Estudio de prótesis producidas por fabricación aditiva con recubrimientos superficiales funcionales

Abstract

El objetivo general de este trabajo es una investigación documental sobre los materiales, técnicas y resultados obtenidos de la modificación superficial de sustratos impresos en PEEK u otros materiales obtenibles mediante fabricación aditiva para su aplicación en medicina. En el presente trabajo se han expuesto las principales técnicas de modificación superficial y deposición de capas delgadas, así como los principales biomateriales y el cometido que cumplen en las distintas aplicaciones de los implantes médicos. Además, se han analizado, comparado y discutido un total de 38 estudios, consistiendo estos en revisiones, tesis doctorales, estudios clínicos, in vivo, in vitro e in silico. Para ello, se han revisado publicaciones científicas indexadas en las bases de datos de Google Scholar, Pubmed y Cochrane Library. Los criterios de inclusión han sido aquellos artículos científicos que tratan sobre recubrimientos en implantes que se pueden obtener mediante fabricación aditiva. Los resultados de la búsqueda bibliográfica indican que, en términos de osteointegración, materiales como el Ti, el TiO2, el DLC (diamond-like-carbon), el Au, el Si3N4 y en especial la HA (Hidroxiapatita), presentan buenas propiedades osteointegradoras al ser depositados sobre materiales imprimibles en 3D como el PEEK; mientras que las técnicas IBAD (ion beam assisted deposition), spray de plasma y dip coating arrojan buenos resultados en términos de adherencia para HA y Ti sobre PEEK. También se observa en los estudios que la capacidad de adhesión celular aumenta con la rugosidad superficial, por lo que la modificación superficial del PEEK mediante tratamiento con plasmas o sulfonación favorece también la osteointegración de los implantes. Con respecto a las características biotribológicas de los recubrimientos en PEEK, biomateriales como el DLC, el GLC (graphite-like-carbon) y el UHMWPE (ultra hight molecular weight polyetilene) presentan buena resistencia a la fatiga y a la abrasión, jugando un papel fundamental los patrones texturales de la superficie resultante en el rendimiento tribológico y la temperatura del sustrato durante la deposición en la adherencia del recubrimiento. Finalmente, se ha observado que la presencia de iones de plata en recubrimientos de PEEK y otros materiales reduce el riesgo de infección bacteriana, pero interfiere con la capacidad de adhesión y proliferación celular, por lo que ha de aplicarse en recubrimientos inteligentes o en casos donde la infección bacteriana presente un riesgo alto. Tras la revisión de la bibliografía, se proponen distintas técnicas y materiales a estudiar en futuros experimentos. Para recubrimientos osteointegradores se proponen como materiales la HA, el Ti y el TiO2, depositados respectivamente mediante spray de plasma, sputtering y HiPIMS (High Power Pulsed Magnetron Sputtering). La elección de la técnica para cada material se basa en las características intrínsecas de los mismos, la fuerte adherencia inherente a este tipo de técnicas y la rugosidad final de las capas. Por otro lado, para recubrimientos con fines tribológicos se propone como material el UHMWPE (Ultra Hight Molecular weight polyetilene), por su extendido uso en prótesis articulares, y se hace especial hincapié en el uso de patrones texturales que mejoren el desempeño tribológico. Por otro lado, es de especial interés el estudio de las distintas técnicas para depositar nitruros y carburos en PEEK y PEEK-3D, ya que no se tiene constancia en este trabajo de estudios al respecto.