Preparación y procesamiento de HA

La hidroxiapatita puede obtenerse a partir de huesos humanos o de otra especie animal; por transformación de materiales naturales como los esqueletos minerales de los corales y equinodermos; o puede ser sintetizada artificialmente. Dependiendo del origen y del método de síntesis, resultarán materiales con gran variabilidad físicoquímica y morfológica. Siendo así, pueden obtenerse distintas HAs para satisfacer los requisitos de aplicaciones clínicas específicas.

La HA pura se puede obtener mediante reacciones en sistemas acuosos o por reacciones en estado sólido. Sin embargo, cuando es preparada a través de sistemas acuosos de precipitación o métodos de hidrólisis es importante manejar las cantidades adecuadas de precursores para lograr una hidroxiapatita totalmente estequiométrica (relación molar Ca/P = 1.67) debido a que, en ocasiones, se obtiene una HA deficiente en calcio. El uso de métodos acuosos en condiciones alcalinas provoca que el precipitado contenga carbonato, lo cual también afecta la relación molar Ca/P [9].

2.2.2.1 Precipitación

Un método de precipitación fue establecido por Rathje [10], el cual consiste en la adición por goteo de ácido fosfórico (H3PO4) a una suspensión de hidróxido de calcio Ca(OH)2 manteniendo el sistema en agitación continua. Este método puede ser modificado por la adición de hidróxido de amonio (NH4OH) para mantener el pH de la reacción alcalino y asegurar la formación de HA.

Otro método es el propuesto por Hayek y Newesely [11] que consiste en la reacción entre nitrato de calcio Ca (NO3)2 y fosfato ácido de amonio (NH4)2HPO4 agregando NH4OH y se lleva a cabo en régimen semi-continuo. La formación de HA a través de este método es sensible al tipo y concentración de cada precursor, del tiempo de envejecimiento, la temperatura y al pH (entre 8 y 9) de la reacción obteniendo una variación importante en la relación molar Ca/P y en la cristalinidad de la hidroxiapatita obtenida. La temperatura de precipitación varia en un rango desde temperatura ambiente hasta 100ºC. Tiempos de envejecimiento prolongados (~24 h o mas) generalmente favorecen relaciones Ca/P próximas a la estequiométrica para la hidroxiapatita (1,67) y altas cristalinidades, mientras procesos rápidos, por ejemplo promovidos por el uso de reaccionantes concentrados, conducen a valores de Ca/P próximos al del ACP (1,48) y bajas cristalinidades. La cristalinidad de los materiales obtenidos por precipitación es típicamente inferior a la de materiales obtenidos por vía hidrotérmica o térmica.

En la HA producida por precipitación el CO2 presente en el aire atmosférico es absorbido por las soluciones acuosas alcalinas en forma de ion CO32- y acaba incorporándose a la HA, bien en substitución de los iones PO43- o de los iones OH- del retículo de HA. Esta incorporación se minimiza, pero no se evita totalmente, burbujeando nitrógeno gaseoso durante la reacción de síntesis.

2.2.2.2 Estado sólido

Este método se lleva a cabo mezclando los precursores de calcio y fósforo procurando que la relación molar Ca/P sea de 1.67. Variaciones en esta relación conducen a la formación de otras fases diferentes a la hidroxiapatita como fosfato tricálcico alfa o beta (α-TCP o β-TCP) o bien fosfato tetracálcico (TTCP) dependiendo de la temperatura de preparación. En general, el proceso consiste en una molienda de los sólidos y la sinterización a temperaturas por encima de los 950ºC [1,2,6,12]. La HA obtenida por esta ruta se caracteriza por su alta cristalinidad, estequiometria bien definida y baja solubilidad. También pueden obtenerse HAs sustituidas utilizando los precursores adecuados.

2.2.2.3 Cristalización hidrotérmica

El método de síntesis hidrotérmica consiste en promover la formación de hidroxiapatita a partir de soluciones acuosas a temperaturas elevadas, en el rango de 140 a 500 °C. Para alcanzar tales temperaturas sin permitir la evaporación del solvente, la presión también es

elevada. Generalmente el proceso se lleva a cabo en lotes empleando autoclaves. De este modo, la presión resultante es simplemente la presión de vapor del solvente a la temperatura deseada. Como materiales de partida se han usado Ca(NO3)2, Ca(OH)2, NH4H2PO4, H3PO4, o los fosfatos de calcio CaHPO4.2H2O, CaHPO4, β-Ca3(PO4)2, Ca2P2O7, así como la propia HA. El pH inicial se ajusta con NH3 gaseoso, NH4OH o NaOH.

La vía hidrotérmica se presta para la obtención de hidroxiapatita pura, estequiométrica y con pocos defectos en la red cristalina, en forma de cristales micrométricos de hábito prismático con caras bien desarrolladas [13].

Dependiendo de las condiciones de síntesis y de las materias primas utilizadas, pueden obtenerse HAs menos perfectas, con grados de cristalinidad controlables por la temperatura y el tiempo de cristalización. Quizá la variante más conocida del método hidrotérmico es aquélla que emplea como precursor una estructura natural con macroporosidad interconectada similar a la del hueso esponjoso humano.

2.2.2.4 Sol-gel

El proceso sol-gel ha atraído mucho la atención recientemente debido a que es bien conocido sus ventajas inherentes de la técnica y que puede generar vidrios, cerámico- vidrio y polvos cerámicos. Estas ventajas incluyen mezcla molecular homogénea, temperatura comparativamente baja, alta pureza del producto y la habilidad para generar partículas nanometricas y películas delgadas. Sin embargo, la hidroxiapatita derivada de un proceso sol-gel, debido a su pobre cristalinidad y la presencia de iones carbonato en la red cristalina, ha presentado muy alta bioactividad en comparación a otras provenientes de otros procesos. Sin embargo, reportes de este tipo de HA han presentado que está siempre acompañada por una fase secundaria de oxido de calcio (CaO) y éste es perjudicial para la biocompatibilidad de la HA. Los intentos para resolver este problema aun son de interés en las actuales investigaciones [14].