Síntesis de Hidroxiapatitas e Hidroxiapatitas sustituidas
Dra Fabiana Oliva
El mineral apatita (Ca10 (PO4)6 (F,OH,Cl)2), es el fosfato de calcio natural más abundante en la superficie terrestre y la principal fuente de fósforo por lo que es de gran importancia en distintos campos de investigación así como en el industrial.
La estructura y la química de las apatitas presenta numerosas sustituciones incluyendo cationes metálicos tales como K+, Na+, Mn2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ entre otros en la posición del Ca2+ y complejos aniónicos como AsO43-, SO42-, CO32- y SiO44- reemplazando al PO43- en la red cristalina. Estas sustituciones se encuentran en forma de trazas en la naturaleza, pero para ciertos iones se han informado sustituciones completas.
En las apatitas sintéticas, se pueden generar distintos tipos de vacancias, estructura y tamaño de cristales según el método de síntesis seleccionado entre un amplio espectro de opciones que incluyen síntesis en fase sólida[i], sol-gel[ii], hidrotérmicos [iii],[iv], irradiación de microondas[v],[vi],[vii], fusión a altas temperaturas entre otras.
Entre las apatitas es de particular importancia la fase hidroxiapatita, Ca10(PO4) 6 (OH)2 (HAp) debido a su similitud química y estructural con la principal fase mineral constituyente del hueso y dientes en los vertebrados[viii], lo cuál sugiere su potencial uso como promotora del crecimiento óseo asignándosele una biocompatibilidad intrínseca [ix],[x],[xi],[xii],[xiii] . Últimamente se ha comenzado a dirigir el interés hacia el estudio de hidroxiapatitas modificadas involucrando especies que se encuentran en trazas en el organismo[xiv] ya que estas sustituciones pueden modificar las propiedades mecánicas y la solubilidad así como la capacidad de la apatita de unirse al hueso[xv]. El ión fluoruro es una de estas especies que se encuentra en pequeñas proporciones en la fase mineral del hueso y los dientes y sólo pequeñas cantidades de flúor exógeno son necesarias para promover la cristalización de fluorapatita mediante la sustitución del ión F- en las posiciones del ión OH- en la red cristalina de la forma Ca10(PO4)6(OH)2 - x(F)x. Esta fase es mecánica y químicamente más resistente[xvi],[xvii] que la hidroxiapatita y se ha comenzado a evaluar como un posible material biomédico alternativo.
El crecimiento y la cinética de formación de cristales de fluorapatitas se han investigado en soluciones que contienen concentraciones estequiométricas de los iones involucrados en la red cristalina. Sin embargo, in vivo, el promedio de las concentraciones de iones es generalmente no estequiométrico y las apatitas biológicas presentan estequiometrías y fases variables. Así mismo, la formación de apatitas heterogéneas con alto contenido de flúor puede generar el crecimiento de cristales de CaF2 y producir efectos adversos como el incremento en la fractura de los cristales[xviii].
La síntesis de apatitas puras con estructura y composición reproducibles es un proceso complejo debido a la gran variedad de fases de fosfatos de calcio que pueden obtenerse. Por ejemplo las fases CaHPO4.2H2O (calcio-fosfato dihidratado, DCP), Ca8(HPO4)2(PO4)4.5 H2O (octacalciofosfato, OCP), Ca3(PO4) 2 (beta-tricalciofosfato, bTCP) no son termodinámicamente estables pero pueden actuar como precursores de la fase más estable con una cinética de formación más rápida. Estos precursores poseen fases cristalinas y relación molar Ca/P (parámetro de biocompatibilidad) muy diferentes a
Según el método de síntesis pueden generarse también subproductos tales como CaO (áltamente tóxico)[xix] o fases de HAp carbonatada (sustitución de CO32- por PO43-) que se encuentra presente en precipitaciones biomiméticas y pueden generar distorsiones en la red cristalina modificando la solubilidad y el tamaño de cristales aún cuando este efecto no siempre es indeseable[xx],[xxi].
La sustitución parcial de OH- por F- genera distintos tipos de distorsiones de red cristalina, distorsión que desaparece cuando la sustitución es completa ( del 100%) generando apatitas cada vez más estables.
Se presentarán los resultados obtenidos mediante dos métodos diferentes de síntesis: a) el método biomimético[xxii] (para obtener hidroxiapatita, HAp con x = 0) y b) el método de precipitación selectiva a flujo controlado y pH básico14 Este último método fue el utilizado para preparar las hidroxifluorapatita (FHAp con 0≤ x ≤ 2)
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