Compósitos de Hidroxiapatita Biogênica/Vidro-Cerâmica Dopados com Estrôncio: Síntese, Caracterização Estrutural e Bioatividade Aprimorada

Resumo

Materiais compósitos baseados em hidroxiapatita (HA) são fundamentais na engenharia de tecido ósseo. Incorporação de estrôncio (Sr) em razões Ca/Sr específicas demonstrou promover osteogênese. Este estudo relata síntese de compósito 50/50% em peso HA biogênica/vidro borossilicato de sódio dopado com 1% em peso SrO, sinterizado a 780 °C por 1 h. Difração de raios X (XRD), espectroscopia infravermelha (IV) e microscopia eletrônica de varredura (SEM) foram empregadas para investigar modificações de rede e microestrutura. Dissolução in vitro em salina fisiológica (0,9% NaCl) a 36,5 °C revelou perda de massa 2-4× maior para amostras dopadas com Sr, atribuível a porosidade aumentada. Os resultados indicam que compósitos HA/vidro dopados com Sr exibem bioatividade superior, tornando-os candidatos promissores para reparo de defeitos ósseos.

Introdução

Hidroxiapatita biogênica (BHA) espelha a arquitetura nano a microescala do mineral ósseo natural e, quando combinada com vidros bioativos, forma compósitos que suportam regeneração óssea. Estudos anteriores exploraram várias substituições iônicas — Fe²⁺/Fe³⁺, Cu²⁺, Ce²⁺, Si⁴⁺, La³⁺ — para potencial osteogênico [1-14]. Estrôncio, em particular, demonstrou ações duplas: estimulando proliferação de osteoblastos enquanto inibe atividade de osteoclastos, favorecendo assim formação óssea [15-18]. Interesse clínico em materiais contendo Sr é intensificado pela prevalência de osteoporose, condição marcada por densidade óssea diminuída [19-21]. Este trabalho visa desenvolver compósito BHA/vidro dopado com Sr que equilibre integridade mecânica com bioatividade para aplicação clínica potencial.

Métodos

Preparação de Amostras

BHA nanoestruturada foi misturada com vidro borossilicato de sódio (46% SiO₂, 28% B₂O₃, 26% Na₂O) em razão 50/50 em peso. A mistura foi primeiro sinterizada a 1100 °C para formar precursor, então moída. SrO (1% em peso) foi incorporado, seguido por pelletização (2,5 g, 11 mm diâmetro) e sinterização a 780 °C por 1 h.

Caracterização

Análise de fase: XRD (DRON-3M, Cu Kα, λ = 1,54178 Å). Espectros IV: FSM 1202, 4000-400 cm⁻¹. Microestrutura: SEM (REM-106I). Porosidade: densidade aparente e porosidade aberta/fechada medida segundo ASTM C1701 usando saturação com etileno. Solubilidade in vitro: 0,9% NaCl (sólido/líquido = 1:30) a 36,5 °C por 2, 5, 7 dias; perda de massa registrada com balança OHAUS Pioneer PA214C (0,0001 g).

Resultados e Discussão

Composição de Fase

BHA inicial correspondeu ao padrão JCPDS 72-1243 com parâmetros de rede a = 9,432 Å, c = 6,881 Å (V ≈ 530 ų). O compósito 50/50% reteve fase HA enquanto introduziu fases Na₂Ca₃Si₃O₁₀, Ca₂SiO₄, Na₄SiO₄ e Na₂BO₂, confirmando solidificação heterogênea. Adição de SrO não alterou o conjunto de fases mas deslocou picos de difração para 2θ maiores, indicando contração de rede devido à substituição de Ca²⁺ por Sr²⁺ (Sr²⁺ tem maior fator de espalhamento).

Microestrutura e Porosidade

SEM revelou estrutura tipo matriz: vidro formou arcabouço contínuo incorporando cristais de HA. Análise de porosidade mostrou porosidade total do compósito dopado com Sr atingindo ~61%, quase o dobro do material não dopado (~30%). Porosidade aberta aumentou de 6% para 10%, enquanto porosidade fechada diminuiu correspondentemente (Figura 6). A alta porosidade alinha-se com osso canceloso natural (55-70%) e espera-se que melhore infiltração celular e vascularização.

Dissolução In Vitro

Após 2 dias, compósito dopado com Sr exibiu taxa de dissolução de 0,19% massa/dia, 2-4× maior que contraparte não dopada. Solubilidade aprimorada correlaciona com porosidade aberta aumentada e rede HA ligeiramente contraída, facilitando liberação iônica (Figura 8).

Espectroscopia IV

Espectros do compósito exibiram bandas características de HA em ~1040 e ~570 cm⁻¹, com absorção adicional devido à rede de vidro. Adição de Sr alargou e deslocou bandas na região 700-1050 cm⁻¹, indicativa de perturbação de rede.

Conclusões

Fabricamos com sucesso compósitos de BHA/vidro borossilicato de sódio dopados com Sr (50/50% em peso, 1% em peso SrO). XRD confirmou persistência da fase HA com contração de rede na incorporação de Sr. Adição de Sr aumentou marcadamente porosidade e dissolução in vitro, sugerindo osteocondutividade superior. Esses materiais prometem para reparo ósseo clínico, particularmente em contextos osteoporóticos onde reabsorção aprimorada e nova formação óssea são desejáveis.