Imparando dalle meteoriti per migliorare le protesi ossee
La prima caratterizzazione completa del minerale whitlockite è stata effettuata usando la diffrazione da neutroni all’ISIS (U.K.), la diffrazione da raggi X, la microsonda elettronica, e la spettroscopia infrarossa.
La whitlockite, la cui formula ideale è Ca9Mg(PO4)6[PO3(OH)], è un raro fosfato di calcio presente in rocce granitiche. La si ritrova anche all’interno delle meteoriti condriti, insieme al suo analogo de-idrogenato, il minerale merrillite (la più importate fonte di fosforo fosfato nel Sistema Solare), il che la rende una fase naturale ampiamente studiata nelle scienze planetarie.
Ma non sono solo gli scienziati dello spazio che trovano la whitlockite interessante: questo minerale è la controparte naturale del biomateriale sintetico tricalcio fosfato (TCP), formula chimica Ca3(PO4)2, largamente utilizzato in ortopedia e in odontoiatria sotto forma di cementi, impianti e rivestimenti.
Tramite lo studio strutturale di questi materiali naturali, gli scienziati possono migliorare i loro analoghi sintetici, per meglio adattare la funzione attesa nelle applicazioni biomediche. In particolare, il TCP è una alternativa alla idrossiapatite sintetica, Ca5(PO4)3OH, che è molto simile alla componente minerale delle ossa e dei denti umani, ma che risulta essere alquanto fragile in alcune applicazioni biomediche, come negli impianti di protesi.
Le protesi sono anche a rischio di rigetto da parte del corpo. Le informazioni raccolte dallo studio dei materiali naturali possono essere usate per modificare i materiali sintetici in modo da ridurre la fragilità e il rischio di rigetto, e quindi migliorando le loro prestazioni generali.
Quando la whitlockite è stata caratterizzata per la prima volta nel 1972, le tecniche sperimentali non erano ad uno standard tale da permettere dati estremamente accurati. Questo studio, pubblicato in Crystals, è il primo ad analizzare la struttura con la massima accuratezza, usando la capacità unica della diffrazione da neutroni per localizzare l’atomo di idrogeno all’interno del minerale.
Un campione di minerale dalla Palermo Cave (USA) è stato spedito alla facility del cristallo singolo (SXD) all’ISIS, dopo una analisi preliminare con la diffrazione da raggi X. Queste misure hanno permesso il completamento dello studio strutturale definendo il network dei legami idrogeno all’interno del minerale. Il campione è stato anche studiato tramite analisi alla microsonda elettronica per confermare il contenuto chimico, e per la prima volta su questo minerale, tramite spettroscopia infrarossa a complemento dei risultati della diffrazione.
Ulteriori informazioni:
L’articolo è reperibile online al DOI: https://www.mdpi.com/2073-4352/11/3/225
E presso ISIS Neutron and Muon Source UK : https://www.isis.stfc.ac.uk/Pages/SH21_Meteorites_BoneReplacements.aspx?utm_source=Users&utm_medium=Users%20Email&utm_campaign=User%20Science%20Highlight
Struttura della whitlockite: rappresentazione del gruppo (T(1)O3OH) disordinato lungo l’asse c; dettaglio del legame idrogeno O10-H10…O1; e coordinazione dell’atomo O1.