Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе ренанита

Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе ренанита

Реферат

Изобретение относится к области медицины, а именно травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, и может использоваться для заполнения костных дефектов, являясь источником компонентов гидроксиапатита (Са²⁺, РO₄ ^3-) при биодеградации in vivo.

Известен способ получения ренанита NaCaPO₄, как одной из фаз при кристаллизации стекла в системе SiO₂-Аl₂О₃-Nа₂О-К₂О-Р₂О₅-F (1) или в SiO₂-CaO-Na₂O-P₂O₅-F-K₂O (2). Недостатком данных способов является тот факт, что ренанит не является единственной фазой.

Известен способ обработки фосфатных руд с помощью карбоната натрия или хлорида калия при температурах 300-900°С, когда образование ренанита происходит только при взаимодействии фосфатного камня с карбонатом натрия (3), или при обработке фосфатного камня алюмосиликатом или карбонатом натрия при 900°С (4). Такой способ не подходит для синтеза ренанита медицинского применения.

Известен синтез порошка ренанита нагреванием смеси Na₂CO₃ и Са₂Р₂О₇ при 1000°С в течение 10 часов (5). Проведенный таким образом твердофазный синтез ренанита, как это характерно для любого твердофазного синтеза, дает порошок с низкой активностью к спеканию и потребует более высоких температур для формирования керамики на его основе.

Наиболее близким является способ (6) получения материала на основе ренанита NaCaPO₄ из шихты, содержащей соль натрия (гидрокарбонат натрия NaHCO₃) и фосфатат кальция - монетит СаНРO₄, включающий прессование исходной шихты и обжиг при 1300°С в течение 16 часов. Недостатком данного способа является высокая температура и длительность синтеза.

Была поставлена задача разработки способа, который не содержал бы этих недостатков. Задача была решена настоящим изобретением.

В способе получения керамического биодеградируемого материала на основе ренанита, включающем подготовку шихты, содержащей соль натрия и фосфат кальция, формование, обжиг, согласно изобретению в качестве соли натрия шихта содержит хлорид натрия, а в качестве фосфата кальция - карбонатгидроксиапатит, при этом шихту готовят взаимодействием водных растворов хлорида кальция и гидрофосфата натрия в щелочной среде.

Синтез исходной шихты проводят из водных растворов хлорида кальция с концентрацией 0,5-1,0 М и гидрофосфата натрия с концентрацией 0,3-0,6 М. После фильтрования осадка и сушки порошок представляет собой смесь хлорида натрия и карбонатгидроксиапатита с массовым содержанием хлорида натрия 20-35%. Образование ренанита происходит при обжиге сформованных прессованием образцов в интервале температур 800-1200°С в течение 2-6 часов.

При использовании более разбавленных растворов (менее 0,5 М для СаСl₂ и 0,3 М для Nа₂НРO₄) количество хлорида натрия, адсорбированного при синтезе карбонатгидроксиапатита, недостаточно для получения однофазного материала. При использовании более концентрированных растворов (более 1,0 М для CaCl₂ и 0,6 М для Na₂HPO₄) при синтезе образуется чрезвычайно густая суспензия, перемешивание которой затруднено.

Обжиг материала при температуре ниже 800°С с выдержкой при этой температуре менее 2 часов не обеспечивает получения однофазного материала. Обжиг при температуре выше 1200°С с выдержкой при этой температуре более 6 часов ведет к деградации микроструктуры биодеградируемого керамического материала.

Пример 1

1 л 0,75 М раствора хлорида кальция CaCl₂ приливают к 1 л 0,45 М раствора Na₂HPO₄, содержащему в качестве регулятора рН среды NaOH, взятый в 1,2-кратном избытке относительно рассчитанного по реакции (1)

(6Na₂HPO₄+8 NaOH)+10 CaCl₂→Са₁₀(РO₄)₆(ОН)₂+20 NaCl+6H₂O

Порошок исходной шихты после фильтрования и сушки содержит 27% NaCl и 73% карбонатгидроксиапатита Са_10-x/2(РO₄)_6-x(СО₃)_x(ОН)₂. При нагревании в течение 4 часов при 1000°С происходит образование керамического биодеградируемого материала на основе ренанита в соответствии с реакциями, которые формально могут быть записаны следующим образом:

Са_10-x/2(РO₄)_6-x(СО₃)×(ОН)₂→Са₃(РO₄)₂+CO₂↑+H₂O↑(T>600°С)

Са₃(РO₄)₂+2NaCl→2NaCaPO₄+CaCl₂↑(T>750°C)

Аналогично были изготовлены образцы керамического биодеградируемого материала на основе ренанита при заявленных условиях (таблица 1). Из таблицы 1 следует, что при указанных условиях синтеза исходной шихты и указанных условиях термообработки формируется материал, фазовый состав которого представлен фазой ренанита. Такой материал является биодеградируемым керамическим материалом и, следовательно, источником компонентов для формирования гидроксиапатита (Са²⁺, РO₄ ^3-) in vivo.

Таблица 1.
	Условия синтеза	Состав исходной шихты	Термообработка	Фазовый состав
	[Ca2+]	[РO4 3-]	Ca10(РO4)6(ОН)2, %	NaCl, %	Т, °С	t, час
1	0,50 М	0,30 м	80	20	800	2	100% ренанит
2	0,75 М	0,45 М	73	27	1000	4	100% ренанит
3	1,00 М	0,60 М	65	35	1200	6	100% ренанит

Таким образом, экспериментальные данные показывают, что применение заявленного способа позволяет получать материал на основе ренанита из карбонатгидроксиапатита и хлорида натрия, синтезированных из водных растворов хлорида кальция и гидрофосфат натрия.

Литература

1. W.Holland, V.Rheinberger, S.Wegner, M.Frank Needle-like apatite-leucite glass-seramic as a base material for the veneering of metal restorations in dentistry // J. of Materials science: materials in medicine 11 (2000) 11-17.

2. E.Apel, W.Holland, V.Rheinberger Bioactive rhenanite glass ceramic. Патент США US 7,074,730, Jul. 11, 2006.

3. H.K.Rautaray, R.N.Dash, S.K.Mohanty Phosphorus supplying power of some thermally promoted reaction products of phosphate rosks // Fertilizer Research 41 (1995) 67-75.

4. F.P.Glasser, R.P.Gunawardane Fertilizer material from apatite Патент США US 4,436,546, Mar. 13, 1984.

5. W.Suchanek, M.Yashima, M.Kakihana, M.Yoshimura β-Rhenanite (β-NaCaPO4) as weak interphase for hydroxyapatite ceramics // J. of European Ceramic Society 18 (1989) 1923-1929.

6. M.M.A.Ramselaar, P.J.Van Mullem, W.Kalk, F.C.M.Driessens, J.R.Dewijn, A.L.H.Stols In vivo reactions to paniculate rhenanite and particulate hydroxyapatite after implantation in tooth sockets // J. of Materials science: materials in medicine 4 (1993) 311-317.

1. Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе ренанита, включающий подготовку шихты, содержащей соль натрия и фосфат кальция, формование, обжиг, отличающийся тем, что в качестве соли натрия шихта содержит хлорид натрия, а в качестве фосфата кальция - карбонатгидроксиапатит, при этом шихту готовят взаимодействием водных растворов хлорида кальция и гидрофосфата натрия в щелочной среде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют водные растворы хлорида кальция с концентрацией 0,5-1,0 М, а водные растворы гидрофосфата натрия с концентрацией 0,3-0,6 М, что обеспечивает следующее содержание компонентов в исходной шихте, мас.%

хлорида натрия	20-35
карбонатгидроксиапатита	65-80