PL215450B1 - Sposób wytwarzania reaktywnego proszku α fosforanu trójwapniowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania reaktywnego proszku α fosforanu trójwapniowego (aTCP), znajdującego zastosowanie do wytwarzania preparatów kościozastępczych w tym cementów kostnych.

Interesującą grupę implantacyjnych preparatów kościozastępczych opartych na fosforanach wapnia, stanowią cementy kostne (CPCs). Znajdują one zastosowanie w ortopedii, chirurgii twarzo-czaszki, chirurgii stomatologicznej, mogą być stosowane również jako nośniki leków, a także służyć jako skafoldy w inżynierii tkankowej.

Do wytwarzania kompozytowych preparatów CPCs typu cementowego niezbędne są reaktywne proszki odpowiednich fosforanów wapnia np. CaHPO₄, 3Ca₃(PO₄)₂, aCa₃(PO₄)₂, Ca(H₂PO₄)₂.H₂O oraz inne związki np. Ca3(SiO5) czy hydrożele. Jednym z interesujących składników tych cementów, jak również innego typu kompozytów na bazie fosforanów wapnia, jest aCa₃(PO₄)₂ (aTCP).

Wśród stosowanych materiałów implantacyjnych opartych na fosforanach wapnia najmniej jest doniesień na temat aTCP - aCa₃(PO₄)₂. Związek ten, jako faza pojawia się niekiedy w preparatach implantacyjnych opartych na 3TCP i hydroksyapatycie. Stanowi też jeden z podstawowych surowców do otrzymywania cementów kostnych, w których w wyniku hydrolizy przechodzi w hydroksyapatyt. α-TCP wykazuje wyższą, w stosunku do 3TCP i HAp, rozpuszczalność oraz większą skłonność do resorpcji w warunkach in vivo.

Z polskiego opisu patentowego PL190486 znany jest sposób wytwarzania wysokoreaktywnych proszków fosforanów wapnia, który polega na tym, że wytrąca się jednostopniowo osady fosforanów wapnia, dodając powoli do zawiesiny Ca(OH)2 roztwór H3PO4, przy czym ilość wyjściowych reagentów jest taka, aby stosunek molowy CaO:P2O5 wynosił 1,5:1,66, pH środowiska reakcyjnego utrzymuje się w granicach 5 - 11, temperaturę w granicach 18 - 90°C. Równocześnie intensywnie miesza się zawiesinę reakcyjną. Fosforany wapnia wytrącają się w postaci galaretowatych, amorficznych osadów, w których stosunek molowy Ca/P wynosi 1,50 - 1,66. Osady te poddaje się następnie procesowi dojrzewania przez kilkadziesiąt godzin, w następstwie czego ulegają przemianie w niestechiometryczny hydroksyapatyt, w którego strukturze obecne są jony HPO4^-2. Po odfiltrowaniu, wysuszeniu, rozdrobnieniu, praży się je w temperaturze 700 - 900°C, uzyskując wysokoreaktywne proszki, będące mieszaniną HAp i TCP lub monofazowy proszek TCP.

Znany z opisu patentowego P-210026 sposób wytwarzania wysokoporowatego fosforanowo-wapniowego, bioaktywnego tworzywa implantacyjnego polega na tym, że zawiesinę żelowatego amorficznego fosforanu wapnia, uprzednio zsyntezowanego metodą mokrą, o określonym stosunku molowym Ca/P w zakresie 1,45 - 1,75, - przy ewentualnym udziale jonowych modyfikatorów, korzystnie w postaci CO3^-2, Mg⁺², Mn⁺², poddaje się procesowi dojrzewania i sedymentacji, po czym dekantuje i zagęszcza do osadu o wilgotności 75 - 82%. Tak otrzymany placek filtracyjny suszy się do stałej masy w temperaturze 70 - 100°C, po czym poddaje się go obróbce mechanicznej, a otrzymany półprodukt wypala się w temperaturze 400 - 1000°C, w czasie 1 do 5 godzin, uzyskując biozgodne, mikroporowate, charakteryzujące się porowatością otwartą od 50 do 70% z jednomodalnym rozkładem porów w zakresie od 0,05 do 0,5 gm, jedno - lub dwufazowe tworzywo w postaci granul lub kształtek, przy czym w celu uzyskania granul placek filtracyjny po wysuszeniu rozdrabnia się i uzyskane granule rozdziela za pomocą sit na frakcje ziarnowe mieszczące się w przedziale 0,1 - 2 mm, po czym wypala, natomiast w celu uzyskania kształtki implantacyjnej placek po wysuszeniu formuje się odpowiednio, nadając mu żądany kształt, po czym wypala.

Z opisu KR100787526 znany jest sposób otrzymywania sferycznych nanoproszków hydroksyapatytu, α-fosforanu trójwapniowego (aTCP) i β-fosforanu trójwapniowego ^TCP). Syntezę prowadzi się z użyciem Ca(OH)2, H3PO4 i NaOH (w celu utrzymania pH na poziomie 6 - 7). Na mieszaninę Ca(OH)2, H3PO4 oddziaływuje się mikrofalami o dawce 600 - 700 W w czasie 21 - 25 minut.

Znane sposoby otrzymywania reaktywnych proszków fosforanów wapnia w większości dotyczą proszków stanowiących mieszaninę hydroksyapatytu i whitlockitu czyli βTCP.

Trudniej jest uzyskać proszek aTCP. Synteza wysokoreaktywnego czystego fazowo aTCP, bez obecności faz wtórnych, wymaga specyficznego postępowania.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że jako wyjściowe reagenty do wytworzenia reaktywnego proszku aTCP stosuje się Ca(OH)2 o wysokiej czystości chemicznej oraz H3PO4 w takich ilościach, aby stosunek molowy Ca : P wynosił 1,42 - 1,50, pH środowiska reakcyjnego utrzymuje się w granicach 4,0 - 5,5. Wytrącony osad, po wysuszeniu, poddaje się obróbce termicznej w temperaturze

PL 215 450 B1

1230 - 1350°C w czasie 3 - 8 godzin, a następnie rozdrabnia się korzystnie w środowisku alkoholu do ₂ uzyskania proszku o powierzchni właściwej powyżej 3 m²/g.

Otrzymany sposobem według wynalazku wysokoreaktywny materiał jest monofazową ceramiką aTCP, wykazującą właściwości wiążące po zarobieniu wodą. Może on być wykorzystywany nie tylko do wytwarzania cementów kostnych (samodzielnie lub razem z innymi składnikami), ale także służy do wytwarzania bioceramiki na bazie fosforanów z układu aTCP-3TCP-HAp.

P r z y k ł a d:

Syntezą fosforanu trójwapniowego przeprowadza się w środowisku wodnej zawiesiny Ca(OH)2 przez stopniowe dozowanie 0,4 M roztworu H3PO4 przy pH w granicach 4,5 - 5,5. Zawiesinę wytrąconego osadu poddaje się procesowi dojrzewania, sedymentacji, dekantacji i odwirowaniu. Po wysuszeniu w temperaturze 90°C, wstępnym rozdrobnieniu i wypaleniu w temperaturze 1250°C w ciągu 5 godzin otrzymuje się fosforan trójwapniowy w postaci fazy aTCP.

Po zmieleniu w atritorze w środowisku alkoholu etylowego w ciągu 3 godzin uzyskuje się pro₂ szek o powierzchni właściwej około 5,5 m²/g, mający zastosowanie jako materiał wyjściowy do wytwarzania kompozytowych materiałów implantacyjnych, służących do wypełniania ubytków kostnych, w tym opartych na fosforanach wapnia - cementów kostnych.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania reaktywnego proszku a fosforanu trójwapniowego, wykorzystujący metodę mokrą oraz reagenty w postaci Ca(OH)2 oraz H3PO4, znamienny tym, że jako wyjściowe reagenty do wytworzenia reaktywnego proszku aTCP stosuje się Ca(OH)2 o wysokiej czystości chemicznej, oraz H3PO4 w takich ilościach, aby stosunek molowy Ca : P wynosił 1,42 - 1,50, pH środowiska reakcyjnego utrzymuje się w granicach 4,0 - 5,5 wytrącony osad, po wysuszeniu, poddaje się obróbce termicznej w temperaturze 1230 - 1350°C w czasie 3 - 8 godzin, a następnie rozdrabnia się korzystnie w śro₂ dowisku alkoholu do uzyskania proszku o powierzchni właściwej powyżej 3 m²/g.