Carbonato de calcio Es un importante material químico con abundantes recursos. Se caracteriza por su producción sencilla y un excelente rendimiento. Se utiliza ampliamente en caucho, tintas, medicamentos y alimentos. En el campo médico, su uso es aún más amplio. El carbonato de calcio es un excelente aditivo y suplemento de calcio. Los suplementos a base de calcio ofrecen un alto contenido y absorción de calcio, además de una alta biodisponibilidad. El carbonato de calcio de grado farmacéutico sirve como relleno y base. También se utiliza para preparar medios de fermentación. Aporta calcio y estabiliza el pH durante la fermentación. Por lo tanto, actúa como un amortiguador esencial en los bioprocesos. Cabe destacar que el carbonato de calcio se utiliza actualmente como biomaterial. Construye transportadores inteligentes para la administración de genes, enzimas y fármacos. Carbonato de calcio vaterita, un polimorfo raro y metaestable de CaCO₃, ha ganado una creciente atención por sus propiedades únicas.
Microesferas de carbonato de calcio vaterita
El carbonato de calcio presenta principalmente tres formas cristalinas: calcita, aragonito y vaterita. La vaterita es un cristal ortorrómbico con ligeras diferencias estructurales con respecto a la calcita. Su celda unitaria contiene iones de carbonato y calcio en una disposición simétrica y ordenada. Esta estructura le confiere a la vaterita su característica forma esférica. El carbonato de calcio vaterita es poco común en la naturaleza. Generalmente se presenta como esferas policristalinas compuestas por microcristales de tamaño nanométrico. En contraste, la calcita y el aragonito suelen ser monocristales. La vaterita también se presenta en forma de disco, escama, hexagonal y lenticular. La forma esférica de la vaterita se considera la más prometedora para sus aplicaciones.
Entre las tres formas cristalinas comunes del carbonato de calcio, la calcita es la más estable termodinámicamente. La aragonita presenta una estabilidad moderada, mientras que la vaterita presenta una alta inestabilidad.
En solución acuosa, la vaterita se transforma fácilmente en calcita o aragonito.
Sin embargo, ciertos aditivos pueden estabilizar la vaterita en condiciones específicas. Estas sustancias ralentizan su transformación en formas cristalinas más estables.
Los estudios demuestran que las condiciones de síntesis afectan la forma cristalina del carbonato de calcio. Los aditivos y los métodos de postratamiento también influyen en su estructura. Por lo tanto, las microesferas de carbonato de calcio pueden alcanzar formas cristalinas controlables.
Ajustando la temperatura, el pH y el tiempo, se posibilita la síntesis selectiva. El análisis de la formación de vateritas y la estructura de las celdas unitarias ayuda a controlar sus propiedades. Esto permite una regulación precisa de la morfología, el tamaño y las características físicas.
En comparación con otras formas, la vaterita también presenta propiedades básicas como baja densidad y estabilidad química. Es blanca, inodora, descomponible en ácidos y químicamente estable. Además, presenta una estructura interna hueca o porosa. Mantiene un tamaño de partícula uniforme y dimensiones a escala micro-nanométrica. Además, presenta alta hidrofilicidad y una gran superficie.
También se disuelve y dispersa mejor que otras formas. Además, ofrece una excelente biocompatibilidad y un alto nivel de seguridad. Destacan su buena degradabilidad y su gran capacidad de cambio de fase. Cabe destacar que la vaterita presenta una distribución esférica de partículas. Por lo tanto, es muy prometedora como transportador de fármacos inorgánicos.
Método de síntesis de microesferas de carbonato de calcio vaterita porosa
Coprecipitación
El método de coprecipitación es una forma común y rentable de sintetizar carbonato de calcio. Al añadir una fuente de carbonato, como el bicarbonato de sodio, a una solución de cloruro de calcio o hidróxido de calcio, se produce la precipitación. Este método ofrece una operación sencilla y un bajo costo. Por lo tanto, es adecuado para la producción a gran escala de carbonato de calcio.
Síntesis hidrotermal
El método hidrotermal se basa en entornos de solución a alta temperatura y alta presión. En estas condiciones, la solución presenta alta solubilidad, difusividad y actividad iónica. Este método es conveniente y eficaz para sintetizar carbonato de calcio. Mediante el ajuste de las condiciones y el tiempo de reacción, controla la forma, el tamaño y la morfología de los cristales. Ofrece una excelente capacidad de control de cristales. Por lo tanto, produce carbonato de calcio bien cristalizado con formas específicas.
Método de microemulsión
La microemulsión, también conocida como nanoemulsión, se utiliza principalmente para sintetizar nanopartículas. El método de coprecipitación en solución mezcla dos o más precursores de la fase oleosa. Estos precursores reaccionan simultáneamente para precipitar y formar carbonato de calcio. Este método facilita eficazmente la síntesis controlada de nanopartículas.
Biomineralización
La biomineralización se refiere a la formación de minerales inorgánicos a través de procesos biológicos.
Estudio sobre microesferas de carbonato de calcio vaterita porosa como portadores de fármacos
Las micro/nanopartículas de CaCO₃ pueden utilizarse para la liberación controlada de fármacos hidrofílicos o hidrofóbicos. Debido a la lenta degradación del CaCO₃ en el cuerpo humano, sirve como un sistema de administración de fármacos de larga duración. Las partículas coloidales de PEI-CO₂@CaCO₃ sensibles al pH permiten que los grupos de reacción de las nanopartículas de carbonato de calcio de vaterita se unan a las moléculas diana en las células tumorales. Esto facilita el transporte de fármacos y ayuda a inhibir el crecimiento tumoral.
La morfología porosa y la estructura interna desarrollada de la vaterita le permiten alojar diversos tipos de moléculas. Estas partículas capturan eficazmente sustancias bioactivas, incluyendo moléculas pequeñas y macromoléculas. Durante la formación de partículas, estas sustancias penetran en los poros mediante adsorción física (difusión) o coprecipitación (cosíntesis). Las microesferas de carbonato de calcio de vaterita, con tamaño de partícula y sensibilidad al pH ajustables, son ideales para la administración de fármacos y genes.
Conclusión
Actualmente, el carbonato de calcio se utiliza principalmente como portador de fármacos para medicamentos orales, tratamientos oncológicos, fármacos tópicos, materiales de reparación ósea y administración génica. Si bien el carbonato de calcio vaterita es una forma cristalina termodinámica metaestable y no se encuentra en la naturaleza, ofrece ventajas únicas. Gracias a su morfología porosa, alta superficie, buena permeabilidad y biocompatibilidad, la vaterita es biodegradable y no es tóxica para las células normales. Por ello, presenta un enorme potencial en campos biomédicos, como los portadores de liberación controlada de fármacos y los portadores para terapia génica. Esto ha generado un creciente interés e investigación en estas áreas.
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