Mejora de la capacidad de oseointegración de muestras de titanio poroso para aplicaciones biomédicas

Abstract

El titanio c.p. y la aleación Ti6Al4V son considerados los mejores biomateriales metálicos para reemplazar el tejido óseo cortical. Sin embargo, existen riesgos de fallo asociados en su mayoría a las diferencias de rigidez entre el implante y el hueso, que desencadenan finalmente la reabsorción de éste último, así como a problemas en la intercara con el hueso, dando lugar a una oseointegración deficiente. La fabricación de implantes porosos es una alternativa para solventar el fenómeno de apantallamiento de tensiones. Por su parte, la modificación y control de la rugosidad de la matriz porosa mejora la capacidad de oseointegración de los implantes. Los estudios de este trabajo se centran en las distintas técnicas de modificación superficial, tanto las características de los procedimientos como sus avances más relevantes. Asimismo, se profundiza a cerca de la fabricación de discos de titanio poroso mediante la técnica de espaciadores (50 %vol. NH4HCO3, tamaños: 100-200, 250-355, 355-500 μm) y su posterior preparación para una caracterización adecuada. En dicha caracterización se hace uso del método de Arquímedes, análisis de imagen y ensayos de compresión. Finalmente, se analizan los efectos producidos por el ataque químico realizado con HF y un inhibidor orgánico sobre estos substratos. Uno de los objetivos de este trabajo se enmarca en la determinación de correlaciones entre los parámetros de proceso (tiempos de ataque), la rugosidad de la superficie y la pérdida de masa asociada al ataque. Por otro lado, en la evaluación del equilibrio de rigidez y resistencia de los substratos de titanio poroso fabricados cuyo resultado indica unas características acordes al tejido óseo. Por su parte, la rugosidad evaluada por SEM y confocal láser permitió constatar valores y patrones de rugosidad (escala micro y nanométrica) tanto en la superficie del disco como en el interior de los poros que permiten esperar una mejor oseointegración de los implantes. Finalmente, se propone la mejor combinación de substrato poroso y condiciones de modificación superficial.

The Titanium c.p. and the alloy Ti6A14V are considered the best metallic biomaterials to replace cortical bone tissue. However, there are risks of failure on bone implants, most of them are associated with disparities in stiffness between bone and implant, which finally produce bone reabsorption, as well as bone-implant interface problems, involving poor osseointegration. Manufacturing of porous titanium samples is an usuful solution for stress shielding. Meanwhile, surface modification and roughness control will improve implants osseointegration capability. In this work, different surface modification techniques are studied, in both process characteristics and their most relevant advances. Furthermore, manufacturing of porous titanium discs by the technique of spacers (50 %vol. NH4HCO3, sizes: 100-200, 250-355, 355-500 μm) is deepened. Substrates further characterisation is based on Archimedes' Principle, image analysis and compression test. Finally, the effects of chemical etching, using HF and organic inhibitor, are analysed. One of the objectives of this work consist on determining correlations between process parameters (attack time), the surface roughness and mass loss associated with the attack. The manufactured porous titanium substrates have a stiffness and mechanical resistence in accordance with the bone properties. For its part, the roughness evaluated by SEM and confocal laser helped to confirm values and patterns of roughness (micro and nanometer scale) in both the disk surface and inside the pores that allow hope for a better implants osseointegratio. Finally, it is proposed the best combination of porous substrate and surface modification conditions.