WO2013057720A2

WO2013057720A2 - Composições e método de obtenção de composições à base de apatite a partir de fonte natural, materiais relacionados e seus usos

Info

Publication number: WO2013057720A2
Application number: PCT/IB2012/055757
Authority: WO
Inventors: Maria Manuela Estevez Pintado; Paula CASTRO; Clara PICCIRILLO; Sandra MOURA; Sofia Isabel ALMEIDA PEREIRA; Ruben Miguel FERREIRA JORGE; Maria Isabel Filipe DE OLIVEIRA BRAGA DA CRUZ GUIMARÃES; João GONÇALVES VIEIRA; Paula Alexandra MOREIRA DA SILVA
Original assignee: Universidade Católica Portuguesa - Ucp; Wedotech - Companhia De Ideias E Tecnologias Lda.; Pascoal & Filhos, S.A.
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-04-25
Also published as: WO2013057720A3

Abstract

A presente invenção refere-se a composições e a um método de obtenção de hidroxiapatite e derivados a partir de uma fonte natural, de preferência, espinhas de bacalhau. Esta invenção fornece uma maneira alternativa para obter hidroxiapatite e materiais derivados, contribuindo assim para o aproveitamento e revalorização, em particular, das espinhas de bacalhau. A presente invenção descreve uma composição à base de apatite em que as apatites são isoladas a partir de uma fonte natural, de preferência, espinhas de bacalhau e um método de obtenção de composições à base de apatite naturais que compreendem a calcinação das espinhas de bacalhau a 600ºC – 1300ºC, numa rampa de aquecimento ºC/min durante 1 hora.

Description

D E S C R I Ç Ã O

"COMPOSIÇÕES E MÉTODO DE OBTENÇÃO DE COMPOSIÇÕES À BASE DE APATITE A PARTIR DE FONTE NATURAL, MATERIAIS RELACIONADOS E

SEUS USOS"

Domínio técnico da invenção

A presente invenção refere-se a composições e a um método de obtenção de hidroxiapatite e derivados a partir de uma fonte natural, de preferência, espinhas de bacalhau. Esta invenção fornece uma maneira alternativa para obter hidroxiapatite e materiais derivados, contribuindo assim para o aproveitamento e revalorização, em particular, das espinhas de bacalhau.

Sumário da invenção

A presente invenção descreve uma composição à base de apatite; de preferência cloroapatite, fluroapatite ou hidroxiapatite, de preferência hidroxiapatite bifásica; em que as apatites são isoladas a partir de uma fonte natural; de preferência espinhas de bacalhau; compreendendo os seguintes elementos:

30-40% (m/m) de cálcio;

10-20% (m/m) de fósforo;

35-4 5% (m/m) de oxigénio;

0-1 5% (m/m) de cloro;

0 -5% (m/m) de flúor;

0 -5% (m/m) de sódio;

0 -5% (m/m) de titânio;

3-2 5% (m/m) de outros elementos minerais.

Ainda mais de preferência: • Ca: 33.68, P: 17.48, O: 41.5 Cl: 0.24, F: 0.09, Na: 0.90, outros elementos: 6.11;

• Ca: 35.24, P: 13.59, O: 39.6 F: 3.21, Na: 1.22, outros elementos: 7.14;

• Ca: 32.15, P: 18.22, O: 42.6 Ti: 2.2, Cl: 0.15, F:

0.09, Na: 0.90, outros elementos: 3.69;

Todos os valores estão em % (massa/massa) .

A presente invenção descreve ainda um método de obtenção de composições à base de apatite naturais; de preferência cloroapatite, fluroapatite ou hidroxiapatite, de preferência hidroxiapatite bifásica; que compreendem a calcinação das espinhas de bacalhau a 600°C - 1300°C, numa rampa de aquecimento 5°C/min durante 1 hora.

Numa outra realização do método anteriormente descrito, a temperatura de calcinação pode variar entre 950 °C-1250 °C, de preferência 800 °C-1250 °C .

Numa outra realização do método anteriormente descrito este pode ainda compreender um passo de alcalinização por meio da adição de um agente alcalinizante, de preferência o agente alcalinizante é o hidróxido de amónio.

Numa outra realização do método anteriormente descrito as referidas espinhas de bacalhau podem ser ainda previamente cozidas numa solução salina por um período que varia entre 5-30 horas, de preferência 3h-6h horas, 6-16 horas, 16-20 horas, 16-24 horas.

Numa outra realização do método anteriormente descrito o sal da referida solução salina pode ser seleccionado dentro do seguinte grupo: cloreto de cálcio, acetato de cálcio, fluoreto de sódio ou sulfato de titânio (IV) .

Numa outra realização do método anteriormente descrito, o rácio mol/mol da solução salina/hidroxiapatite nas espinhas de bacalhau pode ser de 5:1 ou 10:1 ou 15:1 ou 80:1.

Numa outra realização do método anteriormente descrito este pode ainda compreende:

• uma calcinação prévia das espinhas de bacalhau a 600°C numa rampa de aquecimento 5°C/min durante lh;

• compactação do pó obtido;

• segunda calcinação das espinhas de bacalhau a 600°C - 1300°C, numa rampa de aquecimento 5°C/min durante 1 hora.

Numa outra realização do método anteriormente descrito pode compreender adicionalmente os passos de:

• compactação do pó obtido após a segunda calcinação ;

• esterilização do referido pó compactado em estufa durante 24 horas;

• colocação o referido do pó compactado e esterilizado em contacto com uma solução de bactérias em fase estacionária durante 1 hora em agitação;

• secagem a mistura anterior a 20-30°C durante 72- 120 horas, de preferência 96 horas.

A presente invenção descreve ainda composições de acordo com as anteriormente descritas e ainda as obteníveis pelo método de obtenção de composições à base de apatite naturais anteriormente descrito para o uso como biomaterial, em particular, em medicina ou como medicamento. Nomeadamente, para o tratamento de problemas ortopédicos, mais especificamente fracturas ou problemas dentários, em particular no fabrico implantes ósseos, implantes dentários, revestimento de próteses/implantes ou cimentos ósseos.

A presente invenção descreve ainda matérias que compreendem anteriormente descritas e ainda as obteníveis pelo método de obtenção de composições à base de apatite naturais anteriormente descrito.

A presente invenção descreve ainda o uso das composições descritas anteriormente descritas e ainda as obteníveis pelo método de obtenção de composições à base de apatite naturais anteriormente descrito na remoção de metais pesados, eliminação de poluentes orgânicos.

Antecedentes da Invenção

Os materiais à base de fosfato de cálcio são materiais com elevado valor devido às suas propriedades, sendo conhecidas várias aplicações. Por exemplo, alguns destes materiais são utilizados como biomateriais . Entenda-se por biomaterial uma substância ou uma mistura de substâncias, natural ou artificial, que actua nos sistemas biológicos (tecidos, órgãos) parcial ou totalmente, com o objectivo de substituir, aumentar ou tratar. Alguns exemplos de biomateriais são próteses, implantes e lentes de contacto. Repare-se que a presença de biomateriais é imprescindível para o fabrico de próteses. A hidroxiapatite - Caio (PO₄) 6 (OH) ₂ (HAP) - é o material mais utilizado; de facto, é o material constituinte dos ossos humanos, apresentando alta biocompatibilidade e bioactividade . A biocompatibilidade pode ser aumentada pela presença de elementos como o sódio, cloreto e fluoreto. O emprego da hidroxiapatite nos implantes ósseos é geralmente realizada em união com o tri-fosfato de cálcio Ca3(PC>4)2 (FC) ; a combinação dos dois compostos resulta num material com características melhoradas em termos de resorbabilidade .

A hidroxiapatite pode ser utilizada também para aplicações ambientais, para a remoção de metais pesados e para a eliminação de poluentes orgânicos de águas industriais. No primeiro caso, há um mecanismo de troca iónica entre o cálcio e os metais pesados presentes nas águas, especialmente com metais bivalentes como chumbo, cádmio e zinco (Nziohou, 2010) . No segundo caso, a hidroxiapatite pode ter propriedades fotocatalíticas ; estas podem causar a decomposição de moléculas de poluentes orgânicos (Reddy e tal., 2007; Nishikawa, 2003) . A actividade fotocatalítica é ainda maior se a hidroxiapatite é utilizada em conjunto com bióxido de titânio, num material multifásico.

Outros materiais à base de fosfato de cálcio são a fluoroapatite - Caio(P0₄)₆F₂ (FAP) - e a cloroapatite Caio (P0₄) ₆C1₂ (C1AP) . A FAP é utilizada também como biomaterial, junto com a HAP e o FC . A C1AP, dopada com o európio, é um material empregue em electrónica (Wang et al . , 2009) .

Para todas as possíveis aplicações, a produção da hidroxiapatite e dos compostos derivados é um sector com dimensão e em crescimento. Actualmente, a maioria da hidroxiapatite é produzida de forma artificial - reacção química entre o cálcio e fósforo. De facto, urge encontrar novas maneiras de a produzir, uma vez que, paralelamente ao aumento da procura da hidroxiapatite, há uma diminuição da disponibilidade de alguns elementos químicos, incluindo o fósforo.

A hidroxiapatite é o principal componente das espinhas de peixes e dos ossos de animais; o seu conteúdo pode variar entre 60 e 70%. Por este motivo, ossos ou espinhas podem ser utilizados como fonte de hidroxiapatite.

Em Portugal, há um consumo de bacalhau de cerca 70 000 toneladas cada ano. Associado a isso, há montantes consideráveis de espinhas, como subproduto. A valorização destas espinhas, tornando-as em produtos cerâmicos com elevado valor e com aplicações tecnológicas, traz vantagens ambientais e de sustentabilidade.

No sentido de resolver estes problemas surgem descritos nesta invenção, materiais e método de obtenção de materiais à base de apatite a partir de fonte natural (espinhas de bacalhau) .

De seguida, apresentamos os documentos que consideramos definir o estado da técnica:

- O documento "Ferraro V et al . , Valorization of natural extracts from marine source focused on marine by-products: a review, Food Research International, Vol. 43" descreve a extracção de materiais, como a hidroxiapatite, a partir de uma fonte natural, mais concretamente, de espinhas de peixe. O documento refere que a hidroxiapatite representa 60-70% das espinhas de peixe e que o processo de extracção mais comum deste material é a hidrólise hidrotermal alcalina. No entanto, este documento não refere pormenores do método de extracção da hidroxiapatite, que é efectivamente o âmbito da presente invenção;

- O documento "EP2075231 Al (UNIV VIGO)" divulga um método de obtenção de um material bifásico hidroxiapatite fosfato de cálcio que envolve a calcinação de espinhas de peixes, entre eles o bacalhau, a uma temperatura entre 600 e 1200°C, com uma rampa de aquecimento de 18-22°C/min, enquanto que na presente invenção a rampa de aquecimento usada é de 5°C/min durante 1 hora. Com esta rampa de aquecimento a temperatura aumenta mais lentamente; isso permite uma libertação mais controlada das impurezas orgânicas originariamente presentes nas espinhas. Consequentemente, as características e propriedades do material obtido são melhores. Adicionalmente e contrariamente à presente invenção, o documento "EP2075231A1" não refere o tratamento em solução salina antes da calcinação de forma a modificar a composição do material obtido.

- O documento "JP4265214 A (KANEBO LTD) " divulga também um método de obtenção de hidroxiapatite a partir de espinhas de peixe, que engloba o tratamento com uma solução alcalina e a calcinação a temperaturas entre 500 e 300°C, durante 30 a 300 minutos. Este documento, contrariamente à presente invenção, não refere o tratamento em solução salina antes da calcinação de forma a modificar a composição do material obtido .

- O documento "PI 0506242-O A (UNIV FUNDAÇÃO ESTADUAL MARINGÁ ET AL.)" divulga também um processo de obtenção de hidroxiapatite a partir da calcinação de espinhas de peixe, que ocorre a temperaturas entre 750 e 950°C, durante 2 a 32 horas. Este material é posteriormente sintetizado, podendo adquirir a forma de pó ou pastilhas. Este documento, contrariamente à presente invenção, não refere o tratamento em solução salina antes da calcinação de forma a modificar a composição do material obtido.

- O documento "Aronov. et al, hydroxyapatite nanoceramics : Basic physical properties and biointerface modification, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 27",

divulga a imobilização de bactérias numa superfície de hidroxiapatite modificada. Para este efeito, as bactérias foram cultivadas a 37°C, sob agitação, até atingirem a fase estacionária. Em seguida foram aplicadas sobre a superfície da hidroxiapatite. Este documento descreve condições de imobilização distintas da presente invenção. Nesta última, as condições de tempo de imobilização, temperatura e tempo de secagem são diferentes (1 hora, 30°C e 96 horas, respectivamente) .

Breve descrição das figuras

Para uma mais fácil compreensão da invenção juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais do invento que, contudo, não pretendem, limitar o objecto da presente invenção.

Figura 1 - Gráfico representativo do crescimento celular em presença das várias amostras testadas ao longo do tempo; uma amostra de controlo foi também testada para comparação. Figura 2 - Gráfico representativo da actividade metabólica das amostras e do controlo.

Figura 3 - Gráficos representativos da degradação do azul de metileno para (a) amostra multifasica HAp:FC:TiC>2 em presença de luz ultravioleta; (b) amostra multifasica HAp:FC:TiC>2 em presença de luz branca; (c) amostra HAP preparada como descrito com tratamento em solução de Ca (COO) 2 em presença de luz ultravioleta.

Figura 4 - Micrografia de pastilhas de hidroxiapatite com as bactérias 1C2, EC29 e S3X imobilizadas na superfície.

Figura 5. Concentração de metal pesado removido em função do metal pesado em equilíbrio para (a) Zn (II) e (b) Cd (II) ·

Descrição detalhada da invenção

A presente invenção refere-se a composições à base de apatite e respectivos métodos de obtenção/isolamento a partir de fonte natural. Através da presente invenção é possível obter hidroxiapatite a partir de fonte natural, de preferência espinhas de bacalhau, com propriedades diferentes e mais apropriadas para algumas aplicações.

Apresentam-se, de seguida realizações preferenciais do método de obtenção destes materiais a partir de fonte natural, de preferência, espinhas de bacalhau. Este método engloba a obtenção de materiais puros à base de apatite (hidroxiapatite, cloroapatite e fluroapatite) , dum material bifásico de hidroxiapatite e tri-fosfato de cálcio, dum material multifásico hidroxiapatite - fosfato de cálcio - bióxido de titânio e de um material de hidroxiapatite com bactérias imobilizadas na superfície.

Estas composições são obtidas através da calcinação espinhas a temperaturas elevadas; nalguns casos, um tratamento em solução salina antes da calcinação pode ser feito de forma a modificar a composição do material.

• Obtenção dum material bifásico hidroxiapatite - fosfato de cálcio

0 material bifásico hidroxiapatite - fosfato de cálcio foi obtido por calcinação das espinhas. Foram utilizadas temperaturas diferentes entre o intervalo de 600°C e 1250°C. A rampa de aquecimento foi de 5°C/min e o tempo de calcinação foi de 1 hora.

• Obtenção da hidroxiapatite

As espinhas de bacalhau foram cozidas em solução de CaCl₂, em excesso, por um período de 16 horas. A concentração do cloreto de cálcio foi calculada, da seguinte forma: foi assumido um conteúdo de hidroxiapatite nas espinhas de 65% em peso. A quantidade de CaCl₂ foi 5 vezes maior que a quantidade de hidroxiapatite.

Depois da cozedura, as espinhas foram calcinadas a 1000°C, utilizando as mesmas condições de calcinação descritas no ponto anterior.

• Obtenção da hidroxiapatite com propriedades fotocataliticas

As espinhas de bacalhau foram cozidas em solução de Ca (COO) ₂, em excesso, por um período de 20 horas. A concentração do acetato de cálcio foi calculada, da seguinte forma: foi assumido um conteúdo de hidroxiapatite nas espinhas de 65% em peso. A quantidade de Ca (COO) ₂ foi 5 vezes maior que a quantidade de hidroxiapatite.

Depois da cozedura, as espinhas foram calcinadas a 800°C, utilizando as mesmas condições de calcinação descritas no ponto anterior.

• Obtenção de cloroapatite

As espinhas de bacalhau foram cozidas em solução de CaCl₂, em excesso, para um período de 24 horas. A concentração do cloreto de cálcio foi calculada, da seguinte forma: foi assumido um conteúdo de hidroxiapatite nas espinhas de 65% em peso. A quantidade de CaCl₂ foi 80 vezes maior que a quantidade de hidroxiapatite.

Depois da cozedura, as espinhas foram calcinadas a 1000°C, utilizando as mesmas condições de calcinação descritas anteriormente .

• Obtenção de fluoroapatite

As espinhas de bacalhau foram cozidas em solução de NaF, em excesso, para um período de 6 horas. A concentração do fluoreto de sódio foi calculada, da seguinte forma: foi assumido um conteúdo de hidroxiapatite nas espinhas de 65% em peso. A quantidade de NaF foi 5 vezes maior do que a quantidade de hidroxiapatite.

Depois da cozedura, as espinhas foram calcinadas a 1000°C, utilizando as mesmas condições de calcinação descritas anteriormente . • Obtenção dum material multifásico hidroxiapatite fosfato de cálcio - bióxido de titânio

As espinhas de bacalhau foram cozidas em solução de Ti(SC>4)2, em excesso; foi considerado um período de cozedura de 24 horas. A concentração do sulfato de titânio foi calculada, da seguinte forma: foi assumido um conteúdo de hidroxiapatite nas espinhas de 65% em peso. A quantidade de Ti(SC>4)2 foi 15 vezes maior do que a quantidade de hidroxiapatite. A solução de cozedura foi alcalinizada até valores entre 8 e 9 adicionando NH₄0H 1 M.

Depois da cozedura, as espinhas foram calcinadas a 800°C, utilizando as mesmas condições de calcinação descritas anteriormente .

0 mesmo material pode ser obtido com tratamento em solução de outros sais de titânio, per exemplo alcóxidos de titânio (IV) .

• Obtenção de hidroxiapatite com bactérias imobilizadas na superfície

As espinhas de bacalhau foram calcinadas a uma temperatura de 600°C, utilizando as mesmas condições de calcinação descritas anteriormente.

0 pó calcinado foi pressionado em forma de pastilhas; sucessivamente foi feita uma segunda calcinação a 600°C, para obter pastilhas bem compactas.

Para a imobilização das bactérias nas superfícies das pastilhas, as pastilhas foram esterilizadas com um tratamento em estufa a 100°C durante 24 horas. Sucessivamente foram postas em soluções das bactérias precedentemente preparadas, com as bactérias em fase estacionária. As pastilhas foram deixadas em solução para 1 hora, em agitação a 180 rpm. Depois, as pastilhas foram secas a 30°C durante 96 horas. Análises instrumentais

As análises de Difracção a Raios X (XRD) foram feitas com um instrumento Rigaku Geigerflex D/Max C-series, com uma radiação Cu K-a.

As composições das diferentes fases da amostra foram estimadas considerando os picos mais intensos por cada fase, especificamente o pico (2,1,1) para a hidroxiapatite (2Θ = 31.741) e o pico (0,2,1) para o fosfato de cálcio (2Θ = 31.027) . As áreas correspondentes aos picos foram calculadas (depois da subtracção da linha de base) e comparadas .

Para a espectroscopia infravermelha, os espectros foram adquiridos, preferencialmente, com um espectrometro Bruker Tensor 27 FT-IR, com software OPUS. As medidas foram feitas com pastilhas de pó de amostra e de KBr (5 e 200 mg respectivamente) . O intervalo analisado foi entre 350 e 4000 cm^"1.

Para a espectroscopia Raman, os espectros foram adquiridos, preferencialmente, com um espectrometro Renishaw 1000, com fonte de excitação laser a base de árgon (λ = 514 nm) . O sistema foi calibrado considerando as linhas de emissão do árgon .

Para a composição elementar das amostras, foram utilizadas métodos diferentes. Para as análises de cálcio, sódio, fósforo e fluoreto, foram dissolvidos 0.1 g de amostra em 5 ml de HC1 19%, e diluídos a 250 ml. Sucessivamente foram feitas outras diluições, sendo o factor de diluição diferente para cada elemento.

O cálcio e o sódio foram determinados, preferencialmente, por Espectroscopia de Absorção Atómica com atomização de chama. O instrumento utilizado foi um Perkin Élmer 3100. As análises do cálcio e do sódio foram efectuadas, respectivamente a comprimentos de onda de 422.7 e 589.0, com uma chama de C2H2/ária. As amostras foram diluídas, para estar no intervalo de linearidade do equipamento; foram colocados 5 g/l de lantânio e 0.1% de CsCl, respectivamente, nas soluções do cálcio e do sódio.

O fósforo foi determinado pelo método espectrofotométrico : um reagente específico, preferencialmente, Merck Spectroquant , baseado numa solução ácida de vanadado de amónio e heptamolibdado de amónio, foi adicionado às soluções das amostras. A intensidade da cor laranj a-amarela da solução foi medida com um espectrofotómetro Perkin Helmer Lambda 25, a um comprimento de onda de 400 nm. Foi utilizada uma curva de calibração de standard de di- hidrogénio fosfato de potássio para a determinação da concentração .

O conteúdo de fluoreto foi determinado com um eléctrodo ião-selectivo específico para o fluoreto

(preferencialmente, Crison) . Foi utilizada uma curva de calibração com standard de NaF; a força iónica total da solução foi ajustada com o emprego duma solução de TISAB

(Total lonic Strenght Adjustment Buffer) .

Para as análises do cloreto, as amostras foram dissolvidas em 20 ml de HNO₃ 4M e diluídos a 50 ml. A quantidade dissolvida foi diferente. As soluções foram tituladas com método potenciómetro, com uma solução standard de nitrato de prata, utilizando um eléctrodo AgCl, preferencialmente, Crison conectado a uma unidade Compact Titration.

As micrografias SEM foram feitas com um microscópio a varrimento electrónico, preferencialmente, Hitachi S-4100, com voltagem de 25 kV. As amostras foram cobertas com uma camada de ouro antes das análises. Material bifásico hidroxiapatite-fosfato de cálcio

No âmbito da presente invenção, o material bifásico hidroxiapatite - fosfato de cálcio foi obtido como descrito em detalhe anteriormente. As temperaturas de calcinação utilizadas foram entre o intervalo de 600°C - 1250°C.

0 valor de 600°C foi escolhido porque esta é a temperatura minima para eliminar as moléculas orgânicas presentes nas espinhas. Para o valor 1250°C, foi considerado que temperaturas maiores podem favorecer a formação doutras fases, como o óxido de cálcio.

As análises com Espectroscopia Infravermelha e Difracção a Raios X (XRD) das amostras indicaram a presença de ambas as fases. A metodologia XRD foi empregada para a quantificação das duas fases, em proporções diferentes a segunda da temperatura (Tabela 1) . As amostras mais interessantes foram aquelas aquecidas a 950 e 1000°C, enquanto a composição delas (75 : 25 HAP : FC entre os erros experimentais) é utilizada para implantes ósseos, tendo boas características de biocompatibilidade e resorbabilidade .

As análises elementares (Tabela 1) mostraram uma razão molar entre cálcio e fósforo de 1.49; outros elementos (sódio, cloreto e fluoreto) que podem favorecer o acrescimento dos ossos foram detectados também. Tabela 1. Composição das amostras bifásica HAP

Hidroxiapatite (HAP)

O material monofásico de hidroxiapatite foi obtido como descrito anteriormente.

As análises com Espectroscopia Infravermelha e Difracção a Raios X (XRD) das amostras indicaram a presença duma única fase, confirmando que o material produzido seja hidroxiapatite pura.

As análises elementares (Tabela 2) mostram um aumento da razão molar entre cálcio e fósforo (1.76); as concentrações dalguns elementos (sódio e cloreto) são maiores também. A concentração do fluoreto, ao contrário, é comparável com aquela das amostras não cozidas em solução. Cloroapatite (CIAP)

0 material monofásico de cloroapatite foi obtido como descrito anteriormente.

As análises com Espectroscopia Infravermelha e Difracção a Raios X (XRD) das amostras indicaram a presença unicamente da cloroapatite; estes dados confirmam uma troca completa do ião hidróxido com o ião cloreto.

As análises elementares (Tabela 2) mostraram um aumento notável da concentração do cloreto; este dado é razoável, enquanto o cloreto representa um dos elementos principais do composto. Ao mesmo tempo, as concentrações de ambos sódio diminuíram.

Fluoroapatite (FAP)

0 material monofásico de fluoroapatite foi obtido como descrito anteriormente.

As análises com Espectroscopia Infravermelha e Difracção a Raios X (XRD) das amostras indicaram a presença unicamente da fluoroapatite; analogamente ao caso da cloroapatite, havia uma troca completa do ião hidróxido, neste caso com o ião fluoreto.

As análises elementares (Tabela 2) mostraram um aumento notável da concentração do fluoreto; este dado é em acordo com a detecção da fluoroapatite nas análises XRD e Espectroscopia Infravermelha. A concentração do sódio também aumentou; apesar disso, nenhum outro composto a base de sódio foi detectado neste material. A concentração do cloreto diminui; foi inferior ao limite de detecção da técnica . Tabela 2: Análise elementar

Teste de biocompatibilidade

As amostras testadas foram amostras do material bifásico HAp : FC e da HAp pura calcinadas a temperaturas de 900, 1000, 1100 e 1250^°C.

Nenhuma amostra se revelou tóxica nem causaram a morte das células monitoradas. No entanto, foram encontradas algumas diferenças entre as amostras calcinadas a 900 e 1000°C e aquelas calcinadas a 1100 e 1250°C. No primeiro caso, as células internalizaram as partículas de pó, devido ao tamanho menor das partículas; a internalização impediu o crescimento das células. Por conseguinte a quantidade de células manteve-se constante. No secundo caso, tendo as partículas tamanho superior, não havia internalização mas crescimento das células.

Na figura 1 é visível como em todas as amostras o crescimento celular é comparável ao crescimento observado com a amostra de controlo.

Na figura 2 também não há diferenças significativas entre as amostras e o controlo.

Estes dados confirmam a boa biocompatibilidade destes materiais e a possibilidade de os utilizar como biomateriais . Material multifásico hidroxiapatite - fosfato de cálcio - bióxido de titânio

0 material multifásico hidroxiapatite - fosfato de cálcio - bióxido de titânio foi preparado como descrito anteriormente .

As análises com espectroscopia Raman indicam claramente a presença destas 3 fases. As proporções de cada fase foram determinadas com Difracção de Raios X (XRD) , e são respectivamente HAp:FC:Ti0₂ 48.5:48.5:3.

Teste da actividade fotocatalitica

A actividade fotocatalitica foi testada numa solução de Azul de Metileno (AM) , em presença de luz ultravioleta (lâmpada UV, λ = 365 nm) e luz branca (lâmpada empregada em hospitais, tipo D, 18 W) . A concentração e degradação do AM foram observadas ao longo do tempo com medida de espectroscopia UV-vis do AM.

Os resultados destes testes são reportados na Figura 3. Vê- se como a amostra multifásica HAP:FC:Ti02 degrada completamente o MB em 4 horas em presença de luz ultravioleta (Figura 3a) . A mesma amostra, em presença de luz branca, degrada cerca o 60% do MB (Figura 3b) .

A amostra de hidroxiapatite pura, preparada com tratamento com acetato de cálcio, como descrito em precedência degrada o 85% do MB em presença de luz ultravioleta em 8 horas (Figura 3c) .

Hidroxiapatite com bactérias imobilizadas na superfície

Pastilhas de hidroxiapatite com bactéria imobilizada na superfície foram preparadas como descrito anteriormente. A presença das bactérias foi confirmada com análises SEM, mostradas na figura 4. As micrografias mostram uma camada uniforme de continua das bactérias na superfície da hidroxiapatite .

Teste de actividade de remoção dos metais pesados

As pastilhas de hidroxiapatite com bactérias imobilizadas na superfície foram utilizadas em testes de remoção de zinco (II) e cádmio (II) .

Soluções de zinco e cádmio foram preparadas em concentrações entre 10 e 1500 mg/l a partir dos sais de cloreto (ZnCl₂ e CdCl₂) .

Os testes de remoção foram feitos colocando uma pastilha em 10 ml de solução de zinco (II) ou cádmio (II) num frasco de volume total de 100 ml. A solução com pastilha foi agitada a 150 rpm e 30°C para 24 horas; ao fim da experiência a quantidade de metal pesado foi medida por Espectroscopia de Absorção Atómica com atomização de chama.

A Figura 5 mostra os resultados destas experiências, no caso do zinco (a) e cádmio (b) , usando hidroxiapatite não modificada (ou seja sem bactérias imobilizadas) e hidroxiapatite com as várias bactérias imobilizadas na superfície. Vê-se que a hidroxiapatite mesmo sem modificação tem uma boa capacidade de remoção de ambos os metais. Esta capacidade aumenta por imobilização das bactérias, ocorrendo um efeito sinérgico entre e hidroxiapatite e as bactérias.

A maior eficiência na remoção dos metais é confirmada pelos valores das capacidades máximas de adsorção X_m (Tabela 3) . Tabela 3: valores das capacidades máximas de adsorção X]

A presente invenção não é, naturalmente, de modo algum restrito às realizações descritas neste documento e uma pessoa com conhecimentos médios da área poderá prever muitas possibilidades de modificação da mesma sem se afastar da ideia geral da invenção, tal como definido nas reivindicações .

As realizações preferenciais acima descritas são obviamente combináveis entre si. As seguintes reivindicações definem adicionalmente realizações preferenciais da presente invenção .

Claims

R E I V I N D I C A Ç Õ E S

1. Composição à base de apatite em que as apatites são isoladas a partir de uma fonte natural compreendendo os seguintes elementos:

• 30-40% (m/m) de cálcio;

• 10-20% (m/m) de fósforo;

• 35-45% (m/m) de oxigénio;

• 0-15% (m/m) de cloro;

• 0-5% (m/m) de flúor;

• 0-5% (m/m) de sódio;

• 0-5% (m/m) de titânio;

• 3-25% (m/m) de outros elementos minerais.

2. Composição de acordo com a reivindicação anterior em que a fonte natural ser espinhas de bacalhau.

3. Composição de acordo com a reivindicação anterior em que a apatite ser hidroxiapatite, cloroapatite ou fluroapatite .

4. Composição de acordo com a reivindicação anterior em que a hidroxiapatite é uma hidroxiapatite bifásica.

5. Método de obtenção de composições à base de apatite naturais que compreendem a calcinação das espinhas de bacalhau a 600°C - 1300°C, numa rampa de aquecimento 5°C/min durante 1 hora.

6. Método de acordo com a reivindicação anterior em que a temperatura de calcinação varia entre 950 °C-1250 °C .

7. Método de acordo com a reivindicação anterior em que a temperatura de calcinação varia entre 800 °C-1250 °C .

8. Método de acordo com as reivindicações 5-7 que compreende um passo adicional de alcalinização por meio da adição de um agente alcalinizante .

9. Método de acordo com a reivindicação anterior em que o agente alcalinizante é o hidróxido de amónio.

10. Método de acordo com as reivindicações 5-9 em que as referidas espinhas de bacalhau são previamente cozidas numa solução salina por um período que varia entre 5-30 horas.

11. Método de acordo com a reivindicação 10 em que o tempo de cozedura varia entre 3h-6h.

12. Método de acordo com a reivindicação 10 em que o tempo de cozedura varia entre 6h-16h.

13. Método de acordo com a reivindicação 10 em que o tempo de cozedura varia entre 16h-24h.

14. Método de acordo com as reivindicações 10-13 anterior em que o sal da referida solução salina ser seleccionado dentro do seguinte grupo: cloreto de cálcio, acetato de cálcio, fluoreto de sódio, sulfato de titânio ( IV) .

15. Método de acordo com as reivindicações 10-14 em que o rácio mol/mol da solução salina/hidroxiapatite nas espinhas de bacalhau é de 5:1 ou 10:1 ou 15:1 ou 80:1.

16. Método de acordo com as reivindicações 5 - 15 em que compreender:

• compactação do pó obtido;

• segunda calcinação nas condições descritas na reivindicação 3, de preferência a 600°C.

Método de acordo com a reivindicação anterior que ompreender adicionalmente os passos de:

• Compactar o pó obtido após a segunda calcinação ;

• Esterilizar o referido pó compactado em estufa durante 24 horas;

• colocar o referido do pó compactado e esterilizado em contacto com uma solução de bactérias em fase estacionária durante 1 hora em agitação;

• secar a mistura anterior a 20-30°C durante 72-120 horas, de preferência 96 horas .

Composições de acordo com as reivindicações 1-4 e composições obteníveis a partir dos métodos descritos nas reivindicações 5-17 para o uso como biomaterial.

19. Composições de acordo com a reivindicação anterior para o uso em medicina ou como medicamento.

20. Composições de acordo com a reivindicação anterior, para o tratamento de problemas ortopédicos, nomeadamente fracturas ou problemas dentários.

21. Composições de acordo com a reivindicação anterior, para o uso como implantes ósseos, implantes dentários, revestimento de próteses/implantes ou cimentos ósseos.

22. Matérias que compreendem as composições descritas em qualquer uma das reivindicações anteriores.

23. Uso das composições descritas em qualquer uma das reivindicações anteriores para a remoção de metais pesados, eliminação de poluentes orgânicos.