Brevet FR2669321A1 — publié le 19920522

Arrière-plan technologique de l'invention La présente invention concerne une trichite d'apatite utile comme phase stationnaire de garnissage employée dans une colonne de chromatographie, comme matériau biotechnologique, tel qu'un support pour la culture ou l'isolement des cellules, ou comme une variété de matériaux composites renforcés de fibres ou comme matériaux de construction, comme matériaux de substitution pour l'amiante, et une méthode pour sa préparation. Comme méthode pour la préparation des particules d'hydroxyapatite utilisées comme un matériau biotechnologique, désignées ci-après par particules de H Ap, on a proposé jusqu'à pré- sent par exemple dans la demande de brevet japonais mise à l'inspection publique n 63-284 ( 1988), une méthode de préparation des fibres de H Ap composées d'aggrégats de cristaux de H Ap, com- prenant la dispersion uniforme de H Ap dans une solution aqueuse d'un haut polymère soluble dans l'eau, l'extrusion de la dispersion liquide résultante à travers une filière composée d'une rangée de buses de filage, et le moulage et la cuisson de la masse extrudée. Il a également été proposé dans la demande de brevet japonais mise à l'inspection publique n 61-242968 ( 1986) une méthode pour la préparation des particules de cristaux de H Ap comme particules pri- maires sous la forme de prismes hexagonaux ayant un rapport d'aspect de 2,5 à 3,0 en conduisant la réaction d'hydrodurcissement dans un autoclave sous pression. Toutefois, aucune des particules de H Ap préparées par les méthodes précitées ne peut être dénommée trichite pour autant que leur forme soit concernée Ces particules de H Ap sont désavanta- geuses en ce que lorsqu'elles sont utilisées comme support pour la culture des cellules, les propriétés supérieures de séparation et d'étalement ne peuvent pas être développées, et que, lorsqu'elles sont utilisées comme matériau composite renforcé de fibres, l'effet propre aux trichites pour améliorer la résistance mécanique du matériau ne peut pas être produit. Par ailleurs, les trichites de carbure de silicium et de nitrure de silicium sont utilisées extensivement dans l'industrie comme trichites de renforcement dans un matériau composite renforcé de fibres, alors que L'amiante est utilisé extensivement comme un matériau structural pour la construction Toutefois, ces trichites de carbure de silicium ou de nitrure de silicium ou l'amiante pré- sentent de sérieux problèmes en ce qui concerne la sécurité de l'hygiène étant donné la toxicité chimique inhérente ou les pro- priétés cancérigènes dues à la forme des trichites. Sommaire de L'invention Un objet principal de la présente invention est de four- nir une trichite d'apatite nouvelle capable de séparer et de développer des substances avec une précision supérieure et ayant une ténacité appropriée pour être utilisée comme une variété de matériaux renforcés de fibres. Les objets mentionnés ci-dessus de la présente invention et d'autres seront mis en évidence dans la description qui suit. Conformément à la présente invention, on fournit une tri- chite d'apatite ayant un rapport d'aspect moyen (longueur le long de l'axe-c/longueur le long de l'axe-a) non inférieur à 10,0 et contenant un groupe acide carbonique en quantité non inférieure à 0,01 % en poids basé sur le poids total de la trichite. Conformément à la présente invention, on fournit égale- ment une méthode de préparation d'une trichite d'apatite comprenant la précipitation et la croissance d'un apatite à partir d'un liquide contenant l'acide phosphorique et le calcium pour avoir un rapport d'aspect moyen (longueur le long de l'axe-c/longueur le long de l'axe a) non inférieur à 10,0. Modes de réalisation préférés de L'invention La présente invention sera expliquée en plus ample détail ci-après. La trichite de H Ap de la présente invention peut être utilisée comme une phase stationnaire de garnissage dans une colonne ayant un rendement supérieur de séparation ou de culture des cellules, comme un matériau biotechnologique, tel qu'un support pour la culture et la séparation des cellules, comme une variété de matériaux composites renforcés de fibres, ou comme un matériau de construction de remplacement de l'amiante sans Les effets nuisibles sur les corps vivants. Avec la trichite de H Ap de la présente invention, le plan a ou le plan b d'une particule fine de H Ap sur laquelle les groupes acide phosphorique de la particule fine de H Ap sont présents en quantité majeure, croissent sélectivement, et en d'autres termes, le cristal croît sélectivement le long de son axe-c, de façon à fournir un rapport longueur selon l'axe-c/longueur selon l'axe-a ou rapport d'aspect de 10,0 ou plus en moyenne, et les groupes acide carboxylique sont présents en quantité spécifique Lorsque le rap- port d'aspect moyen est inférieur à 10, le taux d'adsorption est abaissé lorsque la trichite est utilisée comme une phase station- naire de garnissage dans une colonne, tandis qu'une résistance suf- fisante ne peut pas être développée lorsque la trichite est utili- sée dans une variété de matériaux composites renforcés de fibres ou dans un matériau de construction en substitution à l'amiante. Conformément à la présente invention, le plan-a du cris- tal fin est un plan défini par l'axe-b et par l'axe-c, tandis que le plan-b du cristal fin est un plan défini par l'axe-a et par l'axe-c lorsque le cristal hexagonal est défini par les vecteurs de réseaux a, b et c. Les longueurs de l'axe-a et de l'axe-c de la trichite d'apatite de la présente invention peuvent être sélectionnées de préférence de façon à faciliter le procédé de granulation et à éviter le bouchage Lorsque les trichites sont utilisées comme la phase stationnaire de garnissage dans une colonne et également à éviter la diminution de la résistance lorsque la trichite est sous la forme de fibres Ainsi, les longueurs du cristal le long de l'axe-a et le long de l'axe-c peuvent être fixées de préférence pour être dans les intervalles de 0,1 à 10 pm et de 1 à 1 000 pm, respectivement. Conformément à la présente invention, la quantité de groupes acide carbonique est dans l'intervalle non inférieur à 0,01 % en poids basé sur le poids total de la trichite La limite supérieure de la teneur en groupes acide carbonique peut être de préférence de 5 % en poids ou moins, bien que la limite supérieure ne soit pas fixée spécifiquement Lorsque la quantité de groupes acide carbonique est inférieure à 0,01 % en poids, les cristaux produits ne croissent pas de façon significative le long de l'axe-c de sorte que la forme de trichite n'est pas obtenue. La méthode de préparation de la trichite d'apatite con- formément à la présente invention sera expliquée en plus amp Le détail. Selon un aspect de la présente invention, la méthode de préparation d'une trichite d'apatite comprend la précipitation et la croissance d'un apatite à partir d'un liquide contenant l'acide phosphorique et Le calcium, tel qu'une bouillie ou une solution de composé(s) de phosphate de calcium contenant un ou des additif(s), une bouillie mixte ou une solution de composé(s) de calcium inor- ganiques, d'un ou des additif(s) et de composé(s) d'acide phospho- rique inorganiques, une bouillie mixte ou une solution de com- posé(s) de calcium organiques et de composé(s) d'acide phosphorique inorganiques ou une bouillie mixte ou une solution de composé(s) d'acide phosphorique organiques et de composé(s) de calcium inor- ganiques, de façon à avoir un rapport d'aspect moyen (longueur le long de l'axe-c/longueur de l'axe-a) non inférieur à 10,0. Comme composés de phosphate de calcium qui peuvent être utilisés dans la méthode de la présente invention, ceux qui peuvent être convertis facilement en hydroapatite, tels que l'hydroxy- apatite, le phosphate tricalcique, la brucite ou la monétite, sont préférés. Comme composés de calcium inorganiques qui peuvent être employés dans la méthode de la présente invention, ceux qui réagis- sent avec et se dissolvent facilement dans les additifs, tels que l'hydroxyde de calcium, le nitrate de calcium ou le carbonate de calcium, sont préférés Les composés de calcium organiques incluent de préférence le lactate de calcium, le citrate de calcium, l'acé- tate de calcium et le fumarate de calcium. Comme composés d'acide phosphorique inorganiques qui peuvent être employés dans la méthode de la présente invention, ceux qui exhibent une solubilité élevée dans l'eau et qui peuvent réagir facilement avec le calcium pour donner les hydroxyapatites sont employés de préférence, tels que l'acide phosphorique, le phosphate d'ammonium ou le phosphate de potassium Les composés d'acide phosphorique organiques incluent de préférence l'acide phosphorique, l'acide triacétique, la DL-0-phosphosérine et la 0- phospho-L-tyrosine. Par ailleurs, les additifs qui peuvent être employés dans la méthode de la présente invention incluent de préférence les com- posés organiques qui peuvent réagir avec le calcium dans les com- posés de phosphate de calcium ou dans les composés de calcium pour donner les composés de sel de calcium Parmi ces composés orga- niques sont les acides hydroxycarboxyliques, tels que l'acide citrique ou l'acide lactique, et les acides aminocarboxyliques, tels que l'acide éthy Lènediaminetétraacétique (EDTA) ou l'acide cyclohexanediaminetétraacétique (Cy DTA). Dans la méthode de préparation de la trichite d'apatite selon l'invention, un liquide contenant l'acide phosphorique et le calcium est préparé Plus spécifiquement, une bouillie d'un composé de phosphate de calcium contenant un ou des additif(s) (désignée ci-après par bouillie 1) ou une solution de ces composés (désignée ci-après par solution 1); une bouillie mixte de composé(s) de calcium inorganiques, d'un ou des additif(s) et de composé(s) d'acide phosphorique inorganiques (désignée ci-après par bouil- lie 2) ou une solution de ces composés (désignée ci-après par solu- tion 2); une bouillie mixte de composé(s) de calcium organiques et de composé(s) d'acide phosphorique inorganiques (désignée ci-après par bouillie 3) ou une solution de ces composés (désignée par solu- tion 3); ou une bouillie mixte de composé(s) d'acide phosphorique organiques et de composé(s) de calcium inorganiques (désignée ci- après par bouillie 4) ou une solution de ces composés (désignée ci- après par solution 4) est préparée. La bouillie 1 ou la solution 1 peut être préparée par agitation et mélangeage de composé(s) de phosphate de calcium dans l'eau pour donner une bouillie ou une solution et par addition de l'additif ou des additifs mentionnés ci-dessus à la bouillie 1 ou à la solution 1 résultante en quantité de 1 à 50 % en poids basé sur le poids total de la bouillie 1 ou de la solution 1 produite Le rapport entre le ou les composé(s) de phosphate de calcium et l'eau dans la bouillie 1 ou dans la solution 1 peut être de préférence dans l'intervalle de 1:1 à 100 en poids Il est noté que l'état de la bouillie 1 dans laquelle le ou les composé(s) de phosphate de calcium et le ou les additif(s) sont substantiellement dissous est la solution 1. La bouillie 2 ou la solution 2 peut être préparée par agitation et méLangeage du ou des composé(s) d'acide phosphorique inorganiques et du ou des additif(s) dans l'eau, addition du ou des composé(s) de calcium inorganiques au méLange résultant et agita- tion et méLangeage du produit résultant La quantité d'addition du ou des additif(s) peut être de préférence de 1 à 50 % en poids basé sur le poids total de la bouillie 2 ou de la solution 2 résultante. Le rapport de méLange du ou des composé(s) de calcium inorganiques, du ou des composé(s) d'acide phosphorique inorganiques et de l'eau dans la bouillie 2 ou dans la solution 2 peut être de préférence dans l'intervalle de 1:0,1 à 1:1 à 100 en poids L'état de la bouillie 2 dans laquelle le ou les composé(s) de calcium inor- ganiques, le ou les composé(s) d'acide phosphorique inorganiques et le ou les additif(s) sont substantiellement dissous est la solu- tion 2. La bouillie 3 ou 4 ou la solution 3 ou 4 peut être pré- parée par agitation et méLangeage du ou des composé(s) de calcium organiques et du ou des composé(s) d'acide phosphorique inor- ganiques dans l'eau ou par agitation et méLangeage du ou des com- posé(s) de calcium inorganiques et du ou des composé(s) d'acide phosphorique organiques dans l'eau Le rapport de méLange du ou des composé(s) de calcium organiques ou du ou des composé(s) de calcium inorganiques, du ou des composé(s) d'acide phosphorique organiques ou du ou des composé(s) d'acide phosphorique inorganiques et de l'eau peut être de préférence de 1:0,1 à 1:1 à 100 L'état de la bouillie 3 ou 4 dans laquelle les composés respectifs sont substan- tiellement dissous est la solution 3 ou 4. Ensuite, dans la bouillie 1 ou 2 ou dans la solution 1 ou 2, un composé produit à l'état dissous par réaction du calcium con- tenu dans le ou les composé(s) de phosphate de calcium ou dans le ou les composé(s) de calcium inorganiques avec le ou les additif(s) est mis à réagir et reprécipité par les groupes acide phosphorique restant à l'état dissous de façon à précipiter et à permettre la croissance de la taille pour donner la trichite d'apatite de la présente invention Dans la bouillie 3 ou 4 ou dans la solution 3 ou 4, le calcium dans le ou les composé(s) de calcium organiques ou le calcium dans le ou les composé(s) de calcium inorganiques est mis à réagir avec le ou les composé(s) d'acide phosphorique inor- ganiques ou avec le ou les composé(s) d'acide phosphorique orga- niques, respectivement, pour donner la trichite d'apatite de la présente invention. Dans la méthode de préparation de la trichite d'apatite de la présente invention, les groupes acide carbonique provenant du CO 2 gazeux obtenu comme produit de décomposition des composants organiques dans le ou les composé(s) d'acide phosphorique orga- niques ou dans le ou les composé(s) de calcium organiques, ou les composés provenant de la réaction du ou des composé(s) de phosphate de calcium ou du ou des composé(s) de calcium inorganiques avec le ou les additif(s), peuvent être partiellement pris dans la trichite d'apatite comme produit ultime pour la production de la trichite d'apatite en toute stabilité sans être affectés par les valeurs du p H. La méthode de précipitation de l'apatite pour provoquer la croissance des grains cristallins dans un rapport d'aspect moyen (rapport de longueur le long de l'axe-c à celle le long de l'axe-a) non inférieur à 10 peut inclure de préférence le chauffage par traitement hydrothermique sous une pression de vapeur saturante à une température non inférieure au point d'ébullition du solvant du liquide contenant l'acide phosphorique et le calcium. La trichite d'apatite de la présente invention peut être purifiée de façon conventionnelle si nécessaire pour l'utilisation. Etant donné que l'on laisse la trichite d'apatite de la présente invention croître sélectivement le long de l'axe-c du cristal, c'est-à- dire le long de la direction du plan-a ou du plan-b, de sorte que le rapport d'aspect moyen mentionné ci-dessus n'est pas inférieur à 10, elle peut être utilisée comme un matériau biotechnologique pour accroître sélectivement le rendement de sépa- ration ou de culture des substances ou des cellules montrant l'affinité pour les groupes acide phosphorique. Par ailleurs, avec la trichite d'apatite de la présente invention, étant donné que les particules primaires sont contrôlées précisément en ce qui concerne la forme, la trichite exhibe une résistance mécanique suffisante lorsqu'elle est utilisée comme une variété de matériaux composites renforcés de fibres ou comme un matériau de construction de substitution pour l'amiante La trichite d'apatite est composée d'apatite exhibant une bioaffinité élevée et par suite elle n'est pas nuisible lorsqu'elle est assi- milée dans le corps humain Etant donné que la trichite est physio- logiquement métabolisée, elle n'est pas cancérigène malgré la sti- mulation de forme et par suite elle est supérieure en ce qui con- cerne la sécurité d'hygiène. Exemples de l'invention La présente invention sera expliquée en référence à plu- sieurs exemples Il est à noter que ces exemples sont donnés à titre d'illustration seulement et ne doivent pas limiter la portée de l'invention. Exemple 1 g d'un mélange de poudre d'une hydroxyapatite synthé- tique et d'un phosphate tricalcique synthétique sont mis en sus- pension dans 500 ml d'eau pour produire une bouillie 25 g d'acide citrique sont ajoutés et dissous dans la bouillie ainsi produite et la solution résultante est chargée dans un autoclave pour le trai- tement hydrothermique à 200 O C pendant 5 h sous une pression de 2 M Pa La bouillie obtenue par traitement hydrothermique est lavée par 1 l d'eau distillée, filtrée et séchée dans un séchoir à 100 C. Le rapport molaire Ca/P et la quantité de groupes acide carbonique et la forme de la trichite d'apatite produite sont mesu- rés conformément à la méthode suivante Il a été trouvé que le rap- port molaire Ca/P est de 1,67 et que la quantité de groupes acide carbonique est de 0,1 % en poids et que, en ce qui concerne la forme, la longueur moyenne est de 10 pm, la longueur Le long de L'axe le plus long est de 0,5 pm et le rapport d'aspect (rapport de Longueur le long de l'axe-c/le long de l'axe-a) est de 20. Pour la mesure du rapport molaire Ca/P, un dispositif de mesure XRD fabriqué et vendu par RIGAKU DENKI KK sous le nom com- mercial de "RV-200 " est employé Pour la mesure de la quantité de groupes acide carbonique, l'échantillon de trichite est cuit dans l'oxygène gazeux à une température de 1 250 C et le gaz carbonique formé à ce moment est analysé par un analyseur IR fabriqué et vendu par HORIBA SEISAKUSHO KK sous le nom commercial de "EM 2 A-110 " La forme de la trichite est mesurée par SEM à l'aide d'un appareil fabriqué et vendu par NIPPON DENSHI KK sous le nom commercial de "T-20 ". Exemp Le 2 g d'acide citrique et 6,89 g d'acide phosphorique à % en poids sont dissous dans 500 ml d'eau A la solution résul- tante, on ajoute et on dissout 7,37 g d'hydroxyde de calcium La solution résultante est chargée dans un autoclave et traitée hydro- thermiquement pendant 5 h à 200 C à une pression de 2 M Pa La bouillie obtenue après le traitement hydrothermique est lavée par 1 l d'eau distillée La bouillie lavée est filtrée et séchée à 1000 C dans un séchoir Le rapport molaire Ca/P, la quantité de groupes acide carbonique et la forme de la trichite d'apatite pro- duite sont mesurés de la même manière qu'à l'exemple 1, et comme résultat on a trouvé que le rapport molaire Ca/P est de 1,65 et que la quantité de groupes acide carbonique est de 0,1 % en poids, et que, en ce qui concerne la forme, la longueur moyenne est de 20 pm, la longueur le long de l'axe le plus long est de 0,5 pm, et le rap- port d'aspect (longueur le long de l'axe-c/longueur le long de l'axe-a) est de 40. Exempte 3 ,68 g de lactate de calcium sont dissous dans 500 ml d'eau 6,88 g d'acide phosphorique sont mélangés et dissous dans la solution résultante La solution mixte résultante est chargée dans un autoclave pour le traitement hydrothermique pendant 5 h à 200 C à une pression de 2 M Pa La bouillie obtenue après le traitement hydrothermique est lavée par 1 I d'eau distillée La bouillie lavée est filtrée et séchée à 1000 C dans un séchoir Le rapport molaire Ca/P, la quantité de groupes acide carbonique et la forme de la trichite apatite produite sont mesurés de la même manière qu'à l'exemple 1, et comme résultat, on a trouvé que le rapport molaire Ca/P est de 1,66, et que la quantité de groupes acide carbonique est de 0,05 % en poids et que, en ce qui concerne la forme, la longueur moyenne est de 1 pm, la longueur le long de l'axe le plus long est de 0,1 pm et le rapport d'aspect (longueur le long de l'axe-c/longueur le long de l'axe-a) est de 10. Exemple 4 16,23 g d'acide phosphorique-acide triacétique l(HOOC- CH 20)3 POl sont dissous dans 500 ml d'eau 7,36 g d'hydroxyde de 23 d calcium sont mélangés et dissous dans la solution résultante La solution mixte résultante est chargée dans un autoclave pour le traitement hydrothermique pendant 5 h à 2000 C à une pression de 2 M Pa La bouillie obtenue après le traitement hydrothermique est lavée par 1 l d'eau distillée La bouillie lavée est filtrée et séchée à 100 C dans un séchoir Le rapport molaire Ca/P, la quantité de groupes acide carbonique et la forme de la trichite d'apatite produite sont mesurés de la même manière qu'à l'exemple 1, et comme résultat on a trouvé que le rapport molaire Ca/P est de 1,65 et que la quantité de groupes acide carbonique est de 0,05 % en poids, et que, en ce qui concerne la forme, la longueur moyenne est de 5 pm, la longueur le long de l'axe le plus long est de 0,3 pm et le rapport d'aspect (longueur le long de l'axe-c/longueur le long de l'axe-a) est de 15. REVENDICATIONS 1 Une trichite d'apatite caractérisée en ce qu'elle a un rapport d'aspect moyen (longueur le long de l'axe-c/longueur le long de l'axe-a) non inférieur à 10,0 et qu'elle contient des groupes acide carbonique en quantité non inférieure à 0,01 % en poids basé sur le poids total de la trichite. 2 La trichite d'apatite selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la longueur du cristal de trichite d'apatite le long de l'axe-a est de 0,1 à 10 pm et celle le long de l'axe-c est de 1 à 100 pm. 3 La trichite d'apatite selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la limite supérieure de la quantité de groupes acide carbonique est de 5 % en poids basé sur le poids total de la trichite d'apatite. 4 Une méthode de préparation d'une trichite d'apatite caractérisée en ce qu'elle comprend la précipitation et la crois- sance d'un apatite à partir d'un liquide contenant l'acide phos- phorique et le calcium de façon à avoir un rapport d'aspect moyen (longueur le long de l'axe-c/longueur le long de l'axe-a) non infé- rieur à 10,0. La méthode selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'on fait précipiter et croître ladite apatite en taille par un traitement hydrothermique sous une pression de vapeur saturante à une température non inférieure au point d'ébullition d'un sol- vant.