Estudio mineralización de carbonato de calcio usando como matriz quitosano y mezclas de quitosano con polímeros sintéticos hidrosolubles

Abstract

La biomineralización es la capacidad que tienen los organismos vivos en producir minerales. Dentro de los minerales, el carbonato de calcio (CaCO3) es el principal material inorgánico en estos sistemas biomineralizados. Si bien la mayoría de los organismos vivos no forman depósitos minerales, se ha encontrado que algunas proteínas y algunos biopolímeros actúan como un soporte orgánico que facilita la nucleación y crecimiento de cristales de carbonato de calcio. En este trabajo se estudió la cristalización del carbonato de calcio (CaCO3) mediante el proceso de biomineralización in vitro, usando como matriz el biopolímero quitosano y/o mezclas de quitosano con polímeros sintéticos hidrosolubles como el poliacrilamida y/o polivinilpirrolidona y el acetato de calcio como fuente de calcio. Los experimentos de cristalización fueron llevados a cabo en un reactor de difusión lenta de CO2, en donde las muestras fueron colocadas en placas de Petri y en presencia de carbonato de amonio (NH4CO3) la cual genera una atmósfera saturada de CO2 por descomposición. Las cristalizaciones fueron llevadas a cabo en periodos de 2, 4, 6, 8, 24 y 48 hrs a 20ºC, en donde después de haber completado los periodos de mineralización, las muestras son removidas del reactor para secarlas a temperatura ambiente hasta obtener un film de peso constante. En los estudios de cristalización se encontraron diferentes morfologías y polimorfos dependiendo de la composición de la mezcla y tiempo de cristalización. Se detectó la presencia predominante de calcita el polimorfo más estable de CaCO3 mediante difracción de rayos X (DRX). Sin embargo, se detectó también la presencia de aragonita, el polimorfo menos estable que la calcita. La presencia de calcita y aragonita fue confirmado mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Este último nos permitió además observar la morfología de las diferentes estructuras cristalinas obtenidas en los ensayos de cristalización de CaCO3.

The biomineralization is the capacity that live organisms have to produce minerals. Within minerals, the calcium carbonate (CaCO3) is the principal inorganic material in these biomineralizated systems. although the majority of the live organisms do not form mineral deposits, but some proteins and biopolymers act as an organic support that facilitates the nucleation and growth of crystals of calcium carbonate, which has given origin to an intense activity in this area, essentially in studies of the crystallization orientated by means of organic and biological macromolecules. In this work the crystallization of calcium carbonate (CaCO3) was studied by means of biomineralization in vitru and using chitosan and/or mixtures of chitosan with water soluble synthetic polymers such as polyacrylamide and poly (viny pyrrolidone) as matrix and sodium acetate as calcium source. The crystallization experiments were carried out in a reactor for slow diffusion of CO2, where the samples were placed in Petri-dishes and were then introduced inside the reactor in the presence of ammonium carbonate (NH4CO3), which provides a saturated atmosphere of CO2. The crystallizations were carried out in periods of 2-4-6-8-24-48 hr and 20ºC, where after having completed the periods of crystallization, the samples were removed from the reactor and were then left to dry at room temperature until obtaining a transparent film. The mineralization of calcium carbonate (CaCO3) was studied using different concentrations of physical mixtures of polyacrylamide, Poly (vinylpyrrolidone) and of calcium acetate, where different morphologies were found depending on the composition of the mixture. The measurements of X-ray diffraction (XRD) detected the predominant presence of calcite as predominant crystalline form of CaCO3. Other polymorphic structure of calcium carbonate, such as aragonite, was also detected. The presence of these polymorphs was shown by means of scanning electron microscopy (SEM), where in addition allowed us to observe the morphology of each one of the forms and polymorphs of the calcium carbonate obtained in this work.