Deposición sol-gel de hidroxiapatita bioactiva sobre titanio poroso

Abstract

Introducción: el titanio y algunas de sus aleaciones son considerados la mejor opción para fabricar implantes permanentes, debido a sus excelentes propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión en el ambiente fisiológico, además de su buena biocompatibilidad y osteointegración. Objetivo: solucionar algunas de las limitaciones más significativas de los implantes de titanio: fenómenos de fatiga y falla de la biointerfase. Métodos: muestras de titanio qp grado IV con porosidad de 250-355 μm, fueron obtenidas por la técnica de space-holder (50 % vol. NH4HCO 3, 800 MPa y 1250 ºC durante 2 h en alto vacío), produciéndose buen balance entre rigidez y resistencia mecánica del material. Detrás los sustratos de titanio poroso fueron recubiertos con hidroxiapatita obtenida vía sol-gel, por inmersión, secadas a 80 ºC y tratadas térmicamente a 450 ºC durante 5 h en vacío. La formación de fase, morfología de la superficie, microestructura interfacial, capacidad de infiltración y sección transversal de los recubrimientos, fue investigada por diferentes métodos de análisis químicofísico Resultados: los análisis de espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier y difracción de rayos X mostraron la cristalinidad de la fase y la homogeneidad en la composición química del recubrimiento. La evaluación micromecánica y adherencia del recubrimiento (curvas de P-h y resistencia al rayado) demostraron una buena adherencia del recubrimiento al sustrato metálico. El recubrimiento fue poroso sin evidencia de formación de grietas. Estos poros aparecen interconectados formando una red continua, característica morfológica que es una ventaja para permitir la circulación de fluido fisiológico, cuando se utiliza el sistema para aplicaciones biomédicas. Conclusiones: la cristalinidad satisfactoria y adhesión entre el recubrimiento y el sustrato sugieren el sistema como promisorio para aplicaciones en el desarrollo de implantes ortopédicos.

Introduction: Titanium and some titanium alloys are considered to be the best materials for permanent implants, due to their excellent mechanical properties and resistance to corrosion in physiological environments, as well as their good biocompatibility and osseointegration. Objective: Solve some of the most significant limitations of titanium implants: fatigue phenomena and biointerface failure. Methods: Samples of cp titanium grade 4 with a porosity of 250-355 μm were obtained by space-holder technique (50 % vol. NH4HCO3 , 800 MPa and 1250 ºC for 2 h in high vacuum), achieving a good balance between rigidity and mechanical resistance of the material. The porous titanium substrates were then covered with hydroxyapatite obtained via sol-gel immersion, dried at 80 ºC and thermally treated at 450 ºC for 5 h in a vacuum. Phase formation, surface morphology, interfacial microstructure, infiltration capacity and cross-section of coatings, were assessed with various physicochemical analysis methods. Results: Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray diffraction analysis showed the crystallinity of the phase and the homogeneity in the chemical composition of the coating. Micromechanical evaluation and coating adherence (P-h curves and scratch resistance) revealed good adherence of the coating to the metallic substrate. The coating was found to be porous without any evidence of crack formation. The pores seem to be interconnected into a continuous network, a morphological characteristic enabling circulation of physiological fluid when the system is used for biomedical applications. Conclusions: Satisfactory crystallinity and adhesion between the coating and the substrate suggest that the system is promising for application in the development of orthopedic implants.