии.