Modelado de la estructura de hidroxiapatitas de calcio dopadas con zinc

Abstract

Entre los principales materiales desarrollados como sustitutos del tejido óseo se destacan los fosfatos de calcio. El estudio de estos compuestos, y en particular de la hidroxiapatita de calcio (CaHap), ha recibido especial atención debido a sus propiedades de bioactividad y biocompatibilidad tisular. No obstante, la aplicación presenta algunas dificultades; entre ellas, su baja reabsorción en la zona de implante, hecho que limita su uso en ortopedia. Con el objetivo de mejorar las propiedades osteointegradoras de las hidroxiapatitas de calcio (CaHap) hemos sintetizado y caracterizado diversas apatitas sustituyendo Ca(II) por Zn(II). Dicho reemplazo resulta particularmente relevante dado que ambos cationes son muy abundantes en los sistemas biológicos y permite una más eficiente osteointegración. Es conocido que la CaHap puede cristalizar en dos fases: hexagonal (grupo espacial P63/m) y monoclínica (grupo espacial P21/b). La fase más frecuente es la hexagonal, aunque la monoclínica es más estable termodinámicamente. En trabajos previos, se estudiaron, a partir de datos de difracción de rayos X de polvos (DRX) empleando el análisis de Rietveld, las estructuras de apatitas puras y sustituidas con Zn(II), sintetizadas por el método de Hayek y Newesely. Los sólidos analizados mostraron una transformación de la fase monoclínica a hexagonal al incorporar una pequeña proporción de Zn a la estructura, cambio atribuible a la incorporación de un elevado porcentaje de agua a su estructura, lo cual traía como resultado una baja estabilidad térmica. Hemos encontrado que, sinterizando las muestras a 700 °C con un método similar al desarrollado por I. R. Gibson and W. Bonfield, es posible estabilizar la fase apatítica de CaHap dopados con pequeñas cantidades de Zn [(Zn,Ca)Hap]. Esta síntesis permite que la incorporación de agua sea inferior a lo reportado hasta el momento en la literatura. Sin embargo, se desconoce el efecto del Zn sobre la estructura cristalina, el tamaño de grano y porqué por encima de cierto porcentaje de Zn la fase apatítica se desestabiliza. En el presente trabajo proponemos estudiar las propiedades microestructurales de (Zn,Ca)Hap empleando el análisis Rietveld a partir de datos de difracción de Rayos X en polvo. En particular nos interesa explorar la posible influencia del tamaño de grano y microesfuerzos (isotrópico o anisotrópico) en los patrones de difracción de rayos X de CaHap sustituidas con distintos porcentajes de Zn.