Carbonate de calcium Le carbonate de calcium est un matériau chimique important, riche en ressources. Sa production est simple et ses performances excellentes. Il est largement utilisé dans le caoutchouc, l'encre, la médecine et l'alimentation. Son utilisation est encore plus répandue dans le domaine médical. Le carbonate de calcium est un excellent additif et complément calcique. Les compléments à base de calcium offrent une teneur et une absorption élevées en calcium, ainsi qu'une biodisponibilité élevée. Le carbonate de calcium de qualité pharmaceutique sert de charge et de base. Il est également utilisé pour préparer des milieux de fermentation. Il apporte du calcium et stabilise le pH pendant la fermentation. Il agit ainsi comme un tampon essentiel dans les bioprocédés. Le carbonate de calcium est notamment aujourd'hui utilisé comme biomatériau. Il permet de fabriquer des vecteurs intelligents pour l'administration de gènes, d'enzymes et de médicaments. carbonate de calcium vatérite, un polymorphe rare et métastable de CaCO₃, a suscité une attention croissante pour ses propriétés uniques.
Microsphères de carbonate de calcium vatérite
Le carbonate de calcium se présente principalement sous trois formes cristallines : la calcite, l’aragonite et la vatérite. La vatérite est un cristal orthorhombique présentant de légères différences structurelles avec la calcite. Sa maille élémentaire contient des ions carbonate et calcium disposés de manière symétrique et ordonnée. Cette structure confère à la vatérite sa forme sphérique caractéristique. Le carbonate de calcium vatérite est rare dans la nature. Il se présente généralement sous forme de sphères polycristallines composées de microcristaux de taille nanométrique. En revanche, la calcite et l’aragonite sont généralement des monocristaux. La vatérite se présente également sous forme de disque, de paillettes, d’hexagone et de lentille. La forme sphérique de la vatérite est considérée comme la plus prometteuse pour les applications.
Parmi les trois formes cristallines courantes du carbonate de calcium, la calcite est la plus stable thermodynamiquement. L'aragonite est moyennement stable, tandis que la vatérite est très instable.
En solution aqueuse, la vatérite se transforme facilement en calcite ou en aragonite.
Cependant, certains additifs peuvent stabiliser la vatérite dans des conditions spécifiques. Ces substances ralentissent sa transformation en formes cristallines plus stables.
Des études montrent que les conditions de synthèse influencent la forme cristalline du carbonate de calcium. Les additifs et les méthodes de post-traitement influencent également sa structure. Ainsi, les microsphères de carbonate de calcium peuvent obtenir des formes cristallines contrôlables.
En ajustant la température, le pH et le temps, la synthèse sélective devient possible. L'analyse de la formation de la vatérite et de la structure cellulaire unitaire permet de contrôler ses propriétés. Cela permet une régulation précise de la morphologie, de la taille et des caractéristiques physiques.
Comparée à d'autres formes, la vatérite présente également des propriétés fondamentales telles qu'une faible densité et une stabilité chimique. Elle est blanche, inodore, décomposable en milieu acide et chimiquement stable. De plus, la vatérite présente une structure interne creuse ou poreuse. Elle conserve une granulométrie uniforme et des dimensions à l'échelle micro-nano. De plus, elle présente une forte hydrophilie et une grande surface spécifique.
Sa dissolution et sa dispersion sont également supérieures à celles des autres formes. De plus, elle offre une excellente biocompatibilité et une excellente sécurité. Sa bonne dégradabilité et sa forte capacité de changement de phase sont remarquables. La vatérite présente notamment une distribution particulaire sphérique. Elle est donc très prometteuse comme vecteur de médicaments inorganiques.
Méthode de synthèse de microsphères poreuses de carbonate de calcium vatérite
coprécipitation
La coprécipitation est une méthode courante et économique de synthèse du carbonate de calcium. L'ajout d'une source de carbonate, comme le bicarbonate de sodium, à une solution de chlorure de calcium ou d'hydroxyde de calcium permet la précipitation. Cette méthode est simple d'utilisation et peu coûteuse. Elle convient donc à la production de carbonate de calcium à grande échelle.
Synthèse hydrothermale
La méthode hydrothermale repose sur des solutions à haute température et haute pression. Dans ces conditions, la solution présente une solubilité, une diffusivité et une activité ionique élevées. Cette méthode est pratique et efficace pour la synthèse du carbonate de calcium. En ajustant les conditions et la durée de la réaction, elle permet de contrôler la forme, la taille et la morphologie des cristaux. Elle offre une excellente capacité de contrôle cristallin. Ainsi, elle produit du carbonate de calcium bien cristallisé aux formes spécifiques.
Méthode de microémulsion
La microémulsion, également appelée nanoémulsion, est principalement utilisée pour synthétiser des nanoparticules. La coprécipitation en solution consiste à mélanger deux ou plusieurs précurseurs en phase huileuse. Ces précurseurs réagissent simultanément pour précipiter et former du carbonate de calcium. Cette méthode favorise efficacement la synthèse contrôlée de nanoparticules.
Biominéralisation
La biominéralisation fait référence à la formation de minéraux inorganiques par des processus biologiques.
Étude sur les microsphères poreuses de carbonate de calcium vatérite comme vecteurs de médicaments
Les micro/nanoparticules de CaCO3 peuvent être utilisées pour la libération contrôlée de médicaments hydrophiles ou hydrophobes. Grâce à sa dégradation lente dans l'organisme, le CaCO3 constitue un système d'administration médicamenteuse à action prolongée. Les particules colloïdales PEI-CO2@CaCO3, sensibles au pH, permettent aux groupes réactionnels des nanoparticules de carbonate de calcium vatérite de se lier aux molécules ciblées dans les cellules tumorales. Cela facilite le transport du médicament et contribue à inhiber la croissance tumorale.
La morphologie poreuse et la structure interne développée de la vatérite lui permettent d'accueillir divers types de molécules. Ces particules capturent efficacement les substances bioactives, notamment les petites molécules et les macromolécules. Lors de la formation des particules, ces substances pénètrent dans les pores par adsorption physique (diffusion) ou coprécipitation (co-synthèse). Les microsphères de carbonate de calcium de vatérite, dont la granulométrie et la sensibilité au pH sont ajustables, sont idéales pour l'administration de médicaments et de gènes.
Conclusion
Actuellement, le carbonate de calcium est principalement utilisé comme vecteur de médicaments pour les médicaments oraux, les traitements contre le cancer, les médicaments topiques, les matériaux de réparation osseuse et le transfert de gènes. Bien que le carbonate de calcium vatérite soit une forme cristalline thermodynamique métastable et inexistante dans la nature, il offre des avantages uniques. Grâce à sa morphologie poreuse, sa grande surface spécifique, sa bonne perméabilité et sa biocompatibilité, la vatérite est biodégradable et non toxique pour les cellules normales. De ce fait, son potentiel est énorme dans les domaines biomédicaux, tels que les vecteurs à libération contrôlée de médicaments et les vecteurs de thérapie génique. Cela a suscité une attention et des recherches croissantes dans ces domaines.
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