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La hidroxiapatita, Ca10(PO4)6(OH)2, es un fosfato de calcio ampliamente utilizado en cirugía
del tejido óseo, debido a la similitud de este compuesto, con el componente principal de
la fase inorgánica de los tejidos duros y su naturaleza bioactiva, lo cual permite una unión
química directa entre el hueso y este biomaterial. Los materiales densos de hidroxiapatita
sinterizada tienen gran aplicación en casos de sustitución y/o reparación de defectos
óseos en cirugía dental y ortopédica. Sin embargo, la hidroxiapatita es quebradiza y
relativamente débil comparada con los implantes tradicionales tales como metales,
aleaciones y cerámicos de alta resistencia. Las propiedades mecánicas de la hidroxiapatita
no son suficientes para que ésta sea utilizada como implante en situaciones de carga,
como en el caso de huesos y dientes artificiales. Por lo tanto, la aplicación de este material
se ha destinado principalmente a recubrir a otros materiales con propiedades mecánicas
más resistentes. Una solución para resolver este problema es combinarla con una fase de
refuerzo adecuada, para producir compósitos que permitan obtener materiales con
propiedades mecánicas óptimas sin detrimento de su biocompatibilidad, superando con
ello sus limitaciones mecánicas. Por lo tanto, el compósito ideal deberá ser biológica y
mecánicamente compatible con estos tejidos duros del organismo. La wollastonita
CaSiO3, ha sido utilizada como biomaterial en huesos artificiales y raíces dentales debido a
su buena bioactividad y biocompatibilidad. También se ha utilizado como fase de refuerzo
para fabricar biocompósitos con propiedades mecánicas más eficientes. En este trabajo
se sintetizaron una serie de compósitos de hidroxiapatita-wollastonita mediante la técnica
sol-gel, utilizando acetato de calcio Ca(C2H3O2)2, y trietil fosfato PO(OC2H5)3, como
precursores de hidroxiapatita y wollastonita natural de alta pureza como fase de refuerzo.
Los compósitos fueron caracterizados por análisis térmico diferencial (DTA), análisis
termogravimétrico (TGA), difracción de rayos-X (XRD), espectroscopia infrarroja de
transformadas de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman, espectroscopia de dispersión de
energía (EDS), microscopia electrónica de barrido (SEM), y de transmisión (TEM). Los
resultados muestran que la hidroxiapatita se forma a una temperatura relativamente baja
alrededor de 420o
C, acompañada de carbonato de calcio, mientras que la wollastonita
xx
permanece sin reacción a lo largo de todo el proceso. Para purificar los productos se
requirió de un tratamiento térmico a alta temperatura (1000o
C) y lavados con ácido
clorhídrico diluido (0.01M) y agua deionizada, dando como resultado compositos de
hidroxiapatita carbonatada tipo-B-wollastonita como productos finales. Los materiales
sintetizados se sinterizaron a 1200o
C durante 5 h, evaluándose el efecto de la cantidad de
wollastonita sobre las propiedades mecánicas y bioactivas de los materiales. El efecto de
refuerzo de la wollastonita se evaluó midiendo la dureza H, y el módulo elástico reducido
Er
, en los materiales, mediante técnicas de nanoindentación en un microscopio de fuerza
atómica (AFM). Las propiedades bioactivas se analizaron poniendo en contacto estos
materiales con una solución de fluido fisiológico simulado (SBF), con la concentración
iónica aproximada a la del plasma sanguíneo humano, a 37o
C bajo condiciones estáticas.
La bioactividad se evaluó examinado la formación de una capa de apatita neoformada
sobre la superficie de los materiales, después de permanecer en contacto durante 1, 2 y 3
semanas con el fluido fisiológico simulado (SBF). Las características morfológicas y la
composición de estas capas formadas sobre los materiales se evaluaron mediante
microscopia electrónica de barrido (SEM), espectroscopia de dispersión de energía (EDS),
difracción de rayos-X (XRD) y espectroscopia fotoelectrónica de rayos-X (XPS). Asimismo,
se analizó el pH y la carga iónica de la solución SBF remanente, esta última evaluada
mediante espectroscopia de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES). Estos análisis
revelan un incremento en la dureza y el módulo de elástico reducido de los materiales con
la adición de wollastonita. Asimismo, la interacción de estos materiales con el fluido
fisiológico simulado produjo una capa de fosfato de calcio sobre sus superficies, mediante
un mecanismo de disolución-precipitación, la cual presentó una composición similar a la
de las apatitas biológicas, resultando más gruesa y densa en los materiales con mayor
proporción de wollastonita.