Los vidrios bioactivos se han sintetizado mediante métodos como la fusión convencional , el temple , el proceso sol-gel , la síntesis a la llama y la irradiación por microondas . La síntesis de biovidrio ha sido revisada por varios grupos, siendo la síntesis sol-gel uno de los métodos más utilizados para producir compuestos de biovidrio, en particular para aplicaciones de ingeniería de tejidos . Se han desarrollado otros métodos de síntesis de biovidrio, como la síntesis a la llama y a las microondas, aunque son menos frecuentes en la investigación.
El primer vidrio bioactivo , desarrollado por Larry Hench en 1969, se produjo fundiendo una mezcla de precursores de óxido relacionados a temperaturas relativamente altas. Este vidrio bioactivo original, llamado Bioglass, se derivó de la fusión con una composición de 46,1 mol % de SiO 2 , 24,4 mol % de Na 2 O , 26,9 mol % de CaO y 2,6 mol % de P 2 O 5 . La selección de la composición del vidrio para aplicaciones específicas a menudo se basa en una comprensión integral de cómo cada componente principal influye en las propiedades del vidrio, considerando tanto su uso final como su proceso de fabricación. A pesar de la amplia investigación realizada durante los últimos 40 años, solo se ha aprobado un número limitado de composiciones de vidrio para uso clínico. Entre estos, las dos composiciones derivadas de la fusión aprobadas por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) —45S5 y S53P4— consisten en cuatro óxidos: SiO 2 , Na 2 O , CaO y P 2 O 5 . [1] [2] En general, se puede disolver una gran cantidad de elementos en los vidrios. Se ha informado sobre el efecto de Al 2 O 3 , B 2 O 3 , Fe 2 O 3 , MgO , [3] SrO , [4] BaO , ZnO , Li 2 O , K 2 O , CaF 2 [5] y TiO 2 en las propiedades in vitro o in vivo de ciertas composiciones de vidrios bioactivos. [6] [7] [8] [9] [10] [ citas excesivas ] Sin embargo, no se comprende completamente la influencia de la composición en las propiedades y la compatibilidad de los vidrios bioactivos y biodegradables . [ cita requerida ]
Los andamios fabricados mediante la técnica de temple por fusión tienen mucha menos porosidad , lo que causa problemas con la curación y la integración tisular durante las pruebas in vivo. [ cita requerida ]
El proceso sol-gel tiene una larga historia en la síntesis de sistemas de silicato y otros óxidos y se ha convertido en un campo ampliamente investigado con una relevancia tecnológica significativa. Este proceso se utiliza para la fabricación de películas delgadas, recubrimientos, nanopartículas y fibras. La tecnología de procesamiento sol-gel a bajas temperaturas, una alternativa al procesamiento tradicional de vidrios fundidos, implica la síntesis de una solución (sol), típicamente compuesta de precursores metalorgánicos y de sales metálicas . A esto le sigue la formación de un gel a través de una reacción química o agregación y, finalmente, un tratamiento térmico para el secado, la eliminación orgánica y, a veces, la cristalización y el tratamiento de enfriamiento. La síntesis de vidrios bioactivos de silicato específicos utilizando la técnica sol-gel a bajas temperaturas, empleando alcóxidos metálicos como precursores, fue demostrada en 1991 por Li et al. [11] Los precursores típicos para la síntesis de vidrio bioactivo incluyen tetraetil ortosilicato , nitrato de calcio y trietil fosfato . Tras las reacciones de hidrólisis y policondensación , se forma un gel, que luego se calcina a 600–700 °C para formar el vidrio. Los productos derivados de sol-gel, como películas delgadas o partículas, son altamente porosos y presentan una gran área de superficie específica . Investigaciones recientes de Hong et al. se han centrado en la fabricación de nanopartículas de vidrio de silicato bioactivo mediante una combinación de la ruta sol-gel y el método de coprecipitación . [12] En este proceso, la mezcla de precursores se hidroliza en un entorno ácido, se condensa en una condición alcalina y luego se somete a liofilización . La morfología y el tamaño de las nanopartículas de vidrio bioactivo se pueden adaptar variando las condiciones de producción y la proporción de alimentación de los reactivos . [ cita requerida ]
Se pueden incorporar diferentes iones a los vidrios bioactivos, incluidos zinc , magnesio , circonio , titanio , boro y plata , para mejorar la funcionalidad y la bioactividad. Sin embargo, sintetizar vidrios bioactivos a escala nanométrica con estos iones puede ser un desafío. Recientemente, Delben et al. desarrollaron un vidrio bioactivo derivado de sol-gel dopado con plata, informando que el número de enlaces Si-O-Si aumentó con mayores concentraciones de plata, lo que resultó en una densificación estructural. [13] También se observó que la cristalización de cuarzo y plata metálica aumentó con un mayor contenido de plata, mientras que la cristalización de hidroxiapatita disminuyó.
La técnica sol-gel es ampliamente reconocida por su versatilidad en la síntesis de materiales inorgánicos y ha demostrado ser adecuada para producir diversos vidrios bioactivos. Sin embargo, está limitada en el rango de composiciones que se pueden producir. El contenido residual de agua o solvente puede complicar su aplicación en campos biomédicos , requiriendo calcinación a alta temperatura para eliminar los restos orgánicos. Además, el procesamiento sol-gel requiere mucho tiempo y, al ser un proceso por lotes, puede resultar en variaciones de lote a lote. [14]
A partir de 2006, los investigadores han desarrollado métodos alternativos para sintetizar biovidrio; estos métodos incluyen la síntesis por llama y la síntesis por microondas. La síntesis por llama funciona horneando los polvos directamente en un reactor de llama. [15] La síntesis por microondas es un método rápido y de bajo costo en el que los precursores se disuelven en agua, se transfieren a un baño ultrasónico y luego se irradian. [16]