instituto politecnico nacionaltesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/18248/1/25-1...por ayudarme a...

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUÍMICA

E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

SÍNTESIS Y CARACTERIZACION DE COMPUESTOS TIPO

HIDROTALCITA-HIDROXIAPATITA POR IRRADIACIÓN DE

MICROONDAS VS ULTRASONIDO Y EVALUACION EN

IMPLANTES DE ESTRUCTURAS ÓSEAS

TESIS PROFESIONAL

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE

INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL

P R E S E N T A

ISIS SCHERAZADA RODRIGUEZ CLAVEL

ASESOR: DRA. SILVIA PATRICIA PAREDES CARRERA

MÉXICO D.F. MARZO 2015

SÍNTESIS Y CARACTERIZACION DE COMPUESTOS TIPO HIDROTALCITA-HIDROXIAPATITA POR IRRADIACIÓN DE MICROONDAS VS ULTRASONIDO Y EVALUACION EN IMPLANTES DE ESTRUCTURAS ÓSEAS.

Página 2

INDICE

Resumen

Introducción

TEMA PÁGINA

Capítulo 1. Generalidades

1.1 Prótesis ósea 10

1.2 Hidroxiapatita 11

1.3 Compuestos tipo hidrotalcita 13

1.4 Compositos tipo hidrotalcita-hidroxiapatita 16

1.5 Métodos directos de síntesis 17

1.5.1 Método convencional de coprecipitación 18

1.5.2 Método sol-gel 18

1.6 Métodos indirectos de síntesis 19

1.6.1 Intercambio aniónico

1.6.2 Reconstrucción de la estructura

1.6.3 Método de irradiación con ultrasonido

19

19

20

1.6.4 Método de irradiación con microondas 21

Objetivos

Objetivo general 24

Objetivos específicos 24

Capítulo II. Desarrollo experimental

2.1 Síntesis de compuestos tipo hidrotalcita-hidroxiapatita 26

2.1.1 Síntesis de hidrotalcita pura 26

2.1.2 Síntesis de hidroxiapatita pura 27


Página 3

2.1.3 Síntesis de compósitos tipo hidrotalcita-hidroxiapatita 29

2.2 Técnicas de caracterización y evaluación 31

2.2.1 Difracción de rayos X (DRX) 32

2.2.2 Fisisorción de nitrógeno (área superficial especifica BET) 32

2.2.3 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 32

2.2.4 Microscopia electrónica de barrido (MEB) 32

2.3.5 Espectroscopia UV-vis 33

Capítulo III. Discusión y resultados

3.1 Caracterización de muestras sintetizadas 36

3.1.1 Difracción de rayos X 36

3.1.1.1 Comparativo de las técnicas de microondas y ultrasonido

con las metodologías.

38

3.1.2 Espectroscopia de Infrarrojo (IR) 51

3.1.3 Microscopia electrónica de barrido (MEB) 54

3.1.4 Fisisorción de nitrógeno (área superficial especifica BET) 56

3.2 Evaluación del compósito 57

Conclusiones

Bibliografía


Página 4

AGRADECIMIENTOS

Al INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL (IPN). Por alojarme en una de sus prestigiadas

escuelas y así abrirme las puertas al conocimiento y preparación como estudiante de

ingeniería logrando mi formación como persona tanto profesional como socialmente, y así

llegar a poner en alto su nombre.

A la ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

(ESIQIE). Por ayudarme a adquirir el conocimiento de la carrera de Ingeniero Químico

Industrial en base a la teoría y práctica con ayuda de sus docentes e instalaciones, además de

darme las herramientas suficientes para sobresalir en cualquier ámbito de la vida.

Al LABORATORIO DE CATÁLISIS Y MATERIALES. Por permitirme el desarrollo del

presente trabajo.

A la DRA. SILVIA PATRICIA PAREDES CARRERA. Asesora de la tesis, por su confianza,

cariño y amistad, por el apoyo brindado durante el trabajo realizado, así como la entereza

que siempre mantuvo para ayudarme a concluir satisfactoriamente la presente tesis.

A YOHUALI ZARAZUA, ISELA DOMINGUEZ, IRAN MORENO Y ROBERTO VALENCIA,

compañeros y amigos del laboratorio, por todo el apoyo brindado y la amistad forjada en

este tiempo.

A el PROYECTO SIP20141375 por las facilidades dadas para la realización y satisfactoria

conclusión de este trabajo.

A la SECITI antes ICyTDF por el apoyo financiero al proyecto PICSO12-151


Página 5

DEDICATORIAS

A DIOS

Por ser mi guía, por permitirme haber concluido satisfactoriamente esta etapa de mi vida y

por darme la oportunidad de compartir esta dicha con mis seres amados

A MIS PADRES

Por toda su entrega hacia mí, su amor, su comprensión y su compromiso por sacarme

adelante. Gracias por convertirme en la persona que hoy en día soy. Todos mis triunfos se

los dedico a ustedes, mi más grande orgullo.

A MI ABUELA DIVINA

Por ser mí segunda madre, por todo tu amor y tu entrega para conmigo y mis hermanos.

A MIS HERMANOS JOSHUA Y RODRIGO

Por ser quienes con su ejemplo forjaran el camino que debía seguir, gracias por ser los

mejores ejemplos que he tenido a lo largo de mi vida. Por todo su amor, su cariño y por

siempre cuidarme. Los amo.

A MI MEJOR AMIGO Y CONFIDENTE, ERI PAZ

Gracias por todos estos años de compartir nuestras vidas. Por estar siempre conmigo en las

buenas y en las malas, y por convertirte en el mejor amigo que alguien puede tener. Contigo

hasta el fin del tiempo.


Página 6

RESUMEN

En este trabajo se presenta la optimización de la síntesis de compósitos hidrotalcita-

hidroxiapatita preparadas por 6 técnicas de coprecipitación para los precursores, el gel

obtenido se dividió y a cada fracción se le dio tratamiento mediante irradiación de

ultrasonido o microondas por 10 minutos respectivamente. Se encontró que el tratamiento

con microondas y ultrasonido redujo considerablemente el tiempo de síntesis, en

comparación con los métodos convencionales de autoclave; por otra parte las propiedades de

textura y morfología de la hidroxiapatita, la hidrotalcita y el compósito obtenido resultaron

ser significativamente diferentes y dependientes del método de preparación (microondas o

ultrasonido); en donde con el tratamiento con microondas se generaron materiales más

ordenados o cristalinos con mayor tamaño promedio de cristal que los sintetizados con

ultrasonido. En cuanto a la porosidad las muestras irradiadas con microondas resultaron en

materiales con partículas de una sola fase con porosidad de entre 1 y 10 μm; en cambio las

muestras irradiadas con ultrasonido produjeron materiales aglomerados de micropárticulas

en una sola fase, cuyas porosidades oscilan entre 1 y 100 μm. Finalmente se encontró con

base a pruebas de sorción y a los valores de porosidad, que el compósito sintetizado por

ultrasonido, es el más apto a emplearse como material biocompatible en un implante óseo.


Página 7

INTRODUCCIÓN

En los últimos años la síntesis de compuestos de fosfato de calcio ha generado un

gran interés, puesto que tiene importantes aplicaciones biomédicas. Por ejemplo, la

hidroxiapatita Ca10(PO4)6(OH)2 se utiliza para reparar o reconstruir tejido óseo dañado o

enfermo, ya que su composición y estructura química se asemeja a la fase mineral contenida

en el esqueleto; esta similitud favorece la formación de enlaces con el hueso, siendo por

consiguiente un material biocompatible, bioactivo y bioabsorbible. Aunque la rama en la

que más se han desarrollado estos compuestos es la medicina, ya que se usan también como

vehículo de transporte controlado de drogas, se utilizan también como soportes de

catalizadores, como intercambiadores iónicos, como sensores, como biocerámicas, entre

otras.

La hidroxiapatita se puede obtener a partir de huesos humanos, especies animales

(bovino) e inclusive de materiales naturales (coral), lo cual es un proceso lento, laborioso y

poco eficiente. Actualmente es preferible sintetizarla según diferentes procedimientos

químicos, como las reacciones en estado sólido, los métodos hidrotérmicos, la precipitación

y el proceso sol-gel, la síntesis en fase acuosa mediante el método por doble descomposición

y el método por neutralización. Este último método consiste en neutralizar una solución de

Ca(OH)2 agregándole una solución de ácido fosfórico. Esta reacción permite obtener

grandes cantidades de hidroxiapatita fosfocalcica empleando equipos sencillos.

Según lo reportado por algunos autores los poros de la hidroxiapatita deben tener

mínimo 50 μm [L. Sun y col., 2001] para que existe buena biocompatibilidad, otros autores

como Engin reportan que, la porosidad debe estar entre 250-300 μm [N. Engin, 1999]. Estos

autores realizaron una clasificación de la reacción del tejido según el tamaño del poro del

material implantado, así: poros menores de 10 μm evitan el ingreso de células, poros entre

10 y 50 μm permiten la penetración de tejido fibrovascular, poros entre 50 y 150 μm

permiten la penetración ósea y poros mayores de 150 μm permiten la penetración y la

formación ósea [M. Sinha y col., 2000]


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Con el fin de mejorar las propiedades texturales y mecánicas de este material, como

el tamaño de partícula e incrementar la biocompatibilidad con los huesos, en el caso de

implantes; se propone la unión de la hidroxiapatita con otros materiales que puedan

presentar biocompatibilidad con las especies químicas presentes en el cuerpo humano, tal

como es el caso de los compuestos tipo hidrotalcita. El compósito será sintetizado por

irradiación ultrasónica y de microondas; técnicas de síntesis estudiadas en nuestro grupo de

trabajo las cuales permiten controlar las propiedades texturales dependiendo del tipo,

tiempo, potencia y frecuencia de irradiación; además de la disminución de los tiempos de

síntesis de horas a minutos en comparación con métodos convencionales en autoclave.

Para el caso de la hidrotalcita (HT), este material es una arcilla aniónica formada por

hidróxidos de doble capa laminar cuya fórmula química es: [M2+1-xMx

3+(OH)2](Am-)x/m

nH2O, donde M2+ (Mg, Ni o Zn) puede ser sustituido por átomos trivalentes, M3+

(normalmente Al, Fe) los cuales producen láminas de carga positiva.

Dado que su estructura puede ser expansible, las hidrotalcitas pueden capturar una

gran variedad de moléculas compatibles con los sistemas biológicos e incluso con el sistema

humano. Esta propiedad permite la intercalación en el espacio interlaminar, por interacción

electrostática, de una infinidad de sustancias aniónicas (nucleótidos, ADN, ácido nucleico,

vitaminas, etc.) [Li y Duan 2006], propiedad que pudiera en un momento dado incrementar

la biocompatibilidad.


Página 9


Página 10

CAPÍTULO 1

GENERALIDADES

En este capítulo se presentan las características generales sobre los compuestos tipo

hidrotalcita y su aplicación a las prótesis óseas humanas, la situación actual en el desarrollo

de estos y la importancia de encontrar las características de biocompatibilidad en

comparación a los ya existentes, se habla también sobre los métodos de síntesis mediante los

cuales se realizan así como las condiciones a las cuales estos se llevan a cabo.

Hoy en día existe una gran problemática en torno a la implementación de nuevos

compuestos como sustituto de hueso en implantes óseos en humanos. Se han hecho estudios

que demuestran que algunos de estos compuestos son rechazados por el cuerpo humano

debido a su incompatibilidad biológica. Por tal motivo, en el presente trabajo se pretende

sintetizar y caracterizar un nuevo compuesto, combinando hidrotalcita a hidroxiapatita, los

cuales, pudieran resultar biomateriales compatibles para el cuerpo humano, ya que ambos

materiales por separado actualmente se utilizan en el área médica. La hidrotalcita como

antiácido y la hidroxiapatita como recubrimiento para prótesis de los huesos.

1.1 Prótesis ósea

Una prótesis ósea es un material diseñado para ser colocado dentro de los espacios

ubicados alrededor de un hueso roto o de defectos óseos.

Actualmente, el hablar de prótesis e implantes ortopédicos es muy usual en el siglo

en que vivimos, y es por eso que sabemos lo complejo que muchas veces puede resultar ya

que no se trata de una simple inserción, sino que una vez colocada cada prótesis ortopédica

se le añaden una serie de proteínas que son las que permiten la interacción correcta entre el

material y las células.


Página 11

Los injertos óseos se utilizan para:

Fusionar articulaciones para impedir el movimiento

Reparar huesos rotos (fracturas) que tengan pérdida ósea

Reparar hueso lesionado que no ha sanado

Ahora bien, muchas veces los investigadores se han encontrado con diversos

obstáculos tales como una mala adhesión y poca compatibilidad entre las células y el

material en cuestión, y es por ello que se busca mejorar notablemente este proceso de

ensamblaje de los biomateriales con el cuerpo humano haciendo uso de la nanotecnología.

Así podemos hablar de la necesidad de sintetizar materiales tales como el titanio,

aleaciones de titanio, los polímeros porosos, los cementos óseos y las hidroxiapatita

(Ortega, 2009) por mencionar los más importantes.

1.2 Hidroxiapatita

La hidroxiapatita (HA) es un biomaterial muy usado en diversas aplicaciones en

medicina.

La hidroxiapatita, componente natural del hueso, se puede ser obtener

sintéticamente por la reacción entre el nitrato de calcio y el fosfato de amonio, conservando

sus propiedades de osteoconductividad y su capacidad de unirse químicamente al tejido

óseo [Marín y col., 2008]. Es un biocerámico con la capacidad de unirse químicamente con

el tejido óseo, haciéndola bioactiva.

La hidroxiapatita es un fosfato de calcio cuya fórmula corresponde a:

Ca10(PO4)6(OH)2 con una relación molar (Ca\P)=1.67. Pertenece a una familia de minerales

denominados apatitos.

La hidroxiapatita presenta carácter iónico, y su estructura cristalina puede

describirse como un empaquetamiento hexagonal compacto de átomos de oxígeno con los

metales ocupando los huecos tetraédricos y octaédricos de la red periódica así formada

[Williams y col., 2011]. En la Figura 1.1 se ilustra la estructura de la hidroxiapatita.


Página 12

Figura 1.1. Estructura de la hidroxiapatita Ca10(PO4)6(OH)2 (vista de una de las caras de la

celda unitaria).

El interés de la hidroxiapatita en el ámbito médico es debido a su similitud con la

fase mineral del tejido óseo. Sería el material idóneo tanto para restauración como

sustitución ósea si no fuera por su baja resistencia mecánica. Así, pues, su uso se restringe a

todas aquellas aplicaciones donde no se requieran esfuerzos mecánicos, encontrando su más

amplio campo de aplicación actualmente como recubrimiento de substratos metálicos

[Vallet y Munuera, 2000], con el objetivo de acelerar e incrementar la fijación de las

prótesis al hueso.

La HA sintética porosa tiene una estructura compuesta por calcio, fosforo e iones

hidroxilo (Ca10 (PO4)6(OH)2) compatible con los tejidos vivos y tiene una estructura similar

al hueso; es estéril, osteoconductiva (actúa como un andamio dirigiendo el crecimiento de

capilares, tejido perivascular y células desde el hueso y tejidos blandos circundantes hacia

el interior del injerto) y posee una excelente osteointegración. La HA se relaciona con el


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hueso circundante de una manera estrecha y estable tanto química como físicamente,

permitiendo así que los procesos de reparación, los cuales dependen del tamaño de partícula

y de la porosidad, como se estableció en la introducción se desarrollen como si se tratara de

dos tejidos óseos en estrecho contacto [Ayers y col., 1998; Cornell y col., 1992].

Se han desarrollado muchas rutas para sintetizar hidroxiapatita usando métodos de

hidrólisis, hidrotermales o precipitación [Weng y col., 1997; Guitian, 1990]; de estos

métodos, la precipitación se caracteriza por su simplicidad, bajo costo y aplicación a nivel

industrial.

El fin es mejorar las propiedades de absorción de los fluidos biológicos

(hidrotalcita) y de biocompatibilidad (hidroxiapatita) de este con el hueso natural, aunado al

tamaño de partícula la cual se espera sea la adecuada, puesto que los materiales serán

sintetizados por irradiación de microondas y ultrasonido. Se propone en el presente trabajo

la unión de la hidroxiapatita con un compuesto tipo hidrotalcita, cuyas características y

propiedades se explican a continuación.

1.3 Compuestos tipo hidrotalcita

Los compuestos tipo hidrotalcita (CTH) son materiales arcillosos de tipo aniónico,

para poder definirlos con claridad es necesario conocer en primera instancia los materiales

denominados arcillas.

Las arcillas son materiales que, se encuentran dispersas en la superficie de la tierra,

compuestas por diminutas partículas de tamaño similar a un coloide (0.5 a 3 micrómetros de

diámetro) (Figura 1.2). En la actualidad se pueden encontrar aplicaciones industriales de

estos materiales, no sólo en materiales de construcción, revestimientos de papel y rellenos,

lodos de perforación, moldes y productos farmacéuticos (antiácidos). También se han

reportado usos en el área de remediación ambiental e investigación como: adsorbentes,

catalizadores o soportes de catalizadores, intercambiadores de iones.

Las arcillas se clasifican en: arcillas catiónicas, arcillas muy abundantes en la

naturaleza, las cuales poseen dentro de su estructura, una deficiencia de carga positiva,


Página 14

generada por la sustitución isomórfica de iones metálicos de valencia diferente. Esta

deficiencia de carga es compensada por la introducción de cationes. Para el caso de las

arcillas aniónicas las cuales reciben el nombre de hidróxidos dobles (LDH's), escasas en la

naturaleza, lo que implica la necesidad del desarrollo de nuevos y mejores métodos de

síntesis. Estos materiales a diferencia de las arcillas catiónicas contienen un excedente en la

estructura de cargas positivas las cuales son compensadas con la introducción de aniones en

la estructura (Brandon y Kaplan, 1999). En la Figura 1.2 se muestran algunos ejemplos de

arcillas aniónicas y catiónicas.

Figura 1.2. Arcillas aniónicas y catiónicas.

Para nombrar este tipo de compuestos se utiliza de manera general el término

hidrotalcita o LDH’s. Aunque en un estricto sentido el término hidrotalcita, se emplea para

la arcillas aniónicas formadas por Al-Mg con láminas interlaminares de carbonato; para

cualquier otra combinación lo correcto es, emplear el término de compuesto tipo hidrotalcita

(CTH) cuya composición química está integrada en base a la siguiente fórmula general:

[(𝑀𝐼𝐼)1−𝑥(𝑀𝐼𝐼𝐼)𝑥(𝑂𝐻)2]𝑥+(𝐴𝑥/𝑛𝑛− )𝑚𝐻2𝑂

Dónde:

MI, MII y MIII Representan metales mono, di y trivalentes

respectivamente

An- Representa a un anión de carga n

x

Representa la relación metálica molar x =

[M3+

M2++M3+] en el intervalo de 0.25 a 0.33

M Número de moléculas de agua


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Para explicar y comprender la estructura de las arcillas aniónicas es necesario

comprender la estructura de la brucita (Mg(OH)2). La cual está formada por unidades

octaédricas (Figura 1.3) en donde el Mg se coordina hexaédricamente con grupos OH’s,

formando así una capa cristalina, estas capas a su vez se sobreponen unas sobre otras

formando así una estructura cristalina compacta. Si algunos iones Mg2+ se sustituyen por

cationes isomorfos con una mayor carga, pero un radio similar, las hojas de tipo brucita se

cargan positivamente y la neutralidad eléctrica se mantiene por los aniones que se

encuentran en la capa interlaminar que contienen moléculas de agua.

Figura 1.3. Representación de la capa brucita.

Prácticamente no hay limitación de la naturaleza de los aniones que pueden ser

introducidos en el espaciamiento interlaminar, ejemplos de algunos aniones se presentan a

continuación:

- Aníones inorgánicos: F-, Cl-, Br-, I-, (NO3)-, (ClO3)

-, (ClO4)-, (IO3)

-, (OH)-,

(CO3)2-, (SO4)

2-, (S2O3)2-, (WO4)

2-, (CrO4)2-, [Fe(CN6)]

3-, etc.

- Isopolianiones: (V10O28)6-, (V2O12)

4-, (V2O7)6-, (Mo7O24)

6-, (W7O24)6-, etc.

- Heteropolianiones: (PMo12O40)3-, (PW12O40)

3-, etc.

- Aniones orgánicos: carboxilatos, compuestos aromáticos (derivados del

benceno de entre otros), alquilsulfatos, etc.

Capa Brucita


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Con respecto a la capa tipo brucita, se pueden introducir metales con la siguiente

combinación: M2+ - M3+ (Mg2+-Al3+, Fe2+-Fe3+), M2+ - M4+ (Mg2+-Ti4+), M12+/ M2

2+- M33+/

M43+ (Cu/Co-Zn/Cr), M1

2+- M23+/ M3

3+(Zn-Al/Cr) y M12+/ M2

2+- M33+ (Cu/Co-Zn) (Cavani y

col., 1991).

La naturaleza de los cationes y la combinación de los metales de la capa tipo brucita

confieren propiedades de intercambio y de textura específicas, aunadas al método de

preparación.

1.4 Compósitos tipo hidrotalcita hidroxiapatita

Los compósitos de hidrotalcita-hidroxiapatita son nuevos materiales con propiedades

ácido-básicas [Rivera y col. 2006b], cuyas características se deben a la interacción de la

hidrotalcita y de la hidroxiapatita.

La obtención de estos dos componentes, hidrotalcita e hidroxiapatita, en el mismo

material depende de la interacción entre ambos, de la acidez de la hidroxiapatita

(intercambiador de cationes) y de la basicidad de la hidrotalcita (intercambiador de aniones),

y además varía según la técnica de preparación. El empleo de irradiación con microondas

(MO) es efectivo en la cristalización de los materiales. Además, el tiempo de cristalización

se reduce considerablemente y pueden emplearse soluciones precursoras más concentradas,

lo que permite la utilización de pequeños reactores [Olanrewaju y col. 2000; Rivera y col.

2007]. En un trabajo previo [Rivera y col. 2006b] se ha reportado que a 600 W de potencia

de irradiación la hidrotalcita obtenida es más homogénea que la sintetizada a 200 W, por lo

que la potencia de irradiación con MO determina la homogeneidad de los materiales

obtenidos. Como la potencia de irradiación de MO disminuye el tamaño de partícula y

aumenta la superficie específica, la hidroxiapatita también se ha sintetizado en presencia de

irradiación con microondas con el fin de obtener también partículas pequeñas con

morfologías de tipo varillas o en forma de flores (rosas del desierto) [Meejoo y col. 2006;

Siddharthan y col. 2006; Liu y col. 2004].

En un trabajo previo, Rivera y col. 2006a, se reporta que durante la etapa de

cristalización de los compósitos, si la hidroxiapatita se prepara primero en presencia de


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irradiación con microondas, se obtienen pequeños cristales. El estudio por microscopía

electrónica de barrido muestra que las partículas están constituidas por dos tipos de

morfologías, por un lado, grandes partículas similares a las reportados para la hidroxiapatita

por otros autores [Bonfield y col. 1998] y por otro, aglomerados pequeños correspondientes

a la hidrotalcita que crece en los espacios intergranulares (tamaño de grano aproximado de 1

µm).

Sin embargo, aunque se han reportado trabajos en donde se sintetiza el compósito

hidrotalcita-hidroxiapatita, la interacción hidroxiapatita-hidrotalcita debe de mejorarse

partiendo de soluciones precursoras más homogéneas en presencia de irradiación con

microondas. En este trabajo, hemos elegido seis maneras diferentes de impregnar la

hidroxiapatita con hidrotalcita. Para entender el papel de la irradiación, las muestras se

irradiaron en diferentes etapas de la preparación, además de la implementación de la técnica

de irradiación ultrasónica con la cual se prevé reducir el tamaño de partícula obtenida, ya

que en trabajos previos se han reportado que con la técnica ultrasónica se obtienen

microcristales de menor tamaño que los obtenidos por irradiación con microondas del

mismo material, lo cual pudiera coadyuvar en una mejora en la biocompatibilidad del

material, pues según se ha estudiado que a menores tamaños de partícula existe una mejor

biocompatibilidad..

A continuación se describen los métodos de síntesis empleados de manera

convencional de las arcillas aniónicas y catiónicas. Para terminar con los métodos de

irradiación ultrasónica y de microondas y poder entender cómo funcionan estos últimos, y

por qué se seleccionaron para este trabajo

1.5 Métodos directos de síntesis.

Estos métodos parten de sales, hidróxidos y/o alcóxidos metálicos de metales que

formarán parte de la estructura de la capa tipo brucita.


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1.5.1 Método convencional de coprecipitación

El método más común empleado para la preparación de compuestos tipo hidrotalcita

se basa en la precipitación simultánea (coprecipitación) de disoluciones acuosas, que

contengan cationes con diferente valencia junto con un agente precipitante.

Coprecipitación a pH constante

El gel obtenido al final del proceso, se somete a un tratamiento térmico, para formar

la estructura cristalina característica de los CTH. El tratamiento térmico puede efectuarse de

tres formas por un período que va desde 24 hasta 48 horas:

Calentamiento con autoclave (Alrededor de 24 h a presión y temperatura

controlados)

Método con microondas

Método con ultrasonido

Al terminar este proceso el precipitado se filtra y se lava, para finalmente secar el

CTH (Cavani y col., 1991).

1.5.2 Método sol-gel

El procedimiento sol-gel consiste de manera muy general en la formación de redes o

cadenas de átomos, que se forman por la dispersión de alcóxidos metálicos que contengan

Al3+ y Mg2+ en solución líquida (sol), para formar una fase en la cual se tendrá un líquido

disperso en un sólido (gel) al que se somete posteriormente a un tratamiento térmico,

obteniendo de esta forma compuestos cristalinos con mayores áreas de contacto a las

obtenidas por el método de coprecipitación (Flores, 2009).

El sol es una dispersión coloidal de alcóxidos. El gel es un sistema polimérico,

producto de una policondensación química, que al ser tratado térmicamente se convierte en

un sólido cristalino (Brinker y Scherer, 1990). Al igual que pasa para el proceso de

coprecipitación, el tratamiento térmico se efectúa vía: autoclave (convencional), microondas

y ultrasonido.

Reducción del tiempo de síntesis y

condiciones de operación.

Control de propiedades texturales


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Se debe mencionar que el uso de irradiación tanto de microondas como de

ultrasonido permite controlar las propiedades texturales, las cuales son una función (Paredes,

2006) del tiempo y potencia de irradiación, así como del componente interlaminar.

1.6 Métodos Indirectos de Síntesis.

En este caso los precursores utilizados son CTH, los cuales formarán nuevos CTH.

1.6.1 Intercambio aniónico

Este proceso se lleva a cabo por las propiedades intrínsecas de los CTH. Al existir

una diferencia en la fuerza electrostática que se guarda entre los diferentes tipos de aniones

con la estructura laminar de los CTH en sí, así como la afinidad de estas especies aniónicas

con los mismos, existe la posibilidad de que con el paso del tiempo, al estar en contacto,

ciertos aniones (en solución por ejemplo) se intercambien con otros dentro de la estructura

misma del compuesto. Permitiendo así producir ciertas combinaciones de CTH con

diferentes aniones intercalados.

El problema en sí, radica en este método, en que el tiempo para que se lleve a cabo el

intercambio tiende a ser muy largo (de días o semanas) además de que por esta vía resulta

prácticamente imposible realizar un control de las propiedades físicas del CTH como el

tamaño de partícula o el área específica de los mismos.

En años recientes se ha buscado el mejorar esta vía de síntesis por diferentes

métodos, siendo la irradiación de ondas ultrasónicas y de microondas las que han mostrado

resultados más satisfactorios.

1.6.2 Reconstrucción de la estructura

Se ha estudiado también la regeneración de CTH a partir de estos materiales. Esta

regeneración recibe el nombre de efecto memoria y se efectúa mediante el siguiente proceso

(Miyata, 1983):


Página 20

Cuando se calienta entre 500 y 800°C, las láminas del CTH se destruyen formándose

una mezcla de óxidos de aluminio y magnesio, además de CO2 y H2O. La estructura laminar

original de los compuestos tipo hidrotalcita se puede recuperar con una rehidratación,

incorporando aniones de dicha estructura a pH controlado.

1.6.3 Método con irradiación de ultrasonido

Este método de síntesis ha resultado eficiente para la síntesis de CTH de acuerdo a

estudios recientes (Paredes, 2006). El principio de utilizar ondas ultrasónicas en reacciones

químicas surge a partir de un área de la química, conocida como sonoquímica.

El ultrasonido provee una excelente forma de energía para que las reacciones

químicas se efectúen, siendo más eficiente que otras formas de energía que normalmente se

usan como la luz ultravioleta (UV) en procesos catalíticos. La sonoquímica involucra la

aplicación de ondas sónicas y ultrasónicas en procesos químicos. El origen del efecto

químico del ultrasonido en los líquidos (efecto sonoquímico) es el fenómeno de cavitación.

La cavitación ocurre cuando una energía sónica o ultrasónica de alta frecuencia se

difunde o aplica en un líquido como una onda, con ciclos alternados de compresión y

expansión. Si la onda de expansión es lo suficientemente poderosa, pueden generarse

presiones negativas que traen como resultado que las moléculas empiecen a separarse

formando “microburbujas” o cavidades (cavitación viene del latín cavus = cavidad). Las

cavidades así formadas absorben la energía proveniente de las ondas ultrasónicas y crecen

rápidamente hasta llegar a un tamaño máximo dependiendo de la intensidad del sonido.

Durante los ciclos de expansión, la presión negativa que se ejerce sobre las burbujas hace

que en ellas se acumulen pequeñas cantidades de gases disueltos y vapor del disolvente.

Durante el ciclo de compresión la cavidad gaseosa se comprime rápidamente para producir

su implosión o colapsamiento (Mason y Lorimer, 2002).

Se debe notar sin embargo que este proceso no es elástico, es decir la energía ganada

durante la expansión no se entrega totalmente durante la compresión. Es por esto que las

burbujas van aumentando su tamaño gradualmente durante los ciclos hasta llegar a un

“tamaño crítico”, posteriormente estas mismas burbujas colapsan violentamente, generando


Página 21

gran cantidad de energía. Este colapso establece un ambiente inusual para las reacciones

químicas. Los gases y vapores del interior de la cavidad están tan comprimidos que generan

intenso calor y crean regiones llamadas “hot spots” o puntos calientes, con presiones de

hasta 500 atm a temperaturas máximas de 5000 K (Figura 1.8). Si bien la temperatura de

estos puntos es extraordinariamente alta, la región en sí es tan pequeña que el calor se disipa

rápidamente (Adewuyi, 2001).

Figura 1.8. Proceso de cavitación.

Como ya se ha mencionado la técnica por irradiación de ultrasonido y microondas

permite el control de las propiedades texturales de los materiales sintetizados, por lo que es

importante señalar las propiedades de las microondas.

1.6.4 Método de irradiación con microondas

Las microondas están formadas por ondas electromagnéticas de radio situadas entre

los rayos infrarrojos y las ondas de radio convencionales. Su longitud de onda va

aproximadamente desde 1 mm hasta 30 cm. Las microondas se generan con tubos de

electrones especiales llamados klistrón y/o magnetrón, que incorporan resonadores para

controlar la frecuencia, con osciladores o dispositivos de estado sólido especiales. Las

microondas tienen muchas aplicaciones: radio y televisión, radares, meteorología,


Página 22

comunicaciones vía satélite, medición de distancias, investigación de las propiedades de la

materia o cocinado de alimentos.

Los hornos de microondas tienen la finalidad de excitar las moléculas de agua de los

alimentos, lo que hace que vibren y produzcan calor. Las microondas entran a través de

aberturas practicadas en la parte superior de la cavidad de cocción, donde un agitador las

dispersa de forma homogénea por todo el horno.

Un modelo simple de interacción entre las moléculas y las microondas, se da cuando

en presencia de un campo electromagnético (microondas), las moléculas polares se estiran y

se alinean a su momento dipolar, paralelo al campo eléctrico de la onda electromagnética. Sí

las moléculas están unidas por fuerzas intermoleculares como enlaces de hidrógeno, estos

enlaces evitan los ajustes periódicos y la energía es dispersada en forma de calor. Cuando las

moléculas se someten a irradiación, el campo electromagnético y su momento dipolar se

alinean. La energía que es adsorbida se dispersada en forma de energía térmica, teniendo así

grandes incrementos de temperatura en periodos cortos de tiempo. Se han hecho estudios en

solventes orgánicos polares y no polares sometidos a 1 minuto de irradiación de microondas

(Botello, 1998), donde se concluyó que todos los solventes polares adsorben fuertemente la

energía irradiada por las microondas, teniendo por consecuencia que los no polares adsorben

en forma mínima la energía irradiada.

En el área de síntesis química se han empleado microondas para sintetizar diversos

materiales orgánicos. Dentro del área de la catálisis se han empleado, en el pilareo de

arcillas catiónicas, teniendo así una considerable reducción del tiempo de reacción y pilareo,

del orden de días y de horas a minutos (Fetter y col., 1996 y 1997). Para el caso de los

compuestos tipo hidrotalcita se han logrado sintetizar, con irradiación de microondas por el

método de coprecipitación (Fetter y col., 1997), obteniendo compuestos de buena

cristalinidad aunque de tamaño de cristal más pequeño que los obtenidos por el método

convencional, pudiendo de alguna manera controlar el tamaño de los cristales dependiendo

del tiempo de irradiación.

Con base a la problemática y las generalidades planteadas se proponen los objetivos

del presente trabajo de investigación.


Página 23


Página 24

OBJETIVO GENERAL.

Sintetizar y caracterizar compósitos tipo hidrotalcita-hidroxiapatita (CTH-H) Al/Mg

mediante el método de coprecipitación asistido por irradiación de microondas y

ultrasonido, para su aplicación en implantes para la regeneración y reconstrucción

de estructuras óseas.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Sintetizar CTH-H Al/Mg mediante el método de sol-gel asistido por irradiación con

microondas vs ultrasonido que presenten biocompatibilidad con los huesos

naturales.

Encontrar las condiciones óptimas para la síntesis de los CTH-H Al/Mg evaluando:

pH, tiempo-potencia de irradiación y las relaciones hidrotalcita-hidroxiapatita.

o Caracterizar los CTH-H Al/Mg mediante las técnicas:

o Difracción de rayos X

o Espectroscopia de Infrarrojo

o Microscopia electrónica de barrido

Evaluar los materiales sintetizados mediante la sorción de anaranjado de metilo


Página 25


Página 26

CAPÍTULO II

DESARROLLO EXPERIMENTAL

En este capítulo se presentan los métodos de obtención, la metodología a seguir en

la síntesis de compósitos tipo hidrotalcita-hidroxiapatita, así como las condiciones a las

cuales estos se llevaron a cabo.

2.1. Síntesis de compuestos tipo hidrotalcita (CTH Al/Mg)

2.1.1. Síntesis de hidrotalcita pura

Se determinó que la cantidad para realizar la caracterización y evaluación era de 5 g,

para la obtención de dicha cantidad de producto con una relación molar x =Al3+

(Al3++Mg2+)=

0.25 se siguió el siguiente procedimiento:

A) Se preparó una solución de 6.31 g de nitrato de aluminio nona hidratado en 200

ml de agua y 12.95 g de nitrato de magnesio hexahidratado en 200 ml de agua,

posteriormente se fue añadiendo la solución de aluminio a la solución de

aluminio.

B) En una atmósfera de nitrógeno, y con agitación constante se sometió a

coprecipitación los precursores de Mg y Al con una solución de NaOH 1M

manteniendo un control del pH en 9-11.

C) El gel resultante se dividió en dos partes iguales y se sometió a dos tratamientos

térmicos distintos, una parte se irradió con ultrasonido durante 10 min en un baño

de ultrasónico (Elma D-78224 con una potencia máxima de trabajo de 4.8 kW)

utilizando el 50% de la potencia del baño (2.4 kW), a una frecuencia de 45 kHz

(en modo de pulsos) y una temperatura de 80 °C); la otra parte de la muestra se

sometió a tratamiento con microondas durante 10 min en un horno de microondas


Página 27

marca LG con una potencia de 120 W, fijando como potencia máxima él 80% de

la del equipo.

D) La fase sólida de ambas muestras tratadas se separó mediante decantación y se le

adicionó agua, repitiendo los lavados con agua hasta que no se observó

separación de fases.

E) El material resultante se secó a 70 °C durante 24 horas.

Nomenclatura para las muestras: A indica en la clave de la muestra que fue preparada por

microondas y B indica que fue preparada por ultrasonido.

En este caso las muestras fueron llamadas CTHT1A y CTHT1B.

2.1.2. Síntesis de hidroxiapatita pura

Al igual que para la HT, se determinó que la cantidad para realizar la caracterización

y evaluación era de 5 g, para la obtención de dicha cantidad de producto con una relación

molar x =Ca

P= 1.67 se siguió el siguiente procedimiento:

A) Se preparó una solución de 6.88 g de hidróxido de calcio en 200 ml de agua.

B) En una atmósfera de nitrógeno, y con agitación constante se sometió a

coprecipitación el precursor de Ca con una solución de H3PO4 1M manteniendo

un control del pH en 9-11.

C) Se repitieron los incisos C, D y E del procedimiento anterior.

A las muestras preparadas por éste procedimiento se les llamó HA1A e HA1B.

En la Figura 2.1 se ilustra de manera general el procedimiento de síntesis tanto para

HT (1) como para HA (2). Dado que los tratamientos son iguales, ambas síntesis se

condensaron en un solo diagrama.


Página 28

Figura 2.1. Metodología de síntesis.

B A

N

2

pH 10-11

Coprecipitación (agitación cte)

Microondas: 10 min

Ultrasonido: 10 min

Secar muestra en estufa a 70 oC

MO

Lavados con agua destilada, agitación cte

US

1) Precursores HT:

6.31 g Al(NO3)3 ;

12.95 g Mg(NO3)2

1A (HT). 200

ml de

solución de

NaOH 1B (HT). Solución

de SALES

2) Precursores

HA: 6.88 g de

Ca(OH)2 2A (HA). 200

ml de solución

de Ca(OH)2

2B (HA). Solución de

H3PO4 1M


Página 29

2.1.3. Síntesis de compósitos tipo hidrotalcita-hidroxiapatita.

Los compósitos tipo hidrotalcita-hidroxiapatita (CTHT-HA) fueron sintetizados de

seis formas diferentes, de las cuales, se realizó una evaluación para determinar las mejores

formas de síntesis.

SINTESIS 1

A) Se sintetizaron por separado la hidrotalcita y la hidroxiapatita sin tratamiento

previo (ver procedimiento para la hidrotalcita pura (2.1.1 A-B) y procedimiento

para la hidroxiapatita pura (2.1.2 A-B)). Una vez precipitadas ambas muestras se

mezclan con agitación constante.

B) El gel resultante se dividió en dos partes iguales y se sometió a dos tratamientos

distintos, por un lado se irradió con ultrasonido durante 10 min en un baño de

ultrasónico; la otra parte de la muestra se sometió a tratamiento con microondas

durante 10 min en un horno de microondas (ver condiciones experimentales en el

procedimiento 2.1.1 C).

C) Los sólidos obtenidos fueron lavados con agua destilada hasta no observar la

separación de las fases y secadas a 70 ºC.

Las muestras sintetizadas con este procedimiento se designaron como: CTHT-HA1A

y CTHT-HA1B.

SINTESIS 2

A) Se sintetizaron por separado la hidrotalcita y la hidroxiapatita con tratamiento

previo con microondas y ultrasonido respectivamente (ver punto 2.1.1. A-C y

punto 2.1.2 A-C).

B) Una vez tratadas ambas muestras se mezclan con agitación constante las dos

muestras tratadas mediante irradiación ultrasónica; así mismo, se mezclan en

agitación constante las dos muestras tratadas mediante irradiación con

microondas.

C) Se repitió para cada caso los incisos B y C de la síntesis 1.


Página 30

Las muestras obtenidas fueron llamadas CTHT-HA2A y CTHT-HA2B.

SINTESIS 3

A) Se sintetizaron por separado la hidrotalcita sin tratamiento previo (ver

procedimiento para la hidrotalcita pura (2.1.1 A-B). Sobre la hidrotalcita

sintetizada se precipitan los precursores para la formación de la hidroxiapatita

(solución de ácido fosfórico y solución de hidróxido de calcio) controlando pH

de 9-11 con agitación constante.

B) El gel resultante se dividió y se dio tratamiento con microondas y ultrasonido

respectivamente (ver Síntesis 1, incisos B-C).

El material resultante fue llamado CTHT-HA3A y CTHT-HA3B.

SINTESIS 4

A) Se sintetizaron por separado la hidroxiapatita si tratamiento previo (ver punto

2.1.2. A-B). Sobre la hidroxiapatita sintetizada se precipitan los reactivos para la

formación de la hidrotalcita (solución de nitratos de Mg y Al y solución de

hidróxido de sodio) controlando el pH de 9-11 con agitación constante.

B) Se repitió inciso B de la Síntesis 3.

Los materiales sintetizados se nombraron CTHT-HA4A y CTHT-HA4B.

SINTESIS 5

A) Se sintetizó la hidroxiapatita con tratamiento previo (ver procedimiento 2.1.2. A-

C). La hidroxiapatita se dividió en dos partes: tratamiento con microondas y

tratamiento con ultrasonido.

B) Sobre las hidroxiapatitas sintetizadas y tratadas (microondas y ultrasonido), se

precipitaron por separado los reactivos para la formación de la hidrotalcita

(solución de nitratos de Mg y Al y solución de hidróxido de sodio) controlando

pH de 9-11.


Los materiales fueron identificados como CTHT-HA5A y CTHT-HA5B.


Página 31

SINTESIS 6

A) Se sintetizó la hidrotalcita con tratamiento previo (ver punto 2.1.1. A-C). La

hidrotalcita se dividió en dos muestras: tratamiento con microondas y tratamiento

con ultrasonido.

B) Sobre las hidrotalcitas sintetizadas y tratadas (microondas y ultrasonido), se

precipitaron por separado, los reactivos para la formación de la hidroxiapatita

(solución de ácido fosfórico y solución de hidróxido de calcio) controlando pH

de 9-11.


Los materiales sintetizados se etiquetaron como CTHT-HA6A y CTHT-HA6B.

Los materiales obtenidos fueron caracterizados, para conocer su morfología y

composición química elemental y evaluada en la sorción de anaranjado de metilo en agua.

2.2. Técnicas de caracterización

2.2.1. Difracción de rayos-X (DRX)

La técnica de difracción de rayos-X fue empleada para la identificación de la

estructura, el grado de cristalinidad y pureza, así como la determinación de los parámetros

de red de los CTH sintetizados.

Para realizar el análisis se utilizó un Difractómetro de la marca Rigaku modelo

Miniflex 600 con un Tubo de

lineal a 40 kV y 15 mA. En el haz incidente se colocó una rendija soller con filtro de Ni y

rendija de 0.5 mm. En la óptica difractada se utilizó un detector Dtex ultra, de alta

velocidad para obtener los patrones de difracción de alta calidad en menos tiempo.

Se realizaron mediciones en geometría simétrica o de polvos realizando el barrido

de 5 a 85 grados con un tamaño de paso de 0.01 y una velocidad de 5 grados/min.


Página 32

2.2.2. Fisisorción de nitrógeno (área superficial específica BET)

La medida del área superficial específica se determinó mediante el método BET

(Brunauer, Emmet y Teller).

La medida del área superficial específica se determinó mediante el método BET

(Brunayer, Emmet y Teller) de un solo punto. Para tal efecto se efectuó un pretratamiento

de 150°C durante 1 h en una atmosfera de nitrógeno en un analizador Autochem II 2900.

Esta medición se realizó en el punto P/P0=0.23.

2.1.1. Espectroscopia de infrarrojo (FTIR)

Con esta técnica se identificaron las bandas de absorción significativas de los

grupos funcionales característicos de los precursores utilizados en las síntesis y en los

materiales sintetizados.

Los análisis se realizaron usando el método de reflactancia difusa en un

espectrómetro NEXUS 470.

2.1.2. Microscopía electrónica de barrido (MEB).

Con la microscopia electrónica de barrido (MEB), se determinó en los CTH

sintetizados el tipo de morfología y el tamaño de partícula.

Para la utilización del MEB, los CTH fueron previamente homogeneizados en un

mortero de ágata. Posteriormente las muestras fueron adheridas a una cinta de grafito y

colocadas sobre el porta muestras.

Las muestras se estudiaron en un MEB, Quanta 3D (marca FEI), que incluye tres

detectores de electrones secundarios (SE) optimizados para el uso en los diferentes modos

de operación: alto vacío (HV), bajo vacío (LV) y modo ambiental (ESEM), así como un

detector de electrones retrodispersados (BSE) de estado sólido. Las muestras se trabajaron a

LV en la Tabla 2.3 se muestran los diferentes modos de operación del MEB.


Página 33

Tabla 2.3. Resoluciones nominales con los diferentes modos de operación.

Alto vacío (HV) Bajo vacío (LV) Modo ambiental (ESEM)

1.2 nm a 30 kV (SE)

2.5nm a 30 kV (BSE)

2.9 nm a 1kV (SE)

1.5nm a 30 kV (SE)

2.5 nm a 30 kV (BSE)

2.9 nm a 3 kV (SE)

1.5 nm a 30 kV (SE)

2.1.3. Espectroscopia UV-vis

Esta técnica fue empleada en la etapa de evaluación para la cuantificación de la

cantidad de anaranjado de metilo (molécula orgánica modelo) sorbida por el compósito a

diferentes tiempos en soluciones acuosas. Las muestras fueron analizadas en un

espectrofotómetro modelo GBC Cintra-20 UV-visible, utilizando un ancho de apertura de 2

nm a una velocidad de 1000 nm/min.

SÍNTESIS Y CARACTERIZACION DE COMPUESTOS TIPO HIDROTALCITA-HIDROXIAPATITA POR IRRADIACIÓN DE MICRO ONDAS VS ULTRASONIDO Y EVALUACION EN IMPLANTES DE ESTRUCTURAS ÓSEAS.

Página 34


Página 35

CAPÍTULO 3

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En este capítulo se discutieron algunos aspectos relacionados con el proceso de síntesis

de los compósitos tipo hidrotalcita-hidroxiapatita (CTHT-HA), sintetizados en el presente

trabajo por el método de coprecipitación con irradiación de microondas o ultrasonido

(Tabla 3.1), los cuales influencian las características finales del material obtenido. Los

parámetros considerados fueron: metodología de preparación y el efecto del tipo de

irradiación a una misma relación metálica molar Al/(Al+Mg) (x=0.25), se fijaron las

condiciones de las síntesis con base en trabajos anteriores [Paredes y col. 2006], para

ultrasonido fueron de 2.4 kW a una frecuencia de 45 kHz (en modo de pulsos) y

temperatura ambiente, para microondas 120 W a una frecuencia de 2.5 GHz, para ambos

casos el tiempo de irradiación resultó de 10 min.

Tabla 3.1. Nomenclatura de materiales sintetizados, tipo de irradiación

(microondas ultrasonido), el número 1-6 indica el método de preparación después de

las siglas CTH

NOMBRE TRATAMIENTO

TERMICO

CTHT1A MICROONDAS

CTHT1B ULTRASONIDO

HA1A MICROONDAS

HA1B ULTRASONIDO

CTHT-HA1A MICROONDAS

CTHT-HA1B ULTRASONIDO



NOMBRE TRATAMIENTO

TERMICO









A= microondas, B=ultrasonido


Página 36

3.1 Caracterización de las muestras sintetizadas

3.1.1 Difracción de rayos X

Para poder realizar esta caracterización, se obtuvieron de manera individual los

difractogramas para hidrotalcita e hidroxiapatita puros obtenidos de bibliografía,

comparándolos con los sintetizados por MO y US (Figura 3.1a y 3.1b), esto con el fin de

poder comparar los picos característicos de cada compuesto y poder ubicarlos en los

compósitos sintetizados.

Figura 3.1a. Difractograma de hidroxiapatita pura comparada con HA1A e HA1B

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

INTE

NSI

DA

D (

U.A

)

2θ

HA1A

HA1B

HA 002

HA 002

HA 300

HA 300

HA 211

HA 211

HA

222,213,004HA 130

HA 130

HA

222,213,004


Página 37

Figura 3.1b.Difractograma de hidrotalcita pura comparada con CTHT1A e CTHT1B

En ambos casos se observan las reflexiones características a cada especie libres de

impurezas cristalinas.

A continuación se compararon las muestras sintetizadas vía ultrasonido y vía

microondas, con el objetivo de observar si existe algún cambio morfológico al emplear una

técnica u otra, que con base a la metodología experimental se probaron 6 procedimientos de

síntesis.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

INTE

NSI

DA

D (

U.A

.)

2θ

CHT1A

HT 006HT 009

HT 003HT 015

HT 018

HT 010,113

CHT1B

HT 006HT 009

HT 003HT 015

HT 018

HT 010,113


Página 38

3.1.1.1 Comparativo de las técnicas de microondas y ultrasonido con las

metodologías.

A modo de facilitar la explicación y por ser 6 métodos de síntesis, previo a cada

explicación se realizó un breve esquema.

En la Figura 3.2 se esquematiza el método 1 y en la Figura 3.3 se presentan la

comparación de las muestras sintetizadas con irradiación de ultrasonido y microondas

mediante el método 1.

Figura 3.2. Método 1

HT SINTETIZADA SIN

TRATAMIENTO

HA SINTETIZADA SIN

TRATAMIENTO

SE MEZCLAN POR

AGITACION

CONSTANTE

AL GEL OBTENIDO SE DIVIDE A LA

MITAD Y SE LE DA TRATAMIENTO

POR SEPARADO

10 MINUTOS

MICROONDAS

10 MINUTOS

ULTRASONIDO

**


Página 39

Figura 3.3. Difractogramas método 1 MO vs US

Puede observarse de manera general, que al comparar las muestras sintetizadas con

microondas (CTHT-HA1A) y ultrasonido (CTHT-HA1B) a la misma relación metálica

molar, x=0.25 y con el mismo método de preparación, se observa en ambos casos que las

muestra sintetizadas por microondas presentan mayor cristalinidad que las sintetizadas por

irradiación ultrasónica. En cuanto al tamaño promedio de cristal y con base al ancho

promedio de los picos de difracción, se puede establecer que el tamaño resultante es más

pequeño para ultrasonido que para microondas, generado por el efecto de la cavitación el

cual impide el crecimiento de los cristales durante el proceso de nucleación en el

hidrotratamiento.

Se puede apreciar que se encuentran presentes picos característicos tanto de hidrotalcita,

como de hidroxiapatita, por lo que se puede inferir que la unión de los materiales para dar

lugar al compósito hidrotalcita-hidroxiapatita (HT e HA) fue satisfactorio y libre de

impurezas cristalinas.

En la Figura 3.4. Se ejemplifica la interacción entre las moléculas de HT-HA, donde

observamos se encuentran los dos componentes presentes.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

INTE

NSI

DA

D (

U. A

.)

(2 θ)

CTHT-HA 1/ US

CTHT-HA 1/ MO

HT 003 HT 006

HA 002HA 210

HT 009

HA 301

HA 130 HT 018

HA 213

HA 004 y 313

HT 003 HT 006

HA 002

HA 210

HT 009

HA 301

HA 130 HT 018

HA 213

HA 004 y 313

CTHT-HA1B

CTHT-HA1A


Página 40

Figura 3.4. Interacción de partículas HT-HA, método 1

En la Figura 3.5 se presenta el método 2 y en la Figura 3.6 se presentan los

difractogramas, con la comparación de las muestras sintetizadas con irradiación de

ultrasonido y microondas mediante el método 2.


HT SINTETIZADA CON

TRATAMIENTO

HA SINTETIZADA CON

TRATAMIENTO

SE MEZCLAN POR

AGITACION

CONSTANTE

SE REPITE TRATAMIENTO SIMILAR

AL METODO 1 (**)

HIDROTALCITA

HIDROXIAPATITA


Página 41


Con el método 2 se obtiene que de nueva cuenta, las muestras sintetizadas por

microondas (CTHT-HA2A) presentan mayor cristalinidad y mayor tamaño de cristal, que

las sintetizadas por irradiación ultrasónica (CTHT-HA2B); aunque en comparación con el

método 1, se obtienen muestras menos cristalinas con base a la altura de la reflexión 210

para la hidroxiapatita y comparado con la anchura de la misma (210), en el método 2 se

obtiene cristales de mayor tamaño (señal menos ancha) en comparación con el método 1.

Por otra parte se observa que los picos correspondientes a la hidrotalcita pierden intensidad,

lo que pudiera indicar que en este caso, predomina la fase de la HA sobre la de la HT; por

lo que se infiere que mediante el método 2 las muestras sintetizadas presentan menor

cristalinidad u ordenamiento en comparación con el método 1.

En la Figura 3.7 se ejemplifica la interacción entre las moléculas de HT-HA, donde

observamos predominio de la HA sobre la HT, en comparación con el método 1.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

INTE

NSI

DA

D (

U.A

.)

(2 θ)

CTHT-HA 2/ US

CTHT-HA 2/ MO

HT 003 HT 006

HA 002

HA 210

HT 009

HA 301

HA 130HT 018

HA 213

HA 004 y 313

HT 003 HT 006

HA 002

HA 210

HT 009

HA 301

HA 130 HT 018

HA 213

HA 004 y 313

CTHT-HA2B

CTHT-HA2A


Página 42


En la Figura 3.8 se esquematiza el método 3 y en la Figura 3.9 se presentan los

difractogramas de las muestras sintetizadas mediante el método 3.


HT SINTETIZADA SIN

TRATAMIENTO

PRECURSORES DE HA

SE MEZCLAN POR

AGITACION

CONSTANTE

HIDROTALCITA

HIDROXIAPATITA


AL METODO 1 (**)


Página 43


Con el método 3 se observa que las muestras sintetizadas por microondas (CTHT-

HA3A) presentan similar cristalinidad que las sintetizadas por irradiación ultrasónica

(CTHT-HA3B), sin embargo en este método y al comparar con los métodos 1 y 2, este

último presenta menor cristalinidad. Puede apreciarse que en este caso las señales

atribuidas a la HT y de forma proporcional de la HA pierden intensidad, en mayor grado

que en el método 2, por lo que se puede establecer un efecto similar que el método 2; es

decir predomina la estructura de la HA sobre la de la HT pero con menos ordenamiento o

cristalinidad. En cuanto tamaño del cristal se observa prácticamente es el mismo, por

ambos métodos.

En la Figura 3.10 se ejemplifica la interacción entre las moléculas de HT-HA, donde se

observa que la HT queda ligeramente cubierta por la HA.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

INTE

NSI

DA

D (

U.A

)

(2 θ)

HT 003 HT 006

HA 002HA 210

HT 009

HA 301

HA 130 HT 018

HA 213

HA 004 y 313

HT 003 HT 006

HA 002HA 210

HT 009

HA 301

HA 130 HT 018

HA 213

HA 004 y 313

CTHT-HA 3/ US

CTHT-HA 3/ MO

CTHT-HA3B

CTHT-HA3A


Página 44


En la Figura 3.11 se esquematiza el método 4 y en la Figura 3.12 se presentan el

difractograma por DRX, de los materiales sintetizadas con irradiación de ultrasonido y

microondas mediante el método 4.


HA SINTETIZADA SIN

TRATAMIENTO

PRECURSORES DE HT

SE MEZCLAN POR

AGITACION

CONSTANTE

HIDROTALCITA

HIDROXIAPATITA


AL METODO 1 (**)


Página 45


Con el método 4 se observa que la muestra sintetizada por microondas (CTHT-HA4A)

es ligeramente menos cristalina que la muestra sintetizada por irradiación ultrasónica

(CTHT-HA4B), sin embargo, en este método como en el anterior ambos materiales

sintetizados presentan muy poca cristalinidad, en comparación con las intensidades

obtenidas mediante el método 1.

Se aprecia que se encuentran presentes en mayor grado los picos correspondientes a la

HT, en donde los picos atribuidos a la HA casi han desaparecido, por lo que en este caso

predomina la estructura de la HT sobre la HA.

En la Figura 3.13 se ejemplifica la interacción entre las moléculas de HT-HA, donde

observamos que la HT queda prácticamente cubriendo a la HA.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

INTE

NSI

DA

D (

U.A

.)

(2 θ)

HT 003HT 006

HA 002

HA 210

HT 009

HA 301

HA 130 HT 018

HA 213

HA 004 y 313

HT 003 HT 006

HA 002

HA 210

HT 009

HA 301

HA 130 HT 018

HA 213

HA 004 y 313

CTHT-HA 4/ US

CTHT-HA 4/ MO

CTHT-HA4B

CTHT-HA4A


Página 46


En la Figura 3.14 se esquematiza el método 5; en la Figura 3.15 se presentan la

comparación de las muestras sintetizadas con irradiación de ultrasonido y microondas



HT SINTETIZADA CON

TRATAMIENTO

PRECURSORES DE HA

SE MEZCLAN POR

AGITACION

CONSTANTE

HIDROTALCITA

HIDROXIAPATITA


AL METODO 1 (**)


Página 47


Se aprecia que la muestra sintetizada por microondas (CTHT-HA5A) presenta mayor

cristalinidad que la sintetizada por irradiación ultrasónica (CTHT-HA5B), al comparar con

los métodos 1-4, este método se posiciona en cristalinidad en el segundo puesto, con

mayores tamaños de cristal que el método 1, debido a que en ancho de los picos es menor.

Se puede ver que se encuentran presentes los picos característicos de ambos componentes

del compósito (HT e HA), existiendo buena integración e interacción de las 2 fases, al igual

que el método 1. De nueva cuenta el tamaño promedio del cristal y con base a la anchura de

los picos de difracción, se observa que las muestras sintetizadas por ultrasonido presentan

menor tamaño promedio de cristal, que su contraparte sintetizada por microondas.

En la Figura 3.16 se ejemplifica la interacción entre las moléculas de HT-HA, donde se

observa buena interacción entre la HT y la HA, con menor cristalinidad que el método 1.

5 15 25 35 45 55 65 75

INTE

NSI

DA

D (

U.A

.)

(2 θ)

HT 003 HT 006HA 002

HA 210

HT 009

HA 301HA 130 HT 018

HA 213

HA 004 y 313

HT 003 HT 006

HA 002

HA 210

HT 009

HA 301

HA 130 HT 018

HA 213

HA 004 y 313

CTHT-HA5B

CTHT-HA5A


Página 48

Figura 3.16. Interacción de partículas HT-HA, método5.

En la Figura 3.17 se esquematiza el método 6 y en la Figura 3.18 se presentan los

difractogramas de las muestras sintetizadas con irradiación de ultrasonido y microondas



HA SINTETIZADA CON

TRATAMIENTO

PRECURSORES DE HT

SE MEZCLAN POR

AGITACION

CONSTANTE

HIDROTALCITA

HIDROXIAPATITA


AL METODO 1 (**)


Página 49

Figura 3.18. Difractogramas Método 6 MO vs US

Se aprecia que la muestra sintetizada por microondas (CTHT-HA6A) presenta mayor

cristalinidad que la sintetizada por irradiación ultrasónica (CTHT-HA6B) y de similar

intensidad o cristalinidad que la metodología 5, de nueva cuenta el tamaño promedio de los

cristales es menor por la técnica de ultrasonido que por microondas. Al igual que el método

5 se pueden apreciar, que se encuentran presentes los picos característicos de ambos

componentes del compósito (HT e HA), sin embargo, los métodos 5 y 6 no presentan

mayor cristalinidad que el método 1.

En la Figura 3.19 se ejemplifica la interacción entre las moléculas de HT-HA, puede

apreciarse al igual que el método 5 y 1, buena interacción entre la HT y la HA.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

INTE

NSI

DA

D (

U.A

)

POSICION (2 θ)

HT 003 HT 006

HA 002HA 210

HT 009

HA 301

HA 130 HT 018

HA 213

HA 004 y 313

HT 003 HT 006

HA 002HA 210

HT 009

HA 301

HA 130 HT 018

HA 213

HA 004 y 313

CTHT-HA6B

CTHT-HA6A


Página 50

Figura 3.19. Interacción de partículas HT-HA, método 6.

Con base a las 6 metodologías estudiadas para la integración del compósito HT-HA, el

cual se espera sea un material con propiedades ácido-base intermedias, de tamaño de

partícula y porosidad 10 y 150 μm que coadyuve a una buena biocompatibiliad con las

estructuras óseas naturales es el método número 1; en este caso se coprecipitan por

separado los precursores de ambos materiales, estando en fase polimérica se mezclaron y

posterior a ello se dio el tratamiento térmico con microondas o ultrasonido para la

obtención del material cristalino, teniendo con ello, una buen integración de ambos

materiales con la mayor cristalinidad; seguido de los métodos 5 y 6 en donde se hace el

depósito de precursores sobre un material ya tratado térmicamente, obteniendo en ambos

casos resultados similares pero con menor cristalinidad y mayor tamaño de partícula,

debido a que el ancho promedio de los picos es menor que los materiales sintetizados

mediante la metodología 1. Para los demás métodos (del 2 al 4) se observa el predominio

de alguna de las fases. En cuanto al tratamiento con microondas y ultrasonido, se observa

que en la mayoría de los casos las muestras sintetizadas por microondas presentan mayor

cristalinidad, es decir mejor definición e intensidad de los picos característicos atribuidos a

las HT e HA que las muestras sintetizadas por ultrasonido. Con los difractogramas

obtenidos, además se pudo comparar el tamaño promedio del cristal; en este caso la

ampliación de las señales de difracción está inversamente relacionada con la anchura a

media altura (FHWM) de un pico individual: mientras más estrecho el pico, más grande el

tamaño del cristal; de este análisis se pudo concluir, que se obtuvo un mayor tamaño de

cristal con el tratamiento por irradiación de microondas que por irradiación de ultrasonido.

HIDROTALCITA

HIDROXIAPATITA


Página 51

3.1.2 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR).

En la Figura 3.20 se muestran los espectrogramas de FTIR de la HT1A y de la

HA1A sin mezclarse. Podemos apreciar las bandas características para cada una de estas

especies. Para la hidrotalcita las bandas que aparecen de entre ν=3411-3415 cm-1 se

atribuyen a vibraciones de alargamiento de los grupos OH del agua, de la misma manera las

bandas de entre ν=1592-1596 cm-1 corresponden a la vibración de deformación ocasionada

por los grupos H-OH [Marín y col].

Para la hidroxiapatita en ν=3600, 3569, 3578, 3448 y 633 cm-1 correspondientes a

grupos OH- atribuibles a la estructura de la HA, también se observan señales en ν=474,

571, 601, 692, 1032, 1040, ≈1087, 1092 cm-1 las cuales corresponden a los grupos PO43- y

finalmente, las bandas entre ν=870, 1420, 1480 cm-1 pueden atribuirse al grupo CO32-

debido a la contaminación durante el proceso de síntesis.

En la Figura 3.20 se resaltaron los picos característicos de cada compuesto.

Figura 3.20. Espectros IR de la HT1A y HA1A sin mezcla.

En la Figura 3.21 y 3.22 se ilustran los espectrogramas FTIR de los CTHT-HA,

sintetizados por las 6 metodologías estudiadas por la técnica de microondas y ultrasonido

respectivamente; se resaltan los picos característicos presentes tanto de HT como de HA en

todas las mezclas.

400900140019002400290034003900

AB

SOR

BA

NC

IA

NUMERO DE ONDA cm ^(-1)

400-1100, PO43-

1300-1500, CO32-

3200-3600, OH-

500-900, -(CH)=(C)-

1600, -(CH2 )-(CO)-3300, CTH CTHT1A

HA1A


Página 52

Figura 3.21. Espectros IR de los CTHT-HA sintetizados por la técnica de irradiación de microondas.

Figura 3.22. Espectros IR de los CTHT-HA sintetizados por la técnica de ultrasonido.

400 900 1400 1900 2400 2900 3400 3900

AB

SOR

BA

NC

IA


HT1600

HA1800

HT1600

HT1600

HT1600

HT1600

HT1600

HA1800

HA1800

HA1800

HA1800

HA1800

HA2300

HA2300

HA2300

HA2300

HA2300

HA2300

HT3700

HT3700

HT3700

HT3700

HT3700

HT3700HT500

HT500

HT500

HT500

HT500

HT500

HA1200

HA1200

HA1200

HA1200

HA1200

HA1200

CTHT-HA1A

CTHT-HA6A

CTHT-HA5A

CTHT-HA4A

CTHT-HA3A

CTHT-HA2A

400 900 1400 1900 2400 2900 3400 3900

AB

SOR

BA

NC

IA


HT500

HT500

HT500

HT500

HT500

HT500

HA1200

HA1200

HA1200

HA1200

HA1200

HA1200

HT1600

HT1600

HT1600

HT1600

HT1600

HT1600

HA1800

HA1800

HA1800

HA1800

HA1800

HA1800

HA2300

HA2300

HA2300

HA2300

HA2300

HA2300

HT3700

HT3700

HT3700

HT3700

HT3700

HT3700

CTHT-HA1B

CTHT-HA2B

CTHT-HA3B

CTHT-HA4B

CTHT-HA5B

CTHT-HA6B


Página 53

Tanto en la Figura 3.21 como en la 3.22, se aprecia que por ambas técnicas (MO y

US) se encuentran presentes las señales características de cada componente (HT e HA) en

las mezclas, lo cual nos indica que la unión fue llevada a cabo con satisfacción.

Sin embargo, la técnica de microondas nos da señales más definidas para HT e HA

en los materiales sintetizados, en donde la diferencia entre una técnica y otra es mínima.

Para entender mejor las diferencias estructurales y texturales resultantes al sintetizar

una especie por microondas y ultrasonido se utilizó la microscopia electrónica de barrido.


Página 54

3.1.3 Microscopia electrónica de barrido.

En la Figura 3.23 se observan las micrografías electrónicas de barrido a diferentes

aumentos para las mejores muestras obtenidas, las cuales fueron mediante el método 1:

CTHT-HA1A Y CTHT-HA1B sintetizadas por microondas y ultrasonido respectivamente.

a) b) c)

d) e) f)

g) h) i)

Figura 3.23. Micrografías electrónicas de barrido a diferentes aumentos para la muestra CTHT-HA1A,

sintetizadas por irradiación de microondas a x=0.25 a) 60X, b) 270X; c) 2500X, d) 18000X, e) 50 000X, f)

270X, g) 3000X, h) 13000X, i) 3300X.


Página 55

Se puede apreciar de la Figura 3.23 (a) granos de geometría irregular con una sola

morfología de diferentes tamaños con ángulos definidos, mientras que en los aumentos en

los micrográmas (c) y (g) se revela una superficie porosa, rugosa sin geometría definida.

Los poros presentes en las partículas tienen diferentes tamaños y están distribuidos de

manera arbitraria con un tamaño aproximado de entre 1 a 10 μm; tamaño determinado con

base a las escalas de los micrográmas. Esto se puede atribuir al método de síntesis por

microondas, lo cual influyó en la formación de una sola fase o morfología, con porosidades

de entre 1 a 10 μm, lo cual pudiera ser determinante al evaluar la biocompatibilidad.

En la Figura 3.24 (a-f) se presentan microgramás a diferentes aumentos para la

muestra CTHT-HA 1B, sintetizada por irradiación de ultrasonido.

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Figura 3.24. Micrografías electrónicas de barrido a diferentes aumentos para la muestra CTHT-HA1B,

sintetizadas por irradiación de ultrasonido a x=0.25 a) 60X, b) 270X; c) 3000X, d) 5000X, e) 7500X, f)

10000X

Se observa de la Figura 3.24 (a) aglomerados de partículas pequeñas con una sola

fase o morfología, en donde la superficie de cada grano es más áspera que la del CTHT-

HA1A (microondas), efecto atribuido a la cavitación durante el proceso de síntesis, creando

así una superficie muy accidentada de gran porosidad cuyo diámetro de poro resulto


Página 56

aproximado 10 μm según las escalas de los micrográmas y para las zonas cavernosa de 100

μm, por lo que el material resulta adecuado para la biocompatibilidad en cuanto a tamaño

de porosidad. Al realizar un mayor aumento (e) 7500X a una de las partículas se confirma

el aglomeramiento de las partículas.

Se puede observar que las características granulométricas de la muestra sintetizada

por ultrasonido CTHT-HA1B, es diferente a la muestra sintetizada por microondas CTHT-

HA1A, además puede observarse que la forma y la porosidad de las partículas cambió con

el tratamiento con ultrasonido debido al efecto de la cavitación, generando partículas más

pequeñas que por microondas de porosidad de entre 1 y 100 μm, que acorde a la

bibliografía serian sumamente adecuados y biocompatibles en implantes médicos, que en el

caso del espécimen irradiado con microondas el cual presenta tamaños promedios de poros

de 1 y 100 μm, ya que como se ha comentado para tamaños inferiores a 10 μm se limita el

ingreso de células vivas al material, restando biocompatibilidad; para porosidades de entre

50 y 150 μm se permiten la penetración ósea; por lo que en base a la porosidad el

compósito sintetizado por ultrasonido (CTHT-HA1B) tendría en momento dado mayores

posibilidades de ser biocompatible.

3.1.4 Área específica BET

A continuación se presentan en la Tabla 3.2 los valores de las áreas superficiales

específicas, obtenidas para las muestras óptimas sintetizadas por el método 1 (CTHT-HA1

y CTHT-H1B) en comparación con la hidrotalcita y la hidroxiapatita pura.

Tabla 3.2 Áreas superficiales específicas medidas

De los datos obtenidos concluimos que hay un aumento notorio en el área

superficial del compósito, lo cual fue puede coadyuvar al incremento de la

biocompatibilidad aunado al tamaño de poro.

COMPUESTO AREA SUPERFICIAL (m2/g)

HIDROTALCITA (Al/Mg) (CTHT1A) 65.1 HIDROXIAPATITA (HA1A) 91.4

COMPOSITO (CTHT-HA1A) 126.8


Página 57

Este incremento se puede explicar en términos de la perdida de cristalinidad u

ordenamiento que se produce por la unión de los dos materiales, generando partículas de

menor tamaño, según puede corroborarse en los difractogramas de las Figuras 3.1, 3.2 y

3.3, el cual produce una nueva morfología porosa la cual genera un material con mayor área

superficial específica.

3.2. Evaluación del compósito

Se realizaron pruebas de sorción con hidrotalcita pura sintetizada (CTHT1A),

hidroxiapatita (HA1A) y con compósito obtenido por irradiación de microondas (CTHT-

HA1A), ya que para el compósito óptimo hasta el momento encontrado en la discusión

(CTHT-HA1B) y sintetizado por ultrasonido, en esos momentos no se contaba con la

información de la microscopia electrónica de barrido ni del área superficial específica; por

lo que la selección para la evaluación se basó en la cristalinidad. Estas pruebas de sorción

se realizaron con el propósito de conocer la capacidad de sorción de las muestras

sintetizadas para compuestos orgánicos presentes en el cuerpo humano tales como:

nucleótidos, ADN, ácido nucleico, vitaminas, etc, y poder hacer un comparativo entre las

muestras puras (HT, HA) y el compósito. Está prueba se vio limitada a utilizar un

componente orgánico de uso básico, con el cual pudiera ser cuantificable y visible la

sorción del componente; para dichos fines se utilizó el colorante azoico, anaranjado de

metilo.

La evaluación consistió en cuantificar cual es la cantidad de colorante que la HT, la

HA y el compósito sorben en un tiempo determinado.

Para poder evaluar la cantidad de colorante sorbida, se utilizó un espectrofotómetro

UV-Vis, mediante la medición de la absorbancia se cuantificó la cantidad de colorante

sorbida por el compósito.

La metodología fue la siguiente:

1. Se elaboró una curva de calibración a las siguientes concentraciones: 10, 20, 40,

60, 80, 100 ppm de anaranjado de metilo en agua (Figura 3.25). Los datos

graficados se muestran en la Figura 3.26.


Página 58

Figura 3.25 Soluciones patrón, curva de calibración de Anaranjado de Metilo.

Figura 3.26 Curva de Calibración de anaranjado de metilo

2. Se preparó una solución de 50 ppm de anaranjado de metilo, con la cual se llenaron

6 frascos con 10 ml de solución cada uno y 0.1 gr de compósito; esto se hizo para

las muestras: HT1A, HA1A y CTHT-HA1A.

3. Mediante agitación constante se llevó a cabo la interacción colorante-compuesto

(HT1A, HA1A, CTHT-HA1) en intervalos de tiempo 10 minutos hasta 60 minutos,

obteniendo por cada intervalo una muestra de la solución a evaluar.

4. A las muestras obtenidas, se les midió la absorbancia en el espectrofotómetro UV-

Vis, los datos obtenidos fueron comparados con la curva de calibración para la

obtención de las concentraciones obtenidas.

y = 0.0281x + 0.0148R² = 0.9999

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 20 40 60 80 100 120

AB

SOR

BA

NC

IA

CONCENTRACION(ppm)

ABS


Página 59

En la Figura 3. 27 (a: hidrotalcita CTHT1A, b: hidroxiapatita HA1A y c: compósito

CTHT-HA1A) se aprecia la obtención de las muestras, producto de las sorciones del

colorante en cada intervalo de tiempo.

(a)

(b)

(c)

Figura 3.27 Muestras obtenidas durante la sorción de Anaranjado de Metilo, a: hidrotalcita, b:

hidroxiapatita, c: compósito

En la Figura 3.27 c se nota con claridad que a los 20 min el compósito ha sorbido ya una

gran cantidad del colorante, en comparación con la CTHT1A (a) y HA1A (b) puros.


Página 60

En la Figura 3.28 se muestran los porcentajes de sorción de anaranjado de metilo a 50

ppm para las muestras: HT1A, HA1A, CTHA-HA1A, cuantificadas mediante

espectroscopia UV-vis.

Figura 3.28 Tiempo VS absorbancia, sorción de anaranjado de metilo con CTHT-HA1A

Puede observarse en la figura que efectivamente el compósito hidrotalcita-hidroxiapatita

supera a la HT y a la HA en cuanto a la adsorción de anaranjado de metilo, con un

porcentaje máximo de adsorción de 78% en 20 min, seguido por la HT con 65% y 29%

para la HA al mismo tiempo de contacto; lo que confirma que al formarse el compósito se

modifican propiedades de textura tales como el área superficial, lo cual incrementa el

porcentaje de sorción.

Con los datos obtenidos de la sorción, podemos confirmar que el compósito tiene la

capacidad de sorber especies orgánicas como las que se encuentran presentes en el cuerpo

humano en un corto periodo de tiempo, lo cual ayudaría a la pronta asimilación del

compósito en un ambiente biomolecular.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5 6

TIEMPO(min) 0 10 20 30 40 50

%ABS HA1A 0.00 28.89 29.76 28.89 29.09 39.28

%ABS HT1A 0.00 58.90 65.77 68.30 69.38 70.21

%ABS CTHT-HA1A 0.00 75.62 78.33 74.00 72.52 72.00

% A

BSO

RB

AN

CIA

TIEMPO VS %ABS


Página 61


Página 62

CONCLUSIONES

Se logró obtener el compósito HT-HA por 6 procedimientos de integración libres de

impurezas cristalinas, mediante irradiación de microondas y ultrasónica.

El método 1 presenta una mejor interacción entre la HA y la HT, debido a que se

unieron las dos fases en estado polimérico y posteriormente se dio el tratamiento con

microondas o ultrasonido, lo que provocó el óptimo acoplamiento de ambos compuestos.

Los métodos 5 y 6 permitieron una buena integración de la HT con HA, debido que

al estar cristalizado una de los materiales, los precursores de la fase a depositar, se

integraron satisfactoriamente mediante irradiación de ultrasonido y microondas, aunque

con menos cristalinidad que el método 1.

Para los métodos 2, 3 y 4, se obtuvo predominio de una de las fases.; método 2 y 3

HA y método 4 HT.

En cuanto al tratamiento con microondas y ultrasonido, se establece que el

tratamiento con microondas favorecen la formación de materiales más cristalinos de

mayor tamaño promedio de cristal, que los sintetizados con ultrasonido.

Los espectros IR establecen, que la técnica de síntesis por irradiación de microondas

proporciona mayor claridad en las señales de los picos característicos de HT y de HA

presentes en los compósitos.

Por MEB se corroboraron las diferencias morfológicas y texturales, atribuidas al

tratamiento con microondas o ultrasonido durante el proceso de síntesis, de tal forma

que las muestras irradiadas con microondas forman partículas de porosidad de entre 1 y

10 μm de una sola fase; para las muestras irradiadas con ultrasonido se obtienen

aglomerados de micropartículas generados mediante la cavitación, cuyas porosidades

oscilan entre 1 y 100 μm también en una sola fase.


Página 63

En cuanto a la biocompatibilidad y con base a la sorción del anaranjado de metilo se

establece que efectivamente el compósito HT-HA tiene la capacidad de adsorber en

mayor grado sustancias orgánicas, en comparación con la HT y la HA puro, lo que

confirma que él compósito sintetizado puede tener buena biocompatibilidad al ser usado

en un implante óseo, considerando además el tamaño de la porosidad obtenida por

irradiación ultrasónica la cual fue de 1 a 100 μm.


Página 64


Página 65

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