Obtenção e caracterização de compósitos hidroxiapatita/borracha natural por precipitação química in situ

Abstract

O crescente número de pacientes apresentando perda óssea gera um aumento na demanda pelo desenvolvimento de novos substitutos ósseos. Hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2) e polímeros naturais utilizados na forma de material compósito são uma alternativa promissora aos tradicionais enxertos ósseos. No entanto, o sucesso destes materiais em aplicações médicas depende da boa interação entre a fase orgânica e inorgânica, nem sempre uma tarefa fácil. Neste trabalho foi desenvolvida uma nova estratégia de síntese de compósitos hidroxiapatita/borracha natural para aplicações médicas com boa dispersão e controle das fases produzidas. Para isso, foi realizada uma reação de precipitação in situ em que as cadeias poliméricas da borracha funcionaram como template para mineralização. A hidroxiapatita (HA) foi sintetizada a partir de Ca(NO3)2.4H2O e H3PO4 com uma razão Ca/P de 1,67 em tetraidrofurano (THF) na presença de borracha natural (NR) solubilizada. Os compósitos foram preparados contendo até 27,9 % em massa de HA e apresentado partículas nanodispersas na matriz polimérica. A técnica de precipitação desenvolvida permitiu a obtenção de HA nanocristalina com alto grau de pureza e controle do tamanho de cristalito e da fase produzida. Os compósitos apresentaram melhores propriedades mecânicas do que a NR pura para todas as concentrações de HA e houve perda de solubilidade dos compósitos produzidos em bons solventes, indicando a presença de borracha ligada à HA. Conforme proposto, a borracha natural possui uma proteína e um lipídio como grupos terminais portando cargas negativas que atuam como sítios de nucleação para a HA, melhorando a dispersão e controle do tamanho de cristalito.

The growing number of patients with bone loss generates an increase in demand for the development of new bone substitutes. Hydroxyapatite and natural polymers used in the form of composite materials are a promising alternative to the traditional bone grafts. However, the success of these materials in medical applications depends on good interaction between the organic and inorganic phase. In this work we developed a new strategy for the synthesis of hydroxyapatite/natural rubber composites for biomedical applications with good dispersion and phase control. To achieve this goal, an in-­‐situ chemical precipitation method in which the polymer chains act as mineralization template was performed. The starting materials used for synthesizing hydroxyapatite (HA) were Ca(NO3)2.4H2O and H3PO4 with a Ca/P ratio of 1.67 in tetrahidrofuran (THF) in the presence o solubilized natural rubber (NR). The composites were prepared containing up to 27.9 wt.% HA presenting nanodisperse particles in the polymer matrix. The developed precipitation technique produced nanocrystalline HA with high purity and crystallite size and phase control. The composites presented better mechanical properties than NR alone with loss of solubility, indicating bound rubber to the HA phase. As proposed, natural rubber has a protein and a lipid as terminal groups carrying negative charges, which act as nucleation sites for HA, improving dispersion and control over crystallite size.