Sintesi e caratterizzazione di carbo-idrossiapatiti​

Successivamente alle guerre mondiali e allo sviluppo di nuovi materiali (leghe metalliche, plastiche e ceramiche) è aumentata esponenzialmente la richiesta di protesi che potessero far tornare gli amputati ad uno stile di vita dignitoso. Questi materiali devono interfacciarsi con l'organismo, sostituendo ossa e dentina, quindi sono progettati per essere il meno invasivi possibile. Una potenziale soluzione è quella di impiegare materiali rivestiti della stessa fase minerale costituente le ossa, per l'appunto, l'idrossiapatite, Ca5(PO4)3(OH). Recentemente, si è osservato che la modificazione chimica dell'idrossiapatite, in particolare con la sostituzione da parte di CO32-, influenza notevolmente le proprietà di mineralizzazione e demineralizzazione del materiale. Inoltre anche la morfologia superficiale e il potenziale elettrostatico, responsabili dell'adsorbimento e dell'interazione tra la fase minerale e la fase bio-organica, ne sono influenzati. Di conseguenza, ottenere informazioni approfondite su come la sostituzione col carbonato modifichi la cella elementare e la superficie dell'apatite, può portare alla progettazione di materiali per impianti protesici, con proprietà biomimetiche e di biocompatibilità innovative. È largamente accettato che le carbo-idrossiapatiti (CHAp) si presentino con la sostituzione dello ione carbonato: 1. Nei tetraedri fosfatici (tipo B); 2. In sostituzione degli OH- (tipo A); 3. Con entrambe le sostituzioni (tipo AB). Purtroppo, le carbo-idrossiapatiti di tipo A e AB sono state riscontrate principalmente in sintesi svolte ad alte temperature e pressioni. Queste sintesi sono ben lontane dai meccanismi di formazione delle apatiti biologiche, quindi approfondire come queste sostituzioni influenzino le proprietà fisico-chimiche del materiale non fornisce informazioni aggiuntive sulla loro genesi. Inoltre l'esistenza effettiva di sostituzioni di tipo A necessita di ulteriori studi e conferme, infatti riguardo a questa sostituzione i dati cristallografici sperimentali e teorici non combaciano perfettamente. Gli approcci sperimentali presenti in letteratura si basano principalmente sulla sintesi di micro e nano cristalli di idrossiapatiti, pronti per essere usati in varie applicazioni industriali. In contrapposizione alla maggioranza degli articoli finora pubblicati, alcuni lavori si sono concentrati sullo studio delle relazioni che intercorrono tra struttura chimica e morfologia cristallina e su come modeste variazioni di pH modifichino i meccanismi di crescita, le dimensioni e la morfologia dei cristalliti. Sulla base di queste premesse, nel progetto di tesi si è proposto di studiare carbo-idrossiapatiti sintetizzate via basso idrotermale per indagarne le sostituzioni, le modificazioni morfologiche e, quindi, cercare di correlare quali sostituzioni, modificazioni e strutture macromolecolari si possono osservare in apatiti di origine biologica. Partendo da questi presupposti, la prima fonte di CO32- utilizzata è stata il carbonato d'ammonio ((NH4)2CO3). L'obiettivo è stato di sintetizzare CHAp tipo B e vedere se la sostituzione di tipo A potesse avvenire anche in queste condizioni di reazione. Secondariamente si è utilizzata CO2 gassosa gorgogliata nella soluzione madre a pH≈4.5, per evitare la formazione di CHAp tipo B e vedere se la CO2 andasse ad occupare nuovi siti strutturali di volume o venisse adsorbita sulle superfici dell'ipotetica CHAp. Infine, questi campioni carboapatitici sono stati confrontati