Reacções de superfície de cerâmicos de fosfato de cálcio em plasma simulado

Abstract

Os estudos de mineralização em materiais sólidos são correntemente realizados in vitro, com o objectivo de testar a capacidade de ligação entrepotenciais implantes e o osso ou, simplesmente, obter uma camada de fosfatode cálcio bioactivo em substratos não bioactivos. Este trabalho teve como objectivos a investigação dos mecanismos e dos aspectos cinéticos envolvidosna mineralização de materiais apatíticos em meios simuladores do plasmahumano. Os substratos escolhidos foram uma hidroxiapatite comercial e um materialbifásico HAP-14% α-TCP de elevado grau de pureza, cujo potencial demineralização é superior ao da HAP pura devido à maior solubilidade da faseminoritária. Ambos os materiais foram estudados em pó e na forma de corpocerâmico denso. Estes materiais foram imersos em soluções de complexidade crescente, começando com água ultra-pura e terminando num meio de composição inorgânica muito próxima da do electrólito plasmático humanocom adição de albumina. A composição das soluções foi seguida ao longo das experiências de imersão por ICP e medidas de pH. Os materiais resultantes foram caracterizados porDRX, FTIR, SEM/EDS e, ocasionalmente, por XPS. Complementarmente,realizaram-se ensaios preliminares de biocompatibilidade com os corposcerâmicos imersos em culturas de osteoblastos extraídos da medula óssea de ratos Wistar machos. No decurso deste projecto foi desenvolvido um electrólito plasmáticotamponado com CO2 / HCO. Os ensaios realizados neste novo electrólito permitiram obter camadas de mineralização cuja composição e morfologia se pensa estarem mais próximas das camadas formadas in vivo. −3 Os resultados obtidos mostraram a influência de um conjunto complexo deparâmetros na cinética e nos mecanismos de mineralização superficial,nomeadamente, a presença e o tipo de tampão, a sobressaturação média da solução mineralizante e a sobressaturação local junto á interfacesubstrato/solução, natureza e quantidade de impurezas presentes no material,repartição da proteína entre a superfície e a solução, relação superfície de material/volume de solução e condições de agitação da solução.

Mineralization experiments on solid materials are currently performed in vitro, in order to assess the bone bonding ability of potential bone implants, or simply to deposit a bioactive calcium phosphate layer on non-bioactive substrates. The purpose of the present work was to investigate the mechanisms and kineticaspects involved in the mineralization of apatite-based materials in media simulating human plasma. The substrates chosen were commercial hydroxyapatite and a high-purity HAP-14% α-TCP biphasic material, whose mineralization potential is greater thanthat of HAP alone because of higher solubility of the minor phase. Bothmaterials were used in powder and in dense ceramic form. They wereimmersed in solutions of increasingly complex composition, starting with purewater and ending up with a medium with the exact composition of the humanplasmatic electrolyte with added albumin. Thecomposition of the solutions was monitored along the immersion experiments by ICP and pH-metering and the incubated materials characterised by XRD, FTIR, SEM/EDS and, occasionally,by XPS. Preliminary osteoblast compatibility essays were also performed ondense ceramics with bone marrow cells explanted from Wistar male mice. In the course of the project a new plasmatic electrolyte physiologically bufferedwith CO2 / HCOwas developed. Mineralisation experiments in this electrolyteproduced mineralisation deposits of a nature that is conceivably nearer that o−3fin vivo formed apatite. The results obtained showed the influence of a complex array of parameters onthe kinetics and mechanisms of surface mineralization and on the nature of the deposit, namely, presence and type of buffer, local and bulk supersaturation ofthe mineralising solution, amount and nature of impurities in the material,partition of adsorbing albumin between the surface and the solution, materialsurface-to-solution volume ratio and flow conditions of the solution.