[LT] Išradimas priklauso biomedicinos medžiagoms, naudojamoms biotechnologijoje ir medicinoje, kurios gaunamos kalcio hidroksiapatito sintetinimo būdu, naudojant natūralias gausiai kalcio turinčias žaliavas. Kalcio hidroksiapatito sintetinimo būdas, apimantis natūralios pradinės žaliavos paruošimą, kurio metu ją mechaniškai nuvalo, plauna, džiovina ir susmulkina iki miltelių pavidalo bei sintetina vandeniniu zolių-gelių būdu. Kaip natūrali pradinė žaliava yra naudojamos jūros kriauklės, kur minėti jūros kriauklių milteliai tirpinami vandeniniame tirpale, kurį sudaro: azoto rūgštis 2M HNO3 nuo maždaug 62,0 iki maždaug 63,0 masės%, etilendiamintetraacto rūgštis (EDTA) nuo maždaug 5,0 iki maždaug 10,0 masės%, ir diamoniovandenilio tetraoksofosfatas (NH4)2HPO4 nuo maždaug 2,5 iki maždaug 5,0 masės%, gautą sumaišytų medžiagų tirpalą šildo iki maždaug 70 °C ir sumaišo su šlapalo CO(NH2)2 vandeniniu tirpalu, gaunant tirpalą, kurio pH yra ribose nuo maždaug 7 iki maždaug 10, po to esant maždaug 90 °C temperatūrai vykdo tirpalo koncentraciją jį maišant, kol tirpalas virsta skaidriu klampiu geliu. Gautą gelį džiovina, smulkina bei kaitina, gaunant hidroksiapatito miltelius.
[EN] The invention relates to biomedical materials for use in biotechnology and medicine, which are obtained from calcium hydroxyapatite using natural calcium-rich raw materials. Synthesis of calcium hydroxyapatite, comprises providing natural starting material by mechanical cleaning, washing, drying and grounding to the powder and is synthesized by sol-gel method. As a natural starting material is used sea-shell, wherein said shell should be dissolved in an aqueous solution containing nitric acid 2M HNO3 from about 62.0 to about 63.0 % by weight, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) from about 5.0 to about 10.0 % by weight, and diammonium hydrogen tetraoxophosphate (NH4)2HPO4 from about 2.5 to about 5.0 % by weight, the obtained mixed materials solution is heated to about 70 °C and mixed with an aqueous solution of urea CO(NH2)2 to obtain a solution with pH ranging from about 7 to about 10 and then at about 90 °C is carried out concentration of the solution with stirring until the solution becomes a clear viscous gel. The gel is dried, crushed and heated to form a hydroxyapatite powder.
[0001] Išradimas priklauso biomedicinos medžiagoms, gaunamoms kalcio hidroksiapatito sintetinimo būdu, naudojant natūralias gausiai kalcio turinčias žaliavas, bei naudojamoms biotechnologijoje ir medicinoje, pavyzdžiui ortopedijoje bei odontologijoje kaulų pakaitalams gaminti,
[0002] Yra žinomi kalcio hidroksiapatito (CHAp) sintezės būdai zolių-gelių metodu, kuriuose pradinėmis medžiagomis naudojami kalcio alkoholiatai ir fosforo organiniai junginiai, ir daug zolių-gelių metodo variantų vandeniniuose tirpaluose. Kalcio hidroksiapatito zolių-gelių sintezės nevandenėje terpėje būdas, fosoforo pradinėmis medžiagomis naudojant įvairius dialkilfosfitus. Ca-P-O geliai hidroksiapatitui sintetinti buvo gauti lėtai hidrolizuojant kalcio butanoato arba kalcio acetilacetonato ir dialkilfosfito mišinius. Vienfaziai Ca10(PO4)6(OH)2 pavyzdžiai buvo gauti kaitinant pradinius Ca-P-O gelius 15 valandų 1000 oC temperatūroje. Minėti būdai aprašyti A. Beganskienė, I. Bogdanovičienė, A. Kareiva. Chemija. 2-3 (2006) 16. ir M. L. Montero, A. Saenz, V. M. Castano. J. Mater. Sci. 39 (2004) 339.
[0003] Yra žinoma, kad CHAp sintetinti pradinėmis medžiagomis taip pat yra naudojamos gamtinės natūralios medžiagos: koralai, kaulai ar kiaušinių lukštai. Šie būdai aprašyti U. Ripamonti, J. Crooks, L. Khoali, L. Roden. Biomater. 30 (2009) 1428; K. P. Sanosh, M. C. Chu, A. Balakrishnan. Mater. Lett. 63 (2009) 2100. S. Joschek, B. Nies, R. Krotz, A. Goepferich. Biomater. 21 (2000) 1645.
[0004] Išradimo aprašyme pagal Korėjos patentinę paraišką KR20090119303 (A) aprašytas kalcio hidroksiapatito (CHAp) sintezės būdas naudojant kalcio turinčią natūralią pradinę žaliavą, tokią kaip gyvulių kaulai, apimantis organinių medžiagų sintetinimą iš stuburinių gyvūnų ir žuvų kaulų 2-3 val. esant 600-800 °C.; prisotinto tirpalo gamybą, tirpinant susintetintus kaulus neorganinės rūgšties tirpale; prisotinto tirpalo filtravimą, pašalinant sunkiuosius metalus, pirmojo sumaišyto tirpalo ir antrojo sumaišyto tirpalo gamybą; kristalinio hidroksiapatito gamybą kaitinant sumaišytus tirpalus 12-48 val; plovimą ir džiovinimą.
[0005] Žinomo būdo trūkumas yra tai, kad vykdomas kaulų deginimas, kuris reikalauja aukštos temperatūros bei skleidžia nuodingas, blogo kvapo išmetamąsias medžiagas, dėl ko reikalinga speciali neutralizavimo įranga, todėl brangsta kalcio hidroksiapatito (CHAp) sintezės įranga.
[0006] Išradimo aprašyme pagal Kinijos patentą CN102070131 (A) aprašytas aukšto grynumo hidroksiapatito (HA) gamyba iš kiaušinio lukštų esant hidroterminėms sąlygoms; susintetinto HA savybės yra panašios į natūralų HA skeletą. Vienetinės HA dalelės yra nanodydžio, bei HA nanodalelės susijungia į mikrono dydžio granules. Žinomame būde naudojami gausiai kalcio turintys panaudotų kiaušinių lukštai ir HA sintetinimui naudojamas tinkamas būdas.
[0007] Žinomo būdo trūkumas yra tai, kad kiaušinių lukštų utilizavimui reikalinga brangi kiaušinių utilizavimo technika. Be to HA sintetinimui naudojamos hidroterminės sąlygos, t. y. reikalingas aukštas slėgis ir atitinkama brangi, pavojinga aparatūra.
[0008] Išradimu siekiama sukurti paprastesnį, švaresnį, netoksišką, aplinkai draugišką darniosios chemijos vandeninėje terpėje kalcio hidroksiapatito CHAp sintetinimo būdą, bei supaprastinti ir atpiginti pasiūlyto būdo realizavimo įrangą.
[0009] Pagal pasiūlytą išradimą kalcio hidroksiapatito sintetinimo būde, naudojant kalcio turinčią natūralią pradinę žaliavą, apimančiame šiuos etapus:
[0010] - minėtą natūralią pradinę žaliavą paruošia ją mechaniškai nuvalant, plaunant ir džiovinant,
[0011] - paruoštą pradinę žaliavą susmulkina iki miltelių pavidalo,
[0012] - pradinės žaliavos gautus miltelius sintetina vandeniniu zolių-gelių būdu maišant gautus miltelius su diamoniovandenilio tetroksofosfato (NH4)2HPO4 vandeniniu tirpalu, gaunant sumaišytų medžiagų suspensiją,
[0013] - gautą suspensiją koncentruoja, išgarinant iš jos vandenį, kol tirpalas virsta skaidriu klampiu geliu, po to gautą gelį džiovina, smulkina bei kaitina, gaunant hidroksiapatito miltelius, kur
[0014] minėta natūrali pradinė žaliava yra jūros kriauklės,
[0015] minėtame sintetinimo etape papildomai naudoja etilendiamintetraacto rūgštį (EDTA), kur sintetinimo metu minėti jūros kriauklių milteliai tirpinami vandeniniame tirpale, kurį sudaro:
[0016] azoto rūgštis 2M HNO3 nuo maždaug 62,0 iki maždaug 63,0 masės %,
[0017] etilendiamintetraacto rūgštis (EDTA) nuo maždaug 5,0 iki maždaug 10,0 masės %, ir
[0018] diamoniovandenilio tetroksofosfatas (NH4)2HPO4 nuo maždaug 2,5 iki maždaug 5,0 masės % ,
[0019] gautą sumaišytų medžiagų tirpalą šildo iki maždaug 70 °C ir sumaišo su šlapalo CO(NH2)2 vandeniniu tirpalu, gaunant tirpalą, kurio pH gali būti nuo maždaug 7 iki maždaug 10, po to esant maždaug 90 °C temperatūrai vykdo tirpalo koncentraciją jį maišant, kol tirpalas virsta skaidriu klampiu geliu, o po to gautą gelį džiovina, smulkina bei kaitina, gaunant hidroksiapatito miltelius.
[0020] Jūros kriauklės yra Macoma balthica surinktos Baltijos jūros Lietuvos pakrantėje.
[0021] Gautą gelį džiovina krosnyje esant maždaug 100 °C, susmulkina iki 1-3 μm ir kaitina aplinkos ore 10 h keliant temperatūrą greičiu 2 °C/min iki maždaug 1000 °C temperatūros.
[0022] Sintetinant CHAp pasiūlytu naujuoju darniosios (žaliosios) chemijos sintezės būdu, naudojant biogeninę medžiagą – Baltijos jūros kriaukles galima susintetinti nanostruktūrintą CHAp (kristalitų dydis nuo 100 nm iki 500 nm). Pasiūlytu būdu leidžia gauti nanostruktūrintą kalcio hidroksiapatitą ir efektyviai jį panaudoti biotechnologijoje ir medicinoje.
[0023] Fig.1 Pavaizduotos susintetinto Ca10(PO4)6(OH)2 iš Baltijos jūros kriauklių rentgeno spindulių (XRD) difraktogramos.
[0024] Fig.2 Pavaizduota susintetinto Ca10(PO4)6(OH)2, naudojant Baltijos jūros kriaukles skenuojančios elektroninės mikroskopijos (SEM) nuotrauka.
[0025] Naudojamos Baltijos jūros Macoma balthica (L.) kriauklės buvo surinktos Lietuvoje, Palangos pajūryje. Jūros kriauklės buvo valomos mechaniškai, plaunamos verdančiu vandeniu ir džiovinamos 24 val. kambario temperatūroje. Po to, kriauklių ėminys trinamas agatinėje grūstuvėje iki miltelių pavidalo. CHAp sintetinamas vandeniniu zolių-gelių metodu, tirpinant jūros kriaukles (1,055 g) azoto rūgštyje 2M (HNO3) su EDTA (8,767 g) ir (NH4)2HPO4 (2,376 g), ištirpintus distiliuotame vandenyje. Gautas skaidrus bespalvis tirpalas pašildomas iki 70 °C ir sumaišomas su šlapalo CO(NH2)2 vandeniniu tirpalu, gaunant tirpalą, kurio pH yra nuo maždaug 7 iki maždaug 10. Po to gautas tirpalas koncentruojamas atviroje stiklinėje, esant 90 °C temperatūrai bei maišomas. Maišymas baigiamas tuomet, kai tirpalas virsta skaidriu, klampiu geliu. Gautas gelis džiovinamas krosnyje esant apie 100 °C po to sumalamas agatinėje grūstuvėje ir kaitinamas aplinkos ore 10 h 1000 °C temperatūroje (temperatūros kėlimo greitis 2 °C/min).
[0026] Pavyzdys
[0027] CHAp sintetinti vandeniniu zolių-gelių metodu Ca ir P šaltiniais pasirinkti jūros kriauklės ir diamoniovandenilio tetroksofosfatas (NH4)2HPO4. Jūros kriauklės (1,055 g) ištirpinamos 100 ml 2M HNO3, tirpale, kuris praskiedžiamas iki 500 ml ir maišant pridedama kaip kompleksuojančio reagento etilendiamintetraacto EDTA (8,767 g) bei 100 ml (NH4)2HPO4 (2,376 g) vandenio tirpalo. Gautas skaidrus bespalvis tirpalas, sušildomas iki 70 °C ir maišomas 10 min su šlapalo CO(NH2)2 vandeniniu tirpalu ganant tirpalą, kurio pH yra intervale tar 7 ir 10. Mišinys įgauna balkšvą spalvą. Po 1 valandos intensyvaus maišymo toje pačioje temperatūroje uždengtoje stiklinėje, tirpalas koncentruojamas atviroje stiklinėje, esant tai pačiai 70 °C temperatūrai. Maišymas baigiamas tuomet, kai tirpalas virsta baltu, klampiu geliu. Gauti Ca-P-O geliai džiovinami 24 h krosnyje (100 °C), sumalti agato grūstuvėje ir kaitinami aplinkos ore 5 h 1000 °C temperatūroje (temperatūros kėlimo greitis 2 °C/min). Papildomai milteliai grūdami agatinėje grūstuvėje ir vėl kaitinami aplinkos ore 5 h 1000 °C temperatūroje. Susidaro vienfazis Ca10(PO4)6(OH)2.
[0028] Lentelėje parodytos CHAp sintezės sąlygos.
[0029] Pavyzdys Kriauklių masė (g) CHAp kiekis (%)
[0030]
[0031] Pasiūlyto išradimo CHAp sintezės būde naudojant Baltijos jūros kriaukles Macoma balthica (L.), surinktas Lietuvoje, galima efektyviai susintetinti vienfazį CHAp (1 paveikslas). Parodyta, kad keičiant pradinių medžiagų kiekius, galima keisti Ca10(PO4)6(OH)2 fazinę sudėtį (1 lentelė). Parodyta, kad šis sintezės metodas leidžia susintetinti nanostruktūrintą kalcio hidroksiapatitą (2 paveikslas).
1. Kalcio hidroksiapatito sintetinimo būdas, naudojant kalcio turinčią natūralią pradinę žaliavą, apimantis šiuos etapus:
-minėtą natūralią pradinę žaliavą paruošia ją mechaniškai nuvalant, plaunant ir džiovinant,
-paruoštą pradinę žaliavą susmulkina iki miltelių pavidalo,
-pradinės žaliavos gautus miltelius sintetina vandeniniu zolių-gelių būdu, maišant gautus miltelius ir diamoniovandenilio tetroksofosfato (NH4)2HPO4 vandeniniame tirpale, gaunant sumaišytų medžiagų suspensiją,
-gautą suspensiją koncentruoja, išgarinant iš jos vandenį, kol tirpalas virsta skaidriu klampiu geliu, po to gautą gelį džiovina, smulkina bei kaitina, gaunant hidroksiapatito miltelius
b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad
minėta natūrali pradinė žaliava yra jūros kriauklės,
minėtame sintetinimo etape papildomai naudoja etilendiamintetraacto rūgštį (EDTA), kur sintetinimo metu minėti jūros kriauklių milteliai tirpinami vandeniniame tirpale, kurį sudaro:
azoto rūgštis 2M HNO3 nuo maždaug 62,0 iki maždaug 63,0 masės%,
etilendiamintetraacto rūgštis (EDTA) nuo maždaug 5,0 iki maždaug 10,0 masės%, ir
diamoniovandenilio tetroksofosfatas (NH4)2HPO4 nuo maždaug 2,5 iki maždaug 5,0 masės %,
gautą sumaišytų medžiagų tirpalą šildo iki maždaug 70 °C ir sumaišo su šlapalo CO(NH2)2 vandeniniu tirpalu, gaunant tirpalą, kurio pH yra ribose nuo maždaug 7 iki maždaug 10, po to esant maždaug 90 °C temperatūrai vykdo tirpalo koncentraciją jį maišant, kol tirpalas virsta skaidriu klampiu geliu, o po to gautą gelį džiovina, smulkina bei kaitina, gaunant hidroksiapatito miltelius.
2. Būdas pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad jūros kriauklės yra Macoma balthica, surinktos Baltijos jūros Lietuvos pakrantėje.
3. Būdas pagal pagal 1 arba 2 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad gautą gelį džiovina krosnyje, esant maždaug 100 °C, susmulkina iki 1-3 μm ir kaitina aplinkos ore 10 h, keliant temperatūrą 2 °C/min iki maždaug 1000 °C temperatūros.