Моно және дифосфат негізінде алынған аморфты кальций фосфатының синтезі

Медициналық мақсаттағы материалдардың - прекурсорлар негізі ретінде кальцийфосфатты заттардың құрамы және құрылысы зерттелінді; аморфты материалдардың қалыптасуын қамтамасыз ететін оптимальды жағдайлар анықталынды. Натрий монофосфаты және гидроксоапатиттің кристалдануының ингибиторы ретінде – натрий дифосфаты қатысында сулы ерітінділерді кальций хлоридімен тұндыруы арқылы алынған аморфты материалдар сипатталған және олардың құрылысын зерттеудің нәтижелері келтірілген.

Кіріспе.

Соңғы уақытта кальцийдің фосфорқышқылды тұзы - гидроксоапатит адам сүйек тканінің базалық негізін құрайды. Медицинада бұрын тәжірибе жүзінде сүйек ауруларымен байланысты проблемаларды шешу мақсатында табиғи донорлық материалдарды пайдаланылу қазіргі кезеңде тоқтатылған. Синтетикалық кальций фосфаттарын зақымдалған немесе жойылған сүйек тканьдерін емдеу, қалпына келтіру және алмастыру үшін әртекті материалдар мен заттарды алу бағытында жетістіктермен пайдалануға болады. Қазірдің өзінде гидроксиапатит, сондай-ақ оның жақын гомологы, трикальцийфосфат, әртүрлі биоматериалдар құрамында кеңінен қолданылады Стоматологиялық материалдарды алу жолардын жетілдіруде профессор А.А.Седунов ең алғаш рет конструкциялық биоситал-материалын алу мақсатында терең ғылыми жұмыс жасады. Ситалға жүргізілген эксперименталды, лабораториялық және клиникалық эксперименттердің нәтижесінде биоситал алынды [1,2]. Қазіргі таңда кобальт пен хром негізінде алынған құймаларды қолдану жиі байқалып келеді [3,4] Гидроксоапатит, үшкальцийліфосфат, кальций дифосфаты және кальций полифосфаты егізінде алынған керамика және шыныкерамика ортопедия мен стоматологияда қолданылады. Кальцийфосфатты керамика алу жолдарының бірі – қарама – қарсы қышыл – негізді қасиет көрсететін екі типті фосфаттардың реакцияласуы. Мысалы, монофосфат пен дифосфаттың реакцияға түсуі. Бір уақытта монофосфат пен дифорфат бар сулы ерітінділерді тұндыру арқылы гидроксоапатит және кальций дифосфаты негізіндегі материалдар тобы алынды. Алынған өнімдердің құрамында аморфты табиғатқа ие және құрамына суспензия ажырауы нәтижесінде бөлінетін күл кіреді. Тұнған өнімдердің молекулалық негізі гидроксоапаптит пен дифосфат болғанымен, бұл заттар дара түрде емес, мүмкін, кристалдық емес субмолекулалы бөлшектер түрінде болады. Фосфорқышқылды тұз гидроксоапатит,

Ca5(PO4)3OH, заманауи ортопедия мен стоматологияда қолданылады. Оның негізінде керамикалық материалдар [5], адамның сүйектері мен тістерінің ауруларын емдеуге арналған ресторативті құралдар [6], дәрілік заттарды тасымалдаушылар [7] жасалған. Бірақ, сірә, көбінесе гидроксоапатит металдан жасалған протездердің бетіне жағуда тірі тіндермен биоүйлесімділігі мақсатында қолданылады [8]. Әдетте, жоғарыда айтылып кеткен мақсатта кристалдық тұз қолданылады, алайда, дұрысы бұл қосылыстың аморфты формасы болар еді, оның термодинамикалық тұрақсыздығының себебінен биодегратацияға қабілеттілігі мен химиялық активтілігі жоғары. Соңғы кезге дейін аморфты фазалар тек металдардың бетіне плазмалы тозаңдатылған гидроксоапатитте анықталған [9]. Бірақ жақында химиялық жолмен алынған аморфты гидроксоапатиттің болуының айғақтары пайда болды [10-11]. Соңғы басылымдардың авторлары оны монофосфаттың ерітінділерінен апатитті кристалдардың өсуіне кедергі келтіретін заттар қатысында тұнбаға түсірген [12,13]. Аморфты табиғатының дәлелі ретінде рентгенді фазалы анализдің және нейтрондарды шашу спектроскопиясының нәтижелері алынды. Гидроксиапатит және кальций-магний аморфты фосфаттары медициналық мақсаттағы материалдардың - прекурсорлар негізі ретінде химиялық құрамы, оларды өңдеу шарттары, сондай-ақ, қалыптасатын керамиканың микроқұрылымын анықтайтын бастапқы факторға жатады. Бұл хабарландыруда сәйкес заттардың бір уақытта монофосфат және дифосфат бар сулы ерітінділерді тұндыруы арқылы алынуы сипатталған және олардың құрылысын зерттеудің нәтижелері келтірілген.

Материалдар және әдістер.

Жұмыс барысында реактивты натрий гидро және дифосфаттары қолданылды. Өнім алу мақсатында фосфаттардың сулы ерітінділері бір бірімен қажет қатынаста араластырылды және дәл сондай концентрациялы кальций хлоридімен өңделді. Сонымен қатар реагенттердің біреуі ташылап екіншісіне қарқынды түрде араластырылып отырды. Ортаның қышқылдық көрсеткіші рН – 8 деңгейінде және бөлме температурасында болды. Сулы суспензия түрінде тұндырылып алынған заттар дистилденген сумен Cl- иондары ерітіндіден кеткенше бірнеше рет шайылды. Бұдан кейін суспензия 1 -2 күн аралығында тұндырылды. Алдымен декантация әдісімен, содан кейін шыны кеуекті фильтрде құрамындағы судан айырылды. 60 - 80⁰С кептірілген заттар рентгенфазалық анализ, ИҚ спектроскопия және электрондық микроскопия әдістерімен зерттелді.

Жұмыстың мақсаты құрамында аморфты гидроксоапатит болатын материал алу, оның табиғатын анықтау, оны алуға болатын жағдайды анықтау болды. Гидроксоапатитті алу әдістерінің негізіне натрий фосфаты мен кальций хлориді арасында өтетін алмасу реакциялары жатады. Құрамында аморфты апатит болатын материалдарды алуда бір немесе бірнеше фосфорқышқылды тұздарды тұндыру техникасы қолданылады, ал басқа тұздар гидроксоапатит кристаллизациясының ингибитор функциясын атқарады. Ингибитор ретінде натрий дифосфаты алынды. Натрий гидромонофосфаты мен натрий дифосфаты арасындағы алмасу реакциясы барысында суспензия түзіледі. Ол тұну процесі барысында екі қабатқа бөлінеді – таза еріткіш және концентрленген суспензия.

Нәтижелер және оларды талқылау.

Айтып кеткендей, кальций хлориді фосфаттарының ерітіндісінің әрекеттесу реакциясының нәтижесі заттардың сулы суспензиясы болды, олар сақтау кезінде қос қабатқа бөлінеді – таза еріткіш және концентрленген суспензия. 1 суреттен көрінгендей, қабатқа бөлінудің жоғары жылдамдығы қандай да бір қоспасыз тұндырылған монофосфатка сәйкес. Процесс шын мәнінде 5 – 7сағ.-тан кейін аяқталады, одан кейін суспензия ауада сақтаған кезде қалған ылғалды баяу беретін тығыз тұнба түріне келеді. Құрамында 5% фосфат болған дифосфаттан алынған суспензия едәуір баяу тұнады. Ал, 4 – 7 сағаттан кейін жылдамдығы одан сайын азаяды.Алайда, осы кезден процесс мүлдем тоқтамайды, әлде де ұзақ уақыт өтеді, бұл берілген заттың екі сатылы бөлінуі болады деген негіз береді. Тұну жылдамдығы 10% дифосфат негізінде алынған суспензияда одан сайын төмендейді. Екінші сатыға келетін болсақ, ол кезде процесс алдыңғы үлгінің жылдамдығындай болады. Бөліну жылдамдығы ерітіндіде 20% дифосфат болған суспезияда одан да қатты төмендейді, айта кететіні бастапқы процесс фазасы 20 – 22сағ.-қа дейін созылады. Ары қарай тұну темпі алдынғы екі үлгідегідей болады. Өзіне аударатын факт, осы кезде бірінші фазадан кейін пайда болған заттың тығыздығы 10% кальций дифосфатымен тұндырылған өнімнен жоғары. 30% дифосфаттан тұратын ерітіндіден тұнбаға түскен заттың қатпарлану жылдамдығы одан сайын төмендейді. Өзіндік тұну жылдамдығы айтарлықтай жоғары болып табылатын дифосфаттың болуы әсер етіп бастауы мүмкін. Жоғарыда келтірілген деректерден монофосфот ерітіндісінен алынған зат 10% дифосфат қатысында тұнбаға түсу бейімділігі төмен суспензия түзеді. Ұқсас жүйелердегі жоғары тұрақтылықты әдетте заттың аморфты табиғатымен немесе оның бөлшектерінің кіші өлшемімен, сонымен бірге олардың зарядталуымен байланыстырады.

Натрий гидромонофосфаты және натрий дифосфаты сулы ерітінділерінен тұндырылған заттардың сулы суспензиясының тұну барысындағы көлемінің өзгерісі келесі суретте көрсетілген.

Кептірілген заттардың рентгенофазалық анализінің нәтижелері құрамында тек монофосфат болған ерітіндіден алынған өнім кристалды гидроксоапатит (2а-сурет) болып табылатындығын көрсетеді. Дифосфаттың тіпті аздаған мөлшерінің қатысында құрамында гидроксоапатит та болуы тиіс қатты аморфизацияланған заттар қалыптасады (2б-сурет). Құрамы дифосфатқа бай ерітінділерден де тек аморфты өнімдер тұнбаға түседі.

Тұнбаға түскен өнімдердің аморфизациялануы туралы айта отырып, тек қана дифрактограмма қасиеті заттың шынымен аморфты екендігін белгілеуге толық құқық бермейтіндігін назарға алу қажет. Рефлекстердің төмен интенсивтілігі мен кеңейтілуінің себебі бөлшектердің кіші өлшемі болуы мүмкін, Шерердің белгілі теңдеуіне сәйкес, дифрактограммалардағы сызықтардың ені микрокристаллдардың өлшемімен келесі өрнекпен байланысты: Келтірілген формуладан кристаллдардың өлшемі кіші болған сайын сызықтардың кеңеюі айтарлықтай болатындығы көрінеді. Тұнбаға түскен заттар қасиеттерін анықтауда қосымша ақпарат алу үшін ажыратымдылығы жоғары электронды микроскопия әдісі қолданылды. Алынған нәтижелер тұнбаға түскен өнімдерде нанокристаллдар ретінде қарастырыла алатын, өлшемі 10 nm бөлшектер кездескенмен, тек гидроксоапатит қана әдеттегі қристаллды құрылым болып табылатындығын көрсетті. Дегенмен нанокристаллды бөлшектердің мөлшері аз, және жалпы заттар аморфты табиғатқа ие. Синтездің шарттарына сүйене отырып, тұнбаға түскен аморфты өнімдердің молекулярлы негізі гидроксоапатит пен кальций дифосфаты болатындығын күту қажет еді. ИҚ – спектроскопия әдісімен зерттеудің нәтижелері тұнбаға түскен өнімдердегі гидроксоапатиттің жеке зат ретіндегі мөлшері бастапқы ерітінділерде дифосфат мөлшерінің артуымен төмендейтіндігін көрсетті. Бұған мүмкін түсіндірмелердің бірі – апатиттің монофосфатты топтарының PO4 дифосфатты молекулалармен байланысуы.

 

Өкінішке орай, бірігіп тұндыру өнімдерінің шынайы құрылысы туралы соңғы қорытынды тек жан - жақты , толық зерттеулерден кейін ғана, мысалы қатты денелі ЯМР әдісінің көмегімен жасалына алады. Натрий гидромонофосфат және натрий дифосфат сілтілі сулы ерітінділерінен тұндырылған кальций фосфаты Натрий гидромонофосфатынан гидроксоапатиттің түзілуі қышқылдан арылу арқылы іске асады:

Тұндыру процесі барысында қышқыл көрсеткішін pH-8 деңгейінде ұстап тұру үшін әрдайым сілті қосып отыру қажет. pH - тың төмен деңгейі қышқыл фосфаттардың және стехиометриялы емес гидроксоапатиттің түзілуіне алып келеді.

Рентгенфазалық анализ барысында құрамында тек гидромонофосфат бар ерітіндіден алынған өнім құрамы кристалды гидросоапатит болатыны анықталды (2-сурет, а қисығы). Натрий дифосфатының аз мөлшері қатысында (510%) аморфты қасиетке ие заттар түзіледі (2-сурет, б,в қисықтары). Дифрактограммаларға қарап олардың негізін гидроксоапатит құрайтынын болжауға болады. Дифосфатқа бай ерітінділерден (20-40%) рентгенаморфты өнімдер алынады (2-сурет, г-е қисықтар), ал натрий дифосфатының мөлшері 50%-дан асқанда құрамында кристалды ß-Ca2P2O7 кальций және α-Na2CaP2O7.4H2O натрий дифосфаты болатын заттар алынады (2-сурет, ж-и қисықтар). Тұнбаға түскен өнімдердің молекулалық құрамын анықтау мақсатында ИҚ - спектроскопия әдісімен зерттеу жүргізілді. Натрий гидромонофосфаты ерітіндісінен тұндырылып алынған заттар ИҚ- спетрдің төмен жиілікті аймағында максимумы 570 және 600 см-1 екі орта интенсивті сызықтың болатыны, ал 950-1200 см-1 аймағында максимумы 1040,1060 және 1090см-1 болатын топтар анықталды (2-сурет, а қисығы). Барлық көрсетілген қисықтар монофосфат РО43 тобындағы Р-О байланыстарының валентті тербелістеріне сәйкекс келеді және гидроксоапатиттің ИҚ-спектрінің компоненті болып табылады. Гидроксоапатиттің маңызды құрылыстық компоненті - гидроксил. Бұл топ ИҚ-спектрде, әдетте, максимумы 630-640 см-1 болатын әлсіз vl(ОН) тербеліс түрінде және максимумы шамамен 3560-3570 см-1 болатын қарқынды жіңішке сызық түрінде байқалады.Бұл vs(ОН) тербелісіне сәйкес келеді. Көрсетілген спектрде алғашқы сызық жиілігі 630 см-1 болатын әлсіз шың ретінде көрінеді. Ал vs(ОН) сызығына келетін болсақ, оның орнына спектрдің жоғары жиілікті аймағында су молекуласындағы О-Н байланысының валенттік тербелісіне сәйкес келетін максимумы шамамен 3420 см-1өте кең және интенсивті сызық байқалады. Бұл сызық νS(OH) сызығын жауып қалатыны айқын. Егер натрий гидромонофосфаты ерітіндісі құрамында аз мөлшерде ( шамамен 5 % ) натрий дифосфаты болатын болса, онда өнім кальций хлоридімен тұнбаға түседі. ИҚ - спектрде жоғарыда айтылған қисықтардың бәрі сақталады, бірақ олардың кейбіреуі әлсіз көріне бастайды (2-сурет, б қисығы).

Гидромонофосфат ерітіндісінен 10% натрий дифосфаты қатысында ИҚ - спектрде максимумы 1050, 1075 және 100 см-1 болатын қарқынды қисықтарды көрсететін зат алынады (2-сурет, в қисығы). Құрамында 20% фосфор дифосфат құрамына кіретін ерітіндімен тұндырылған заттың қисықтары айқынырақ көріне бастайды (2-сурет, г қисығы). Гидроксоапатитке тиесілі қисықтардың ішінде максимумы 1030 см-1 болатын қисық қана сақталады, ал спектрдің қалған компоненттері үлкен өзгеріске ұшырайды. Негізінен 500-600 см-1 аралығындағы барлық максимумдар үлкен бір қисыққа бірігеді, ал шамамен максимумы 900-910 см-1 болатын қисықтар біршама көбейеді. 30% натрий дифосфаты қатысында гидромонофосфат ерітіндісінен тұндырылатын заттар ИҚ- спектрде айқын қисық түрінде болады және айқын максимумы болмайтын бір қисыққа бірігеді (2-сурет, д қисығы). Алынған қисықтар ИҚ - спектрде аморфты және шыны тәрізді фосфаттардың қисығына ұқсас болады.

Құрамында натрий дифосфаты мөлшері көп болатын ерітіндіден тұндырылған өнімдердің спектріндегі өзгерістер кальций және натрий дифосфаттары мөлшерінің ұлғайуымен байланысты (2 сурет, е-и қисықтары).Әсіресе, ИҚ- спектрдің жоғары жиілікті аймағына тоқталған жөн, себебі ол аймақта су молекуласының О-H байланысының валентті тербелістері байқалады. Барлық спектрлерде мықты жоғары жиілікті қисықтардың түзілуі өнімдердің қатты гидратталғанымен түсіндіріледі. 2 суретте (в) қисықтың ассиметриялы болатыны байқалады. Оның төменгі жиілікті аймағында иық байқалады. Бұл апатитте судың екі түрлі формасының болуы мүмкін деген болжам жасауға мүмкіндік береді. Оның бірі үстемдік етеді. ИҚ- спектрдің басқа қисықтары гидроксоапатит құрамында болатын судың формасының кальций дифосфатымен байытылуы барысында дифосфаттарға сай формаға ауысуы көрінеді.

 

 

Абцисса осі - Ө бұрышы, град (а), жиілік ν, см-1 (б). Ордината осі - салыстырмалы интенсивтілік (а), жұтылу (б).

Қисық тардың белгіленуі, Na4P2O7, мол.%: а-0; б-5; в-10; г-20; д-30; е- 40; ж-50; з-70; и-80.

Айта кететін жайт, алынған спектрлердің еешқайсысындаа стехиометриялы емес гидроксоапатитке сай қисық алынбады. Сілтілі ортада гидроксоапатит пен кальций дифосфаты қатысында кальций фосфатынан тұндырылып алынған заттардың дифракциялық өлшеулері мен ИҚ- спектрлерінің нәтижелерін зерттей келе, натрий гидромонофосфаты ерітіндісінен айтылған жағдайларда кристалды және әлсізаморфты өнімдерінің алынатынын айтуға болады.Олардың негізін гидроксоапатит құрайды. Натрий дифосфатына бай ерітінділерден құрамында кристалды кальций дифосфаты мен кальций-натрий дифофосфаты болатын өнім тұндырылып алады. Фосфат ерітіндісінде 20-40% натрий дифосфаты ( қалғандары - натрий гидромонофосфаты) болатын болса, аморфты өнңмдер алынады. Олардың құрамында монофосфат пен дифосфаттан басқа қандай да бір молекулярлы түзілімдер болмайды.Олардың құрамында РО43- және Р2О74- дискретті группалары және бір - бірімен Ca2+ катионымен байланысқан ОН- гидроксильді топтары болады. Тұндырылып алынған барлық заттардың құрамында молеклалық су болады. Құрамында бір мезгілде натрий гидромоно- және натрий дифосфаты болатын кальций хлоридінің сулы ерітіндісінен тұндырылып алынған заттар pH-8 кезінде аморфты өнім алынады. Оның ішінде натрий дифосфатының мөлшері 30-40 моль % болатын ерітіндіден алынған заттар максималды аморфталған болып келеді. Натрий гидромоно- және натрий дифосфатының сілтілік ерітіндісінен кальций хлоридімен тұндыру кезінде бір фосфатты компонент артық мөлшерде алынған болса, кристалды гидроксоапатит немесе дифосфат, ал Na4P2O7/(Na4P2O7+Na2HPO4) мольдік қатынасы 0,2 - 0,4 болса, толық аморфты заттар алынады.

 

ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

  1. Седунов А.А. Физиологические принципы оценки состояния зубочелюстной системы и изготовления зубных протезов. -Алма - Ата: 1984.- 69 б.
  2. Седунов А.А.Монолитные стеклокерамические протезы.-Алма -ата: Ғылым, 1991.-142 б.
  3. Козин В.Н. Скрытые источники непереносимости стоматологических сплавов // Тезисы и доклады XI международной конференций.- М.: ИМЕДИС, 2005.-С.11-15.
  4. Марков Б.П.Комплексный подход к проблеме индивидуальной непереносимости стоматологических конструкции из различных материалов // Стоматология.-2003.-№3. - Б. 47-51.
  5. Yamamuro T., Hench L.L., Wilson J. (editors ) Handbook of bioactive cerumics. // Calcium phosphate and hydroxyapatite ceramics. - Boca Raton. FL: CRC Press.1990. - Vol.2. - Р. 58-67.
  6. Otsuka M., Matsuda Y., Suwa Y., Fox J.L., Higuchi W.L. A Novel Skeletal Drug Delivery System Using Self - Setting Calcium Phoshate Cement. 2. Physicocemical Properties and Drug Release Rate of the Cement - ontaining Indomethacin // J.Pharm. Sci. - 1994. -V.83. - №5. -P. 611 - 615.
  7. Каназаев Т. Неорганические фосфатные материалы. - Киев: Наукова думка, 1998. - 298с.
  8. Вест Аю Химия твердого тела. Теория и положение. - М.: Мир, 1988. - Ч.2. - 560 б.
  9. Taylor M.G. Inelastic neutron seattering spectroscopy of phosphate based biological materials // ISIS Exper. Rep. - 1998. - №9336. - Р. 61-75.
  10. Tanizaki H., Otsuka A., Niiyama M., Iwasaki K., Ueda M. and Motoe A. Characterization of a Hydroxyapatite Layer Coated upon a Ti- Al2O3 Composite by Radio - Frequency Plasma Spraying // Transactions of the MRS of Japan. - 1996. - №20. - P.29-32.
  11. Taylor M.G., Quasi - elastic neuron seattering studies om the mobility of water in biogenic phosohates // ISIS Exper. Rep. - 1998. - №9336. - Р. 88-95.
  12. Simikiss K. Inelastic neutron seattering spectroscopy of biological materials // ISIS Exper. Rep. - 1998. - №9336. - Р. 17-29.
  13. Патент США 6024985. 2000-02-15.
Жыл: 2018
Қала: Алматы
Категория: Медицина