Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных солевой матрицей

Классы МПК:A61L27/32 фосфорсодержащие материалы, например апатит
A61L27/40 композиционные материалы, те слоистые или содержащие один материал, диспергированный в матрице того же самого или другого материала
B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное агентство по науке и инновациям (RU),
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2008-10-09
публикация патента:

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных солевой матрицей, взаимодействием компонентов, первый из которых содержит катион металла, а второй - содержит анион. Согласно изобретению в качестве первого компонента используют растворимую в воде соль кальция, а в качестве второго компонента растворимый ортофосфат, при этом образуются наночастицы нерастворимого в воде фосфатата кальция, а солевая матрица формируется из растворимого сопутствующего продукта. Содержание наночастиц фосфатов кальция в порошковом композите «оксидные наночастицы/солевая матрица» составляет 65-82 мас.%. Способ направлен на создание эффективных нанотехнологий, с целью предотвращения деградации, то есть агрегации оксидных наночастиц фосфатов кальция. 5 табл.

Изобретение относится к области наноматериалов, в том числе биомедицинского применения, и направлено на создание эффективных нанотехнологий, с целью предотвращения деградации, т.е. агрегации оксидных наночастиц фосфатов кальция состава xCaO·yP 2Os·zH2O.

Для стабилизации наночастиц, т.е. для предотвращения агрегации, применяют синтез наночастиц в мезопористых матрицах, например алюмосиликатных (1) или стеклянных матрицах (2). Однако извлечение наночастиц из таких матриц требует применения агрессивных жидкостей (кислот, щелочей).

Известны способы формирования порошкового композита «наночастицы/солевая матрица» в результате механохимического твердофазного синтеза нанопорошков СеО (3) в результате обменной реакции, ZnO в результате разложения Zn 5(NO3)2(OH)8·2Н 2О (4), и соединения Na0.5Bi0.5TiO 3 с использованием топохимического метода (5) в солевых матрицах. Солевая матрица формируется в твердой фазе отчасти вследствие обменной реакции (3), а также вносится при составлении исходной шихты (3, 4, 5). Однако такие способы не могут быть использованы для формировании порошкового композита «наночастицы/солевая матрица» нанокристаллических фосфатов кальция из-за необходимости при синтезе поддержания постоянной величины рН.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ формирования солевой матрицы для стабилизации оксидных наночастиц, включающий синтез порошкового композита, содержащего солевую матрицу (6), в котором как наночастицы, так и солевая матрица формируются в результате обменной реакции. Недостатком указанного способа также является невозможность регулирования уровня рН, необходимого для синтеза нерастворимых фосфатов.

Целью настоящего изобретения является разработка способа получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных солевой матрицей. Поставленная цель была достигнута настоящим изобретением.

В способе получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных солевой матрицей, взаимодействием компонентов, первый из которых содержит катион металла, а второй - содержит анион, согласно изобретению в качестве первого компонента используют растворимую в воде соль кальция, а в качестве второго компонента растворимый ортофосфат, при этом образуются наночастицы нерастворимого в воде фосфатата кальция, а солевая матрица формируется из растворимого сопутствующего продукта.

Для формирования солевой матрицы с включенными в нее наночастицами фосфата кальция состава xCaO·yP2O5·zH2O (или порошкового композита «наночастицы фосфата кальция/солевая матрица») готовят исходные растворы с концентрацией 0,25-1,00 М для [Са2+] и 0,15-0,60 М для [(РО4) -3]. Порошки после взаимодействия реагентов, отделения осадка и сушки содержат от 8 до 35% адсорбированного сопутствующего продукта реакции, что соответствует содержанию оксидных наночастиц в композите 65-82 мас.%.

При использовании более разбавленных растворов (менее 0,25М для [Са2+] и 0,15 М для [РО4способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 3-]) количество адсорбированного сопутствующего растворимого продукта реакции будет недостаточным для предотвращения агрегации наночастиц в порошковом композите. При использовании более концентрированных растворов (более 1,0 М для [Са2+ ] и 0,6 М для [(РО4)3-]) количество адсорбированного продукта практически не возрастает, что связано с ограниченной адсорбционной емкостью поверхности наночастиц фосфата кальция.

Пример 1

1 л 0,5 М раствора хлорида кальция CaCl2 приливают к 1 л 0,3 М раствору Na 2HPO4, содержащему в качестве регулятора рН среды NaOH, взятый в 1,2-кратном избытке относительно рассчитанного по реакции, при рН=8-10, Т=60°С (1)

способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119

Синтезированный порошок после отделения осадка и сушки представляет собой порошковый композит «наночастицы фосфата кальция/солевая матрица», в котором наночастицы фосфата кальция - это наночастицы гидроксиапатита, а солевая матрица - хлорид натрия. Порошковый композит содержит 80% Са 10(PO4)6(ОН)2 и 20% NaCl. Хлорид натрия в данном случае представляет собой физическое препятствие для протекания агрегации наночастиц гидроксиапатиата. Хранение наночастиц гидроксиапатита в солевой матрице сопутствующего продукта возможно в течение длительного времени при нормальных условиях, без нагревания до температуры плавления солевой матрицы. Извлечение нанопорошка из солевой матрицы проводят промыванием полученного порошка водой. Аналогично были извлечены нанопорошки гидроксиапатита, синтезированные по реакции (1) из растворов других концентраций (Таблица 1). Из таблицы следует, что при указанных условиях извлечения нанопорошка из солевой матрицы размер частиц составляет 20-40 нм. Для получения нанокерамики предпочтительно коллоидное формование из суспензии наночастиц гидроксиапатита, извлеченных из солевой матрицы.

Таблица 1
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 Условия синтеза Состав порошкового композита Средний размер частиц в суспензии, после удаления стабилизирующей солевой матрицы
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 [Ca2+ ][PO4 способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 3-] наночастицыматрица способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 Са10 (PO4)6(ОН)2 NaCl, %способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119
10,25 М 0,15 М92 820-40 нм
2 0,50 М0,30 М 80 2020-40 нм
3 1,00 М0,60 М 65 3520-40 нм

Пример 2

1 л 0,3 М раствора (NH4)2HPO4 приливают к 1 л 0,5 М раствора нитрата кальция Са(NO3 )2, содержащему в качестве регулятора рН среды NH 4OH, взятый в 1,2-кратном избытке относительно рассчитанного по реакции (2), при рН=9, Т=60°С.

способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119

Синтезированный порошок после отделения осадка и сушки представляет собой порошковый композит «наночастицы фосфата кальция/солевая матрица», в котором наночастицы фосфата кальция - это наночастицы гидроксиапатита, а солевая матрица - нитрата аммония. Порошковый композит «наночастицы фосфата кальция/солевая матрица» содержит 80% Са10 (PO4)6(ОН)2 и 20% NH4 NO3. Нитрат аммония в данном случае представляет собой физическое препятствие для протекания агрегации наночастиц гидроксиапатиата. Хранение наночастиц гидроксиапатита в солевой матрице сопутствующего продукта возможно в течение длительного времени при нормальных условиях, без нагревания до температуры плавления или термического разложения солевой матрицы. Извлечение нанопорошка из солевой матрицы проводят промыванием полученного порошка водой.

Аналогично были извлечены нанопорошки гидроксиапатита, синтезированные по реакции (2) из растворов других концентраций (Таблица 2). Из таблицы следует, что при указанных условиях извлечения нанопорошка из солевой матрицы размер частиц составляет 20-40 нм. Для получения нанокерамики предпочтительно коллоидное формование из суспензии наночастиц гидроксиапатита, извлеченных из солевой матрицы.

Таблица 2
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 Условия синтеза Состав порошкового композита Средний размер частиц в суспензии, после удаления стабилизирующей солевой матрицы
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 [Ca2 +][PO 4способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 3-] наночастицыматрица
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 Са10 (РО4)6(ОН)2, % NH4NO3, % способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119
10,25 М 0,15 М92 830-60 нм
2 0,50 М0,30 М 80 2030-60 нм
3 1,00 М0,60 М 65 3530-60 нм

Для извлечения нанопорошка гидроксиапатита из солевой матрицы нитрата аммония возможен также другой способ извлечения, который связан с относительно низкой температурой разложения нитрата аммония, которая лежит в интервале 150-250°С. Для такого способа извлечения нанопорошка гидроксиапатиата в солевой матрице нитрата аммония проводят в интервале 300-400°С в течение 3-6 часов. При обработке при температуре ниже 300°С и менее 3 часов не удается полностью освободить порошок от солевой матрицы. При обработке при температуре выше

400°С и дольше 6 часов возможно протекание начальной стадии спекания, ведущей как к уменьшению удельной поверхности, так и к увеличению размера частиц.

Аналогично были извлечены нанопорошки гидроксиапатита, синтезированные по реакции (2) из растворов других концентраций (Таблица 3). Из таблицы следует, что при указанных условиях извлечения нанопорошка из солевой матрицы удельная поверхность порошка составляет 40-60 м2/г. Восстановленный порошок гидроксиапатита может быть использован для получения нанокерамики с использованием холодного гидростатического прессования.

Таблица 3
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 Состав порошкового композита Т обработки, °С Длительность, час Удельная поверхность, м2
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 наночастицы матрица
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 Са10 (РО4)6(ОН)2,% NH4NO3, %
192 8300 240-60
2 8020 3504 40-60
365 35400 640-60

Пример 3

1 л 0,5 М раствора ацетата кальция Са(СН3СОО) 2 приливают к 1 л 0,3 М раствора K2HPO4 , содержащему в качестве регулятора рН среды КОН, взятый в 1,2-кратном избытке относительно рассчитанного по реакции, рН=8-11, Т=60°С (3)

способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119

Синтезированный порошок после отделения осадка и сушки представляет собой порошковый композит «наночастицы фосфата кальция/солевая матрица», в котором наночастицы фосфата кальция - это наночастицы гидроксиапатита, солевая матрица - ацетат калия. Порошковый композит «наночастицы фосфата кальция/солевая матрица» содержит 80% Са10(PO 4)6(ОН)2 и 20% KCH3COO. Ацетат калия в данном случае представляет собой физическое препятствие для протекания агрегации наночастиц гидроксиапатиата. Хранение наночастиц гидроксиапатита в солевой матрице сопутствующего продукта возможно в течение длительного времени при нормальных условиях, без нагревания до температуры термического разложения солевой матрицы. Извлечение нанопорошка гидроксиапатита из солевой матрицы проводят промыванием полученного порошка водой.

Аналогично были извлечены нанопорошки гидроксиапатита, синтезированные по реакции (3) из растворов других концентраций (Таблица 4). Из таблицы следует, что при указанных условиях извлечения нанопорошка гидроксиапатита из солевой матрицы размер частиц составляет 30-50 нм. Для получения нанокерамики предпочтительно коллоидное формование из суспензии наночастиц гидроксиапатита, извлеченных из солевой матрицы.

Таблица 4
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 Условия синтеза Состав порошкового композита Средний размер частиц в суспензии, после удаления стабилизирующей солевой матрицы
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 [Са2+ ][PO4 способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 3-] способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 Са10 (PO4)6(ОН)2, % KCH3COO, %
10,25 М 0,15 М92 830-50 нм
2 0,50 М0,30 М 80 2030-50 нм
3 1,00 М0,60 М 65 3530-50 нм

Пример 4

1 л 0,5 М раствора хлорида кальция CaCl2 приливают к 1 л 0,5 М раствора Na2HPO4, по реакции рН=4, Т=40°С (4)

способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119

Синтезированный порошок после отделения осадка и сушки представляет собой порошковый композит «наночастицы фосфата кальция/солевая матрица», в котором наночастицы фосфата кальция - это наночастицы брушита CaHPO4·2H 2O, солевая матрица - хлорида натрия NaCl. Порошковый композит «наночастицы фосфата кальция/солевая матрица» содержит 80% CaHPO4·2H2O и 20% NaCl. Хлорид натрия в данном случае представляет собой физическое препятствие для протекания агрегации наночастиц монетита. Хранение наночастиц брушита в солевой матрице сопутствующего продукта возможно в течение длительного времени при нормальных условиях, без нагревания до температуры плавления солевой матрицы. Извлечение нанопорошка из солевой матрицы проводят промыванием полученного порошка водой.

Аналогично были извлечены нанопорошки брушита, синтезированные по реакции (4) из растворов других концентраций (Таблица 5). Из таблицы следует, что при указанных условиях извлечения нанопорошка из солевой матрицы размер частиц составляет 40-60 нм. Для получения нанокерамики предпочтительно коллоидное формование из суспензии наночастиц брушита, извлеченных из солевой матрицы.

Таблица 5
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 Условия синтеза Состав порошкового композита Средний размер частиц в суспензии, после удаления стабилизирующей солевой матрицы
способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 [Ca 2+][PO 4способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных   солевой матрицей, патент № 2391119 3-] CaHPO4·2H2O, % NaCl, %
10,25М 0,25М92 840-60 нм
2 0,50М0,50М 80 2040-60 нм
3 1,00М1,00М 65 3540-60 нм

Литература

1. Третьяков Ю.Д., Лукашин А.В., Елисеев А.А. Синтез функциональных нанокомпозитов на основе твердофазных нанореакторов. // Успехи химии. 2004, Т.73, № 9, С.974-998.

2. Matthew J. Dejneka, Christy Powell, Nick Borrelli, Dimitre Ouzounov, Alex Gaeta Transparent Magnetic Glass-Ceramics II J. Am. Ceram. Soc. 2005, Vol.88. № 9. P.2435-2441.

3. T.Tsuzuki and P.G. McCormick, Synthesis of ultrafine ceria powder by mechanochemical processing// J. Am. Ceram. Soc. 2001, Vol.84, № 7 P.1453-1458.

4. Chong Phui Fah, Junmin Xue, John Wang nanosized Zinc-oxide particle derived from mechanical activation of Zn5(NO3)8*2H2O in sodium cloride // J. Am. Ceram. Soc. 2002, Vol.85. № 1. P.273-275.

5. J.T.Zeng, K.W.Kwok, W.K.Tam, H.Y.Tian, X.P.Jiang, and H.L.W.Chan, Plate-like Na0.5Bi0.5TiO3 template synthesized by topochemical method // J. Am. Ceram. Soc. 2006. Vol.89, № 12, P.3850-3853.

6. T.Tsuzuki, W.T.A.Harrison, P.G.McCormick. Synthesis of ultrafine gadolinium oxide powder by mechanochemical processing // J. Alloys and compounds, 1998, Vol.281, P.146-151.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения порошкового композита - наночастицы фосфата кальция/солевая матрица - взаимодействием компонентов, первый из которых содержит катион металла, а второй - содержит анион, отличающийся тем, что в качестве первого компонента используют растворимую в воде соль кальция с концентрацией 0,25-1,00 М для [Са2+], а в качестве второго компонента растворимый ортофосфат с концентрацией 0,15-1,00 М для [(PO4) 3-], при этом образуются наночастицы нерастворимого в воде фосфатата кальция, а солевая матрица формируется из растворимого сопутствующего продукта, содержание наночастиц фосфатов кальция в порошковом композите составляет 65-82 мас.%.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2391119

patent-2391119.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс A61L27/32 фосфорсодержащие материалы, например апатит

Патенты РФ в классе A61L27/32:
материал заменителя костной ткани -  патент 2529802 (27.09.2014)
способ получения карбонатгидроксилапатита из модельного раствора синовиальной жидкости человека -  патент 2526191 (20.08.2014)
способ увеличения прочности цементов для медицины -  патент 2524614 (27.07.2014)
способ получения наноструктурированного кальций-фосфатного покрытия для медицинских имплантатов -  патент 2523410 (20.07.2014)
способ получения лантансодержащего покрытия -  патент 2494764 (10.10.2013)
способ изготовления внутрикостного стоматологического имплантата с углеродным нанопокрытием -  патент 2490032 (20.08.2013)
остеоинтеграционное покрытие на ортопедические и стоматологические титановые имплантаты -  патент 2472532 (20.01.2013)
способ нанесения биоактивного нано- и микроструктурированного кальцийфосфатного покрытия на имплантат из титана и его сплавов -  патент 2444376 (10.03.2012)
способ получения биологически активного покрытия -  патент 2428207 (10.09.2011)
кальций-фосфатное биологически активное покрытие на имплантате и способ его нанесения -  патент 2423150 (10.07.2011)

Класс A61L27/40 композиционные материалы, те слоистые или содержащие один материал, диспергированный в матрице того же самого или другого материала

Патенты РФ в классе A61L27/40:
способ получения лантансодержащего покрытия -  патент 2494764 (10.10.2013)
крупнопористый и хорошо рассасываемый апатитовый кальций-фосфатный цемент -  патент 2493879 (27.09.2013)
биоинженерный коллагеновый конструкт, модифицированный кишечный коллагеновый слой, переработанный тканевый матрикс и способ восстановления или замещения поврежденной ткани -  патент 2481114 (10.05.2013)
полимерный композиционный материал -  патент 2477627 (20.03.2013)
тепловыделяющие биосовместимые керамические материалы -  патент 2323014 (27.04.2008)
способ отмывки армирующих материалов от замасливателей при изготовлении протезно-ортопедических изделий из слоистых пластиков -  патент 2323013 (27.04.2008)
заливочная композиция для стимуляции образования кости и сращения кости, содержащая сульфат кальция и вязкие биополимеры -  патент 2296588 (10.04.2007)
политетрафторэтиленовая мембрана для направленной регенерации околозубных тканей -  патент 2257232 (27.07.2005)
способ контурной пластики, восстановления, коррекции, устранения или замещения дефектов, повреждений или деформаций костной или хрящевой ткани и имплантат для его реализации -  патент 2218895 (20.12.2003)
мембрана для использования при направленной регенерации тканей -  патент 2217171 (27.11.2003)

Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур

Патенты РФ в классе B82B3/00:
способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок -  патент 2529604 (27.09.2014)
многослойный композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения -  патент 2529494 (27.09.2014)
способ функционализации углеродных наноматериалов -  патент 2529217 (27.09.2014)
нанокомпонентная энергетическая добавка и жидкое углеводородное топливо -  патент 2529035 (27.09.2014)
способ получения насыщенных карбоновых кислот -  патент 2529026 (27.09.2014)
способ получения катализатора для процесса метанирования -  патент 2528988 (20.09.2014)
способ модифицирования углеродных нанотрубок -  патент 2528985 (20.09.2014)
полимерный медьсодержащий композит и способ его получения -  патент 2528981 (20.09.2014)
композиции матриксных носителей, способы и применения -  патент 2528895 (20.09.2014)
полимерное электрохромное устройство -  патент 2528841 (20.09.2014)

Наверх