Obținerea compozitului hidroxiapatită - ZRO2 folosit în reconstrucția oaselor

Introducere

Se stie de foarte mult timp ca hidroxiapatita (HAp), Ca10(PO4)6(OH)2 ,si zircona pot fi valorificate ca materiale pentru implanturi dar numai de curand s-a reusit realizarea de materiale compozite (HAp-ZrO2) care imbina propietatile celor doi componenti. Hidroxiapatita prezinta biocompatibilitate si osteoconductivitate crescuta fata de tesuturile tari, cum ar fi oasele si dintii si a fost folosita cu succes drept inlocuitori sau umpluturi pentru astfel de tesuturi. HAp pura este o substanta alba, apatitele naturale pot avea diferite nuante de maro, galben sau verde. HAp mai poate fi folosita si ca strat de acoperire pentru protezele metalice. Totusi hidroxiapatita prezinta rezistenta mecanica si tenacitate mai mica decat cea a oaselor, astfel aplicatiile HAp ca bioceramica sunt oarecum limitate. Pentru a imbunatatii proprietatile mecanice ale HAp, aceasta a fost combinata cu ZrO2. Zircona (dioxidul de zirconiu- ZrO2) prezinta biocompatibilitate si are rezistenta mecanica ridicata si a fost folosit in ortopedie ca articulatii penrtu genunchi si sold. Dioxidul de zirconiu prezinta mai multe forme polimorfe monoclinica, tetragonala, rombica si cubica sub forma de solutii solide:

Deoarece ZrO2 prezinta o conductivitate termica redusa, transformarea reversibila monoclinictetragonal are o inertie foarte mare.

Aceasta transformare este insotita de o variatie de volum de circa 7%, ceea ce duce la fisurarea produselor. Din acest motiv dioxidul de zirconiu trebuie stabilizat. Stabilizarea se face cu cationi cu raza ionica apropiata de cea a zirconului, astfel incat cationul sa intre in reteua oxidului si sa formeze solutii solide cu structura de tip fluorina. Pentru stabilizare se utilizeaza oxizi ai cationilor Ca2+, Mg2+, Y3+, Ce4+. In timpul stabilizarii, deoarece trebuie sa se mentina electroneutralitatea in retea apar vacante de oxigen. Stabilizarea se poate face partial sau total.

In timpul obtinerii compozitului hidroxiapatita-zircona (HAp-ZrO2) pot aparea in sistem faze noi care pot influenta bicompatibilitatea implantului. Acest fenomen poate fi asociat atat cu descompunerea fazala a HAp, cat si cu interactiunile dintre matrice si particulele de zircona. Sunt totusi unele probleme care pot aparea in timpul procesului de obtinere, probleme care constau in influenta ZrO2 asupra stabilitatii fazale a HAp. Se stie ca HAp in prezenta ZrO2 partial stabilizata se transforma in fosfat tricalcic si/sau in oxid de zirconiu si calciu la temperaturi inalte. Stabilitatea termica a HAp in prezenta de ZrO2, depinde de mai multi factori care pot duce, sau nu, la descompunerea ei.

Deoarece descompunerea HAp duce la schimbarea proprietatilor fizico-chimice ale compozitului, acest lucru influenteaza comportarea implantului in mediu biologic prin modificari ale solubilatii, resorbtiei si biocompatibilitatii. Astfel, descompunerea HAp este o problema importanta atat din punct de vedere stiintific cat si din cel al aplicabilitatii compozitului.