Estudi de la interacció de molècules orgàniques en la cristal·lització de fosfats de calci

Abstract

El present projecte es troba emmarcat en el camp de la biomineralització, el qual tracta de la síntesi de minerals a través d'organismes vius. Un ingredient indispensable en els processos de biomineralització és l'ús de molècules orgàniques. Existeixen morfologies úniques observades en molts biominerals, les quals només es poden entendre a partir de la interacció dels components bàsics inorgànics amb molècules orgàniques. La matèria orgànica modula la precipitació i dirigeix el muntatge dels blocs inorgànics que acaben constituint els biominerals de formes complexes. En el camp de la biomineralització, s'han utilitzat polímers molt elaborats per precipitar biomimèticament fosfats de calci amb morfologies similars a les neurones. Aquest projecte vol demostrar que aquestes morfologies poden aconseguir-se fàcilment amb molècules més simples, com el tensioactiu biocompatible Tween 80, i busca investigar sota quines condicions es formen. Concretament, l’objectiu del projecte consisteix en estudiar la interacció de molècules orgàniques (tensioactius) en el procés de nucleació i cristal·lització dels fosfats de calci, biominerals d’una gran rellevància en el teixit ossi. El fet que encara avui dia hi hagi discrepància a l’hora d’explicar els mecanismes de nucleació de la fase mineral que composa l’os es un altre argument que ha motivat aquest treball. Per a la realització d’aquest estudi s’ha fet ús d’un equip de monitorització i registre dels valors de pH i de conductivitat mitjançant els seus respectius elèctrodes. Aquests es situaven dins dels recipients, sempre a temperatura constant, en els quals es realitzaven les precipitacions in situ dels fosfats de calci. Mitjançant aquest mètode continu de presa de dades s’ha pogut obtenir un seguiment de la cinètica de la precipitació dels fosfats de calci. Per l’obtenció d’imatges sobre la morfologia de les estructures formades, s’ha fet ús del Microscopi Electrònic de Transmissió (TEM). Com a reactants principals s’han utilitzat CaCl2 i Na2HPO4, i com a tensioactius el Tween 80 i el Span 20. S’han realitzat síntesis amb diferents concentracions de tensioactius i a diferents temperatures amb la presencia o no de Tween 80. Per contrastar resultats s’ha fet ús d’altres molècules orgàniques diferents als tensioactius, com és el poliacrilat sòdic. Els resultats obtinguts mostren que, només en els casos d’afegir una determinada quantitat de tensioactiu a la síntesi, hi ha una clara existència d’estructures híbrides de fosfats de calci i tensioactiu amb morfologies formades per un nucli i filaments molt semblants a una neurona, amb dimensions properes a 1 μm. Aquestes estructures es mantenen estables durant llargs temps, al voltant de mig any, a diferència de les partícules pròpies de la fase amorfa dels fosfats de calci que, en absència de tensioactiu, acaben transformant-se, en pocs minuts, en cristalls anisòtrops. Es demostra també l’aparició d’aquestes complexes estructures en un rang de temperatures de més de 30oC de diferència, fet que descarta que la temperatura es tracti d’una variable crítica per a la seva formació, donant lloc a la possibilitat de poder realitzar treballs a temperatura corporal.