Caracterizarea hidroxiapatitei

Caracterizarea hidroxiapatitei

O mare atentie se acorda in prezent cresterii straturilor subtiri de materiale bioceramice pe straturi de titan si aliaje de titan in vederea cresterii biocompatibilitatii in noile tipuri de dispozitive dentare si ortopedice.

Dintre bioceramicele bazate pe fosfatul de calciu, s-a considerat ca hidroxiapatita cristalina este cea mai stabila faza in contact cu lichidele din corp, HA amorfa si β-tri-calcium fosfat fiind mai putin stabile si mai rapid resorbite de organism.

Hidroxiapatita de calciu - Ca(PO)(OH)- , HA, este un material care se dezvolta in mod natural in tesutul osos: osul uman cortical matur, de exemplu, contine aproximativ 70% HA cristalina in volum. Datorita biocompatibilitatii innascute, acest material nu necesita un raspuns imun dupa introducerea in corp.

O proprietate importanta a HA o reprezinta faptul ca este bioactiva. Dupa implantare, produce specii chimice care par sa sustina aderarea implantului la tesutul inconjurator formand o structura conectiva functionalla. Observatii preliminare asupra depunerilor de HA "imbatranite" in solutiifiziologice timp de peste patru saptamani, permit concluzii privind capacitatea in a ajuta procesul dinamic al cresterii osului si al fixarii rapide a implantului. Acest proces de osteointegrare permite transferul eficient de tensiune intre implant si osul alaturat.

Timpul de viata functional al unei proteze poate fi drastic limitat daca la fixarea dispozitivului pe osul adiacent se produce o slabire. Pentru ca operatia chirurgicala sa aiba succes pe termen lung e necesar nu numai ca eforturile considerabile sa poata fi transferate (de exemplu la articulatiile soldului), dar ca si biomaterialele implantate sa fie capabile sa reziste la fortele fiziologice aplicate fara a suferi defectiuni mecanice.

Ceramicele HA sunt mult mai fragile decat osul natural sau decat bioceramicele obisnuite, cum ar fi tricalcium fosfat (TCP), ceramica de aluminiu (a-AlO), fosfatul de zirconiu (ZrP). Proprietatile biomecanice ale HA sinterizate sunt slabe : solicitarile ciclice ale implanturilor de HA monolitica duc la ruperea rapida cauzata de oboseala mecanica. Deci, HA sinterizata este inadecvata pentru aplicatiile in care sunt asteptate solicitari ciclice, cum ar fi chirurgia de inlocuire totala a soldului.

Metalele, care poseda proprietati mecanice superioare , sunt, totusi, corodate de lichidele din corp, cauzand iritatii sau inflamari. Alt obstacol il constituie slaba aderenta a osului la partile metalice. Solutia acestor probleme o reprezinta acoperirea partilor metalice cu un material bioceramic care va proteja proteza de lichidele corpului si va favoriza cresterea tesutului osos.

Ca invelis al unui imetalic, HA ofera integritatea mecanica a dispozitivului metalic si biocompatibilitatea compozitiei minerale a osului. Acoperirile cu HA pot elimina necesitatea de a folosi cimenturi pentru a fixa dispozitivul de osul existent si pot minimiza aparitia produsilor de coroziune care rezulta din contactul direct metal-lichidele corpului. Deoarece fragmentele uzate din cimenturi si produsii de coroziune sunt sursele principale ale iritarilor si inflamarilor tesuturilor asociate cu implanturile, depunerile deHA pot intensifica procesul de vindecare si pot reduce perioada de convalescenta.

Aliajul de titan, ca substrat, este o alegere naturala datorita biocompatibilitatii sale, a densitatii relativ mici, a rezistentei la corodare si a caracteristicilor favorabile la oboseala mecanica. In plus, are proprietati fizice apropiate cu cele ale hidroxiapatitei.

Tabelul urmator prezinta comparativ unele proprietati fizice ale celor doua substante :

Cateva proprietati ale HA si Ti

S-a constatat ca HA nu se descompune brusc in TCP, CaO si HO, ci gradual. Astfel, la temperaturi peste 700 C, HA incepe sa se descompuna, aparand primele urme ale fazelor de mai sus.

Fiind o molecula complexa , cresterea straturilor subtiri de HA prin metodele clasice de pulverizare (termica) a plasmei - plasma (thermal) spraying - , rf-sputtering, depunere electrofonetica - electrophonetic deposition - sau prin metode hidrotermice s-a dovedit a fi dificila. Pentru reconstituirea HA cristaline din filmele depuse, care sunt in mod frecvent , in intregime sau partial, amorfe si/sau deshidratate se folosesc si combinatii ale acestor metode cu tratamente post -

depunere. S-a utilizat si o metoda de creistalizare si crestere in care un agent de cristalizare capabil sa dizolve ionii de Ca si Si este plasat in lichidul fiziologic

simulat, pentrua intensifica procesul de cristalizare si crestere a apatitei pe o varietate de substraturi.

In prezent , tehnica de pulverizare a plasmei este singura metoda comerciala disponibila pentru depunerile de HA pe dispozitivele proteice. Insa, punerile sub observatie clinice pe termen lung audemonstrat ca exista deficiente semnificative privitoare la timpul de viata al acestor dispozitive. Unul dintre cele mai insemnate dezavantaje este slaba aderenta depunere-strat. De asemenea, exista unele variatii de stoechiometrie si probleme in controlul microstructurii.

Recent, pentru cresterea straturilor subtiri de HA s-a utilizat metoda depunerii laser pulsate (PLD), care este foarte potrivita in cazul materialelor cu stoechiometrie complexa. PLD a dovedit rezultate bune in domeniul filmelor supraconductoare de temperaturi critice inalte si se pare a fi un candidat serios care sa inlocuiasca tehnica pulverizarii plasmei in multe aplicatii biomedicale, depasind cele mai multe deficiente ale acesteia.

Cele mai importante avantaje ale PLD sunt capacitatea sa de a depune filme de HA cristalina pura "in situ" si flexibilitatea sa privitoare la controlul fazei, al cristalinitatii si al compozitiei chimice (al raportului Ca/P) a HA si a celorlalti fosfati de calciu. Deoarece aceste caracteristici influenteaza bioresorbabilitatea ceramicilor, PLD poate fi folosit pentru a depune straturi subtiri "in situ" in aplicatiile particulare, cu constructii speciale.

Aceste avantaje pot fi mai bine intelese examinand procesul PLD in detaliu, asa cum reiese din caracterisicile particulare ale depunerilor de fosfat de calciu.

Este necesar ca filmele de hidroxiapatita realizate pentru aplicatiile medicale sa indeplineasca cerintele legate de stabilitatea si cristalinitatea inalta a

fazei, conservarea stoechiometriei (Ca/P=1,67), puritatea chimica. Trebuie sa aibe bune prepriatati mecanice(tensiune de adeziune (aderenta) file-substrat mare, tensiune de coeziune inalta, rezistenta la solicitari mecanice), densitate mare,

resorbabilitate mica in celule, sa fie omogene si impermeabile pentru atomii sau ionii de titan din substrat. Se acorda o deosebita atentie controlului porozitatii si rugozitatii, cat si celui al nucleatiei si morfologiei.