Uma nova alternativa para a síntese da biocerâmica Hidroxiapatita (Hap)
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Uma nova alternativa para a síntese da biocerâmica Hidroxiapatita (Hap)

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I. RESUMO
Processos de síntese são muito importantes para otimização,
minimização dos custos de produção e obtenção de determinadas
propriedades em alguns materiais. Nesse contexto, os processos
químicos se destacam por resultar em amostras com alto grau de
homogeneidade, pois a mistura dos componentes se em escala
atômica. As pro priedades diferenciadas da biocerâmica hidroxiapatita
(HAP), [(Ca10(PO4)6(OH)2
] quando sintetizada em laboratório po ssui
grande similaridade química, biológica e cristalográfica com o os so
humano, sendo o prin cipal material cerâmico implantável para o
tecido ósseo e a reconstituição dos dentes. Além disso, a bioatividade
da HAP sintética proporciona à cerâmica a habilidad e para formar
ligação química com os tecidos vizinhos após a implantação. Nesse
trabalho foram exploradas as características redutoras e
estabilizadoras do polimero Polivinilpirrolidona (PVP) para
possibilitar a síntese d a biocerâmica H AP via processo One-pot”,
que consiste em obter u ma série de reações distintas em um único
recipiente, eliminando etapas, minimizando resíduos e otimizando o
tempo de produção. A caracterização das amostras foi realizada por
DRX e MEV. Os resultados revelaram qu e o HAP e sua fase
secundária a β-fosfáto tricálcico foram obtidos com sucesso.
Palavras Chave: Hidroxiapatita; One-pot; Polivinilpirolidona.
II. INTRODUÇÃO
Na civilização mod erna na qual nós vivemos é comum
que durante a vida as pessoas tenham ao menos um i mplante
no corpo , desde um den te artificial a substituição de um órg ão
mais co mplexo. Descobertas rec entes co mprovam que mais
de dois mil anos er am reali zados implantes d e materiais não
orgânicos e m sere s humanos (Weinand, 2009). Em escavaçõ es
realizadas na p raia de Los Muertos, antigo território maia, foi
encontrada uma mandíbula humana que apresentava u m
implante dental feito com c oncha mari nha. E ssa desco berta
nos mostra q ue muito antes de existire m conceitos co mo
biocompatibilidade, bioatividade ou osteocondutividade ,
antigas civilizações de certa f orma já possuíam, mesmo que de
forma mais arcaica , uma tecnologia de materiais implantáv eis
(Bonadio, 201 4; Weinand, 2009) .
A ideia de utilizar materiais não orgâ nicos co mo
extensões do co rpo humano surgiu ap ós a segunda Guer ra
mundial (2º GM) devido ao grande número d e soldados
feridos, porém os implante s normalmente era m retirados de
tanques ou de depósitos e consequentemente vinha m
acompanhados de d oenças ou transmitiam infecções. Os
materiais utilizados para implantes d urante a GM tinham o
objetivo de causar o mínimo de dano po ssível ao seu por tador,
mas na maioria das vezes esse objetivo não era alcançado, isso
resultou e m muitos mortos po r doenças e infecções (Bonadi o,
2014). Após a GM o campo dos b iomateriais começou a ser
fortemente explorad o e descobertas importantes fora m feitas
(Bonadio, 20 14), cronologicamente o avanço des tas
descobertas pode ser ob servado em 3 etapas:
- Materiais com o objetivo de ser bioinertes - não caus ar
danos ao tecido anfitrião;
- Materiais b ioativos - reagem com o tecido anfitrião de
forma controlada;
- Materiais com o obj etivo de regenerar tecidos d anificados .
Com a evol ução dos biomateriais também surgiram
próteses e implantes que tem o objetivo de melhorar a
qualidade d e vida d os seres h umanos, exe mplos des tes
implantes são as prótese s de quadril, membros, órgãos
artificiais, implantes dentais entre outros (Bonadio, 2014;
Weinand, 2009). O desenvo lvimento do s bio materiais e
próteses derivadas de les tem chamado muita atenção, ta nto na
área d a economia, co mo na saúde. Somente entre 2008 e 2009,
o mercado d e próteses e i mplantes gerou mais de do is bilhões
de dólares .
Na ár ea dos biomateriais, os materiais osteoco ndutores
tem atr aído muita atenção po r serem capazes de induzire m o
crescimento de tecidos. Nessa cla sse de materiais está
introduzida a Hidroxiapatita (Hap) e suas fases b eta e alfa. Por
ter sua co mposição mineral muito parecida com a do osso
humano a Hap induz o tecido a cr iar ligações co m o i mplante
tornando assim, possí vel que partes do corpo humano seja m
regeneradas ou r ecriadas com a utilização d e mater iais não
orgânicos (Bonadio, 2014; Santos et al., 2005; Weinand,
2009). A Hap por ter grande s emelhança co m as propried ades
ósseas p ode ser absorvida pelo organismo, mas em sua fa se
pura ela demora aproximadamente três anos para ser
reabsorvida, isso torna seu uso como fa se pura não muito
Uma nova alt ernativa para a síntese da biocerâmica
Hidroxiapatita (Hap)
Ester M. A. Oliveira, Maycon Rotta (Orientador), Kleber R. Pent eado (Coorientador)
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCI A E TECNOLOGIA DO MATO GROSSO DO SUL (IFMS)-
CAMPUS TRÊS LAGOAS, TRES LAGOAS - MS
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viável. O β-fosfato tr icálcico -TCP) de fórmula Ca3(PO 4)2
que é a fase beta da Hap é abso rvido pelo corpo em alguns
meses e isso torna o seu uso mais atrativo (Bonadio, 2014 ;
Weinand, 200 9). A utilizaç ão da Hap junto ao β-TCP torna a
“fixação” de um implante em seu tecid o anfitrião mais ráp ida
e como a Hap pod e ser reabsorvida, tanto ela co mo o implante,
tornam-se parte do corpo humano (Bonadio, 2 014; Cunha,
Lazar e Ussui, 2006 ; Lala et al., 2014; Weinand, 20 09).
Com vistas a contribuir para o campo de pesquisa da
hidroxiapatita, o presente trab alho tem o obj etivo d e sintetizar
a Hap e β-TCP d e forma rápida e eficiente, utiliza ndo -se de
poucos reagentes, vi sando diminuir o temp o e o custo de
produção do material.
Nesse trabalho, a produção da Hap foi realizad a a p artir
do método “One-pot” q ue consiste e m fazer co m que todas as
reações necessária s par a a produção d a solução precursora
sejam realizadas e m um único r ecipiente, eliminando etapas,
minimizando res íduos e eco nomizando tempo (Ishika wa et a l.,
2009; Soejima e Kimizuka, 2 009) .
Para que não ho uvesse a nece ssidade d e utilizar agentes
polimerizantes na amostra, optou-se por trabalhar com o
polímero Polivinilpirrolid ona (PVP), explorando suas
características red utoras e estab ilizadoras (Choo, Lie w e Liu,
2002; Soejima e Kimizuka, 2 009; Xiong et al., 2006).
O P VP é um polímero formado por n -vinilpirro lidona,
material encontrado em pó, não apresenta toxicidade e e m
temperatura ambiente é alta mente solúvel e m á gua. Em sua
estrutura está co ntido um “anel” q ue p ossibilita a ligação de
metais via o xigênio co m a cadeia do PVP(Amorim, 2 010;
Fischer e Bauer, 2 009).
Até o momento, foi po ssível a obtenção d a Hap e do β-
TCP, conforme pode ser analisado na discussão que segue.
III. OBJETIVOS
Sintetizar e caracterizar ce râmicas d e fosfato de cálcio
como a Hidro xiapatita [(Ca10(P O4)6(OH)2], ou sua fase beta , o
(β -TCP) Ca3(P O4)2
via método químico de One -pot.
IV. MATER IAIS E MÉTODOS
Quantidades estequiométricas (razão Ca:P = 1.67) de
nitrato de cálcio [Ca(NO 3)2 .4H2O] e ácido fosfórico (H 3PO4)
foram adicionado s em um recipiente e dissolvido s em álcoo l
metílico. A solução precursor a foi obtida mistura ndo a solução
contendo os p ós-precursores (pp) e PVP a uma razão massiva
de 2:1 (pp:PVP) e mantido sob agitação por 2 h. O volume d o
solvente a ser utilizado na síntese está relacionado apenas com
a co ncentração de P VP da solução al mejada, em g /ml, para
estas a mostras foi e mpregado uma c oncentração de 10% de
PVP em solução. O tratamento térmico do gel sintetizado se
deu em três passos interca lados po r moagem e m almofa riz.
Primeramete o gel foi tratado a 16 0ºC/3h, em seguida p ó foi
calcinado a 600ºC/3h para eli minação do P VP e outros
materiais orgânicos. No terceiro passo, o p ó obtido foi
novamente tratado a 900ºC/3h. As a mostras obtidas for am
caracterizadas p or DRX e MEV.
V. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Inicialmente na s pri meiras te ntativas de síntese fora m
utilizados ac etato de cálcio, ácido fosfórico e diferentes
solventes, mas a solução obtida apresentava cor fosca e
continha precipitados. Analisando a pri meira a mostra obtid a ,
percebeu-se então, a nece ssidade de p esquisar por novos
reagentes, os escolhidos apó s pesquisas bib liográficas fora m o
nitrato de cálcio e ácido fosfórico citados anterior mente.
Após cálculo s estequiométrico s p ara o uso dos novos
reagentes, uma nova seq uência para a síntese foi elab orada e
três novas amostras fora m produzidas.
Para a pesquisa inicial e p rodução da hidroxia patita foi
utilizado o método “One -pot” (Ishikawa et al., 2009; Soejima
e Kimizuka, 20 09) , quantidades estequio métricas de nitrato de
cálcio e ácido fosfórico fora m adicio nadas em um recipien te e
dissolvidas em u ma combinação de álcool metílico, ácid o
acético e ácido propiô nico, no caso d a amostra 1 que
apresentou precip itados. Para as amostras 2 e 3 foi utilizado
como solvente apenas o álcool metílico. As novas amostras
não apresentara m pr ecipitados e tinham uma coloração
transparente, co mo pode ser visto na Figura 1.
Figura1 - Amostras 2 e 3 após síntese da solução precursor a.
Fonte: próprio autor.
As amostras produzidas foram levadas para secagem de
3h. Após saírem da estufa, as três amostras apresentavam
coloração b ranca e tinham um aspecto borr achoso. As
amostras 1 , 2 e 3 depo is d e saírem d a estufa foram submetid as
ao primeiro estágio d e trata mento tér mico que foi e fetuado a
temperatura d e 1 60ºC com o objetivo de retirar q ualquer
vestígio de água das a mostras.
Ao saírem do forno as amostras apresentavam
colorações distintas (foi id entificado que es sa coloração f oi
causada pelo posiciona mento dentro do forno) como mostrad o
na Figura 2.
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Figura 2 - Amostras 1 (a), amostra 2 ( b) e amostra 3 (c),
após tratamento tér mico a 160º C.
Fonte: próprio autor.
Em se guida as amostras f oram le vadas ao forno
novamente para tratamento a 6 00º C. Após tratamento, as
amostras resultara m em pós muito finos e co m bastante
homogeneidade, porém co mo p ode ser visto na F igura 3 (a),
quando se inverteu as po sições no forno, a amostra 1 fico u
mais escura que a a mostra 2, con firmando que o
posicionamento no forno estava resultando em tratament os
térmicos difere ntes e consequente mente resultando e m
amostras co m característica s diferentes. Após correção de
posicionamento o mesmo test e foi efet uado entre as a mostras
2 e 3 (Figura 3(b)) e o trata mento térmico r esultou em
amostras d e co res semelha ntes co nfirmando que o pro blema
tinha sido sanado.
Para caracter ização das amostras foi criada uma forma
simples de classificá -las:
H X Y
Onde H= hidroxiapatita, X= número da amostra e Y=
temperatura de trata mento térmico.
O Y p ode ser substituído pel as letras: A= 160º C, B=
600ºC, C= 700ºC, D= 800ºC, E= 900ºC e F= 1000ºC , etc.
dependendo da temperatura de tratamento tér mico a ser
empregada.
Figura 3 - amostras após tratamento tér mico a 600ºC.
Em (a) amostra 1 e 2 e em (b) amostra 2 e 3 ap ós
correção do posicio namento dentro do forno.
Fonte: próprio autor.
Após a nalisar as amostras e no meá-las foi decidido que
a a mostra H2B (tratada a 6 00ºC) seria a pri meira amostra a ser
submetida ao tratamento térmico a 900ºC, pois necessitou
apenas d o meta nol co mo so lvente p ara sua síntese. Sendo
assim, a a mostra H2 E após ser retirada do forno ap resent ou a
forma d e p ó fino, aspecto homogêneo e cor branca como
mostrado na Figura 4.
Figura 4 - Amostra H2E após trata mento térmico a 900ºC.
Fonte: próprio autor.
As micrografias (Figuras 5(a) e ( b)) r evelaram o
aspecto morfológico da a mostra após r etirada do P VP via
tratamento térmico à 600ºC. Nas micrografias (c) e (d) é
apresentada a morfologia da a mostra ap ós trata mento tér mico
a 900ºC. Comp arando-as pode -se observar a influência da
temperatura de trata mento rmico, pois a a mostra tratad a a
900ºC ap resentou u m aspecto la melar. O ME V mostrou q ue a
amostra H2E p ossui grãos compostos de aglomerado s
lamelares, revelando que um ap rimoramento referente ao
tempo e/o u te mperatura de tratamento térmico pode aumentar
a co alescência dos grãos, resultando em grãos maiores e mais
uniformes.