Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЙ-ЗАМЕЩЕННОГО ГИДРОКСИАПАТИТА

Изобретение относится к технологии получения неорганических веществ, а именно к способу получения магний-замещенного гидроксиапатита (Mg-ГА), используемого в производстве биосовместимых покрытий, применяемых в челюстно-лицевой хирургии и травматологии для изготовления внутритканевых эндопротезов.

Известен способ получения биорезорбируемого материала на основе аморфного гидроксиапатита (патент РФ на изобретение №2510740, МПК С01В 25/32, C08L 99/00, А61K 6/033, А61K 47/48, В82В 3/00, опубл. 10.04.2014), заключающийся в размещении в органической матрице наночастиц аморфного гидроксиапатита кальция, частично изоморфно замещенного ионами металлов II группы (МII) общей формулы Са_10-x МII_x (РO₄)₆ОН₂, где (МII) - Mg²⁺ и/или Zn²⁺, 0,01≤x≤2. Способ получения включает приготовление смеси из гидроксида кальция, монозамещенного фосфата кальция моногидрата и оксидов металлов, в качестве которых используют оксид магния и/или оксид цинка при атомном соотношении (Ca+МII) Р=1,67, Са/Р не ниже 1,33, где (МII) - Mg²⁺/или Zn²⁺, добавление к смеси водного раствора биополимера в виде гидрогеля с концентрацией полимера 0,01-10,0 мас. % для формирования органической матрицы, осаждение наночастиц аморфного гидроксиапатита при температуре 10-30°С при нейтральных значениях рН 7,0-7,5 с последующим фильтрованием и высушиванием осадка при температуре 20-30°С до получения конечного продукта.

Однако описанное выше изобретение направлено на получение биорезорбируемого материала с высокой степью аморфности - от 95 до 100%, что ограничивает его использование в формировании плазмонапылепных покрытий ввиду недостаточной сыпучести.

Известен также способ получения кристаллического магний-замещенного гидроксиапатита (патент US на изобретение №6921544 В2, опубл. 26.07.2005), заключающийся в гидротермальном синтезе магний-замещенного гидроксиапатита с содержанием магния примерно от 2,0 до 29 мас. %. Синтез проводят смешиванием источников ионов кальция, магния, фосфат-ионов и гидроксидных ионов в водной реакционной среде. Затем осуществляют промывку получившегося осадка Mg-ГА в водном растворе цитрата аммония и сушку.

Недостатком данного способа являются трудоемкость процесса получения и сложность его реализации.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу получения магний-замещенного гидроксиапатита является синтез магний-замещенных апатитов осаждением из раствора (Баринов С.М. Биокерамика на основе фосфатов кальция / С.М. Баринов, B.C. Комлев. - М.: Наука, 49-50 с.), заключающийся в том, что в качестве исходных соединений использовали водные растворы нитратов (1 моль/л), двузамещенного фосфата аммония (0,6 моль/л) и аммиака (6 моль/л). Реакционную смесь перемешивали и помещали в СВЧ-печь мощностью 700 Вт на 30 мин, после чего осадки отфильтровывали, промывали водой и высушивали на воздухе.

Недостатком наиболее близкого аналога является необходимость использования дополнительного оборудования, такого как СВЧ-печь, что создает неудобство его применения. Кроме того, получаемый описанным способом Mg-ГА обладает недостаточной сыпучестью для применения в технологии плазмонапыленных покрытий.

Задача заявляемого способа получения магний-замещенного гидроксиапатита заключается в упрощении технологического процесса получения порошка при сохранении его сыпучести.

Поставленная задача решается тем, что при осуществлении способа получения магний-замещенного гидроксиапатита, включающего синтез магний-замещенного гидроксиапатита (Mg-ГА) с использованием водных растворов нитратов, диаммонийфосфата и аммиака, фильтрацию осадка и последующую сушку, согласно заявляемому техническому решению синтез Mg-ГА осуществляют смешиванием в течение 1 часа водных растворов нитрата магния и кальция, взятых соотношении 9:1, при добавлении эквимолекулярного количества раствора диаммонийфосфата и 25%-ного водного раствора NH₄OH до образования Mg-ГА в виде осадка, Mg-ГА выдерживают до созревания в течение 20-26 часов, фильтруют, сушат при температуре 90-95°С, затем - в течение 100-130 часов при температуре 200-250°С, прокаливают 6-8 часов при температуре 600-650°С, затем Mg-ГА охлаждают при комнатной температуре в течение 2-3 часов, измельчают в течение 15-20 минут.

Технический результат заключается в получении магний-замещенного гидроксиапатита жидкофазным синтезом.

Изобретение поясняется с помощью Фиг. 1, на которой позициями 1, 2 обозначены:

1 - ИК-спектр Mg-ГА, термообработанного при 200°С,

2 - ИК-спектр Mg-ГА, термообработанного при 600°С.

Способ осуществляют следующим образом.

Реализация процесса синтеза проводилась методом осаждения из водных растворов в соответствии с химической реакцией:

(10-x)Ca(NO₃)₂+xMg(NO₃)₂+6(NH₄)₂HPO₄+8NH₄OH=Ca_10-xMg_x(PO₄)₆(OH)₂+20NH₄NO₃+6H₂O; 0.1≤x≤1.0

В качестве исходных реагентов использовались: нитрат кальция (Ca(NO₃)₂⋅4H₂O, ГОСТ 1922-84), диаммонийфосфат ((NH₄)₂HPO₄, ГОСТ 8515-75, аммиак водный (NH₃⋅H₂O, ГОСТ 9-92), нитрат магния (Mg(NO₃)₂⋅6H₂O, ГОСТ 11088 - 75).

Синтез проводился при комнатной температуре (t=20°С) и влажности воздуха 58%, рН раствора поддерживался на уровне 9-12.

Подготовку магний-содержащего раствора осуществляют следующим образом: помещают водный раствор нитратов кальция и магния, взятых в соотношении 9:1, в химический стакан. В течение часа осуществляют перемешивание смеси (например, мешалкой) и добавляют по каплям эквимолекулярное количество раствора диаммонийфосфата. При этом для поддержания рН раствора на уровне 9-12 добавляют NH₄OH, разведенный водой в отношении 1:10. В результате перемешивания через час образуется Mg-ГА в виде осадка, который оставляют на созревание на 20-26 часов в химическом стакане. Затем через бумажный фильтр отфильтровывают Mg-ГА, сушат при температуре 90-95°С до удаления свободной влаги, а затем в течение 100-130 часов при температуре 200-250°С для удаления остатков NH₄NO₃. Далее Mg-ГА в течение 6-8 часов прокаливают при температуре 600-650°С для придания ему кристалличной структуры, затем порошок охлаждают при комнатной температуре в течение 2-3 часов.

Сушка и прокаливание порошка Mg-ГА в течение указанного времени выбраны из условия, что при сушке порошка менее 100 часов вещество NH₄NO₃ удаляется не полностью, а при сушке более 130 часов происходит полное удаление остатков NH₄NO₃, выбор времени равным 100-130 часов является технологически обоснованным. При прокаливании порошка менее 6 часов количество аморфной фазы носит доминантный характер, а при прокаливании более 8 часов при указанной температуре увеличивается количество кристаллической фазы. Таким образом, при указанной температуре достигается требуемое соотношение аморфной и кристаллической фаз.

Согласно результатам, приведенным в Таблице 1, целесообразно использовать интервал температур для сушки порошка Mg-ГА 200-250°С, так как температура сушки менее 200°С не способствует полному удалению остатков NH₄NO₃ и влаги из порошка, а температура сушки более 250°С приводит к спеканию таблетки порошка и образованию его в конгломераты.

Прокаливание порошка Mg-ГА при указанном интервале температур (600-650°С) объясняется тем, что при этих температурах достигается необходимая степень кристалличности порошка (Таблица 2).

Далее порошок Mg-ГА размалывают, например, в керамической ступе нажатием пестика в течение 15 минут и выполняют фракционирование. Для дальнейшего нанесения на поверхность медицинских изделий порошка Mg-ГА предпочтительно используют фракцию до 90 мкм.

Для определения степени кристалличности, полученной в соответствии с заявляемым способом Mg-ГА, были проведены исследования ИК-спектров на Фурье-спектрометре FT-801 (ООО НПФ «СИММЕКС», г. Новосибирск) в интервале волновых чисел 500…4000 cм^-1, таблетки с KBr. ИК-анализ образцов Mg-ГА, термообработанных при 200°С и 600°С, показал, что частоты колебаний основных групп PO₄^3-, О-Р-О, ОН в основном соответствуют образцу синтетического ГА. При переходе от температуры 200°С (кривая 1, Фиг. 1) к 600°С (кривая 2, Фиг. 1) происходит сужение основных полос поглощения, что свидетельствует об увеличении кристалличности образца Mg-ГА.

Таким образом, разработан способ получения магний-замещенного гидроксиапатита, характеризующийся простотой реализации и не требующий дополнительного сложного технологического оборудования. Кроме того, подбор оптимальных соотношений исходных компонентов, условий синтеза, режимов последовательной сушки и прокаливания позволил получить Mg-ГА, обладающий достаточной сыпучестью для использования в технологии плазменного напыления биосовместимых покрытий, применяемых в челюстно-лицевой хирургии и травматологии для изготовления внутритканевых эндопротезов.