Compuestos de Hidroxiapatita Biogénica/Vidrio-Cerámico Dopados con Estroncio: Síntesis, Caracterización Estructural y Bioactividad Mejorada

Antecedentes

La hidroxiapatita biogénica (BHA) replica la arquitectura nano-a micro-escala del mineral óseo natural y, combinada con vidrios bioactivos, forma compuestos que soportan la regeneración ósea. Estudios previos han explorado diversas sustituciones iónicas —Fe²⁺/Fe³⁺, Cu²⁺, Ce²⁺, Si⁴⁺, La³⁺— para mejorar el potencial osteogénico [1–14]. El estroncio, en particular, ha demostrado acciones duales: estimulando proliferación de osteoblastos mientras inhibe actividad de osteoclastos, favoreciendo así la formación ósea [15–18]. El interés clínico en materiales con Sr aumenta por la prevalencia de osteoporosis, condición marcada por disminución de densidad ósea [19–21]. Este trabajo busca desarrollar un compuesto BHA/vidrio dopado con Sr que equilibre integridad mecánica con bioactividad para aplicación clínica potencial.

Métodos

Preparación de Muestras

BHA nanoestructurada se mezcló con vidrio borosilicato sódico (46 % SiO₂, 28 % B₂O₃, 26 % Na₂O) en ratio 50/50 en peso. La mezcla se sinterizó primero a 1100 °C para formar un precursor, luego se molió. SrO (1 % en peso) se incorporó, seguido de peletizado (2,5 g, 11 mm diámetro) y sinterizado a 780 °C durante 1 h.

Caracterización

Análisis de fase: DRX (DRON-3M, Cu Kα, λ = 1,54178 Å). Espectros IR: FSM 1202, 4000–400 cm⁻¹. Microestructura: MEB (REM-106I). Porosidad: densidad aparente y porosidad abierta/cerrada medida según ASTM C1701 usando saturación con etileno. Solubilidad in vitro: 0,9 % NaCl (sólido/líquido = 1:30) a 36,5 °C por 2, 5, 7 días; pérdida de masa registrada con balanza OHAUS Pioneer PA214C (0,0001 g).

Resultados y Discusión

Composición de Fase

BHA inicial coincidió con patrón JCPDS 72-1243 con parámetros de red a = 9,432 Å, c = 6,881 Å (V ≈ 530 ų). El compuesto 50/50 retuvo la fase HA mientras introdujo fases Na₂Ca₃Si₃O₁₀, Ca₂SiO₄, Na₄SiO₄ y Na₂BO₂, confirmando solidificación heterogénea. La adición de SrO no alteró el ensamblaje de fases pero desplazó picos de difracción hacia 2θ mayores, indicando contracción de red por sustitución de Ca²⁺ por Sr²⁺ (Sr²⁺ tiene mayor factor de dispersión).

DRX de BHA prístino

DRX de compuesto BHA/vidrio

DRX de compuesto BHA/vidrio-Sr

Microestructura y Porosidad

MEB reveló estructura tipo matriz: vidrio formó marco continuo incrustando cristales HA. Análisis de porosidad mostró porosidad total del compuesto dopado Sr alcanzando ~61 %, casi el doble que el material sin dopar (~30 %). Porosidad abierta aumentó de 6 % a 10 %, mientras porosidad cerrada disminuyó correspondientemente (Figura 6). La alta porosidad se alinea con hueso cancelloso natural (55–70 %) y se espera mejore infiltración celular y vascularización.

Distribución de porosidad para compuestos BHA/vidrio y BHA/vidrio-Sr

Disolución In Vitro

Tras 2 días, el compuesto dopado Sr exhibió tasa de disolución de 0,19 % masa/día, 2–4× mayor que el homólogo sin dopar. La solubilidad mejorada correlaciona con porosidad abierta aumentada y red HA ligeramente contraída, facilitando liberación iónica (Figura 8).

Pérdida de masa en salina para BHA/vidrio vs. BHA/vidrio-Sr (2, 5, 7 días)

Espectroscopía IR

Los espectros del compuesto mostraron bandas características HA a ~1040 y ~570 cm⁻¹, con absorción adicional por la red de vidrio. La adición de Sr ensanchó y desplazó bandas en la región 700–1050 cm⁻¹, indicativa de perturbación de red.

Espectros IR de compuestos BHA/vidrio y BHA/vidrio-Sr

Conclusiones

Fabricamos con éxito compuestos BHA/vidrio borosilicato sódico dopados con Sr (50/50 en peso, 1 % en peso SrO). DRX confirmó persistencia de fase HA con contracción de red al incorporar Sr. La adición de Sr aumentó marcadamente porosidad y disolución in vitro, sugiriendo osteoconductividad superior. Estos materiales prometen para reparación ósea clínica, particularmente en contextos osteoporóticos donde resorción mejorada y nueva formación ósea son deseables.