Surface modification of zirconia-based bioceramics for orthopedic and dental applications
Debido a sus excelentes propiedades mecánicas y una excelente biocompatibilidad, el uso de las cerámicas de base de circona en aplicaciones dentales y ortopédicas ha crecido rápidamente durante las últimas décadas. Sin embargo, tanto la alúmina como la circona son bioinertes, lo cual dificulta su im...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2016 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/436899 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/436899 https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-108954 http://mediaserver.csuc.cat/tdx/documents/53/06/16/53061691296062368199494147725837708071/ |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Zirconia-toughened alumina Chemical etching Dental and orthopedic materials Drug delivery 617 620 |
| Sumario: | Debido a sus excelentes propiedades mecánicas y una excelente biocompatibilidad, el uso de las cerámicas de base de circona en aplicaciones dentales y ortopédicas ha crecido rápidamente durante las últimas décadas. Sin embargo, tanto la alúmina como la circona son bioinertes, lo cual dificulta su implantación en contacto directo con el hueso. Además, las infecciones siguen siendo una de las principales causas de fallo de implantes. Para resolver ambos problemas, se requiere un mejor diseño de la superficie: en particular, una topografía adecuada puede promover la osteointegración y limitar la adhesión bacteriana. Por otro lado, la fiabilidad a largo plazo es un asunto crítico para los implantes estructurales, y las cerámicas que contienen circona requieren una atención especial. Como para otras cerámicas, las alteraciones superficiales pueden comprometer sus propiedades mecánicas. Además, la transformación de fase de tetragonal a monoclínica, que les proporciona una tenacidad excepcional, puede ocurrir espontáneamente en presencia de agua, lo cual puede afectar las propiedades del material. La cinética de este fenómeno, conocido como envejecimiento hidrotérmico, es muy sensible a los cambios de procesamiento. Por lo tanto, cualquier modificación de la superficie debe ir acompañada de una evaluación de su impacto en la fiabilidad de los implantes. Basado en estas observaciones, el objetivo de esta tesis fue desarrollar procesos para modificar la superficie de los implantes a base de circona, en particular la topografía, sin comprometer sus propiedades mecánicas y estabilidad hidrotérmica. El esfuerzo de investigación se centró en dos materiales: la circona estabilizada con itria (3Y-TZP), que se utiliza cada vez más para aplicaciones dentales (por ejemplo: coronas, implantes), y la alúmina reforzada con circona (ZTA), que es el estándar actual en ortopedia para la fabricación de componentes cerámicos estructurales. Por lo tanto, este trabajo se puede dividir en dos partes principales. En la primera parte, se llevó a cabo un amplio estudio del ataque de la circona con ácido fluorhídrico (HF). Se demostró que ajustando el tiempo de decapado es posible controlar la rugosidad y la dimensión fractal de la superficie. Además, los resultados indican condiciones adecuadas para incrementar la rugosidad de forma rápida y uniforme, sin comprometer su resistencia mecánica ni tampoco su resistencia al envejecimiento. Basándose en estos hallazgos, se obtuvieron muestras con gradientes de rugosidad mediante inmersión con una velocidad controlada en una solución de ataque. Gracias a este método, que reduce drásticamente los esfuerzos y recursos necesarios para estudiar las interacciones célula-superficie, se realizó un análisis rápido de la influencia de la micro- y nano-topografía inducida por HF en las células madre mesenquimales. Se determinaron correlaciones entre parámetros de rugosidad y morfología celular, destacando la importancia de la optimización de la topografía a múltiples escalas para inducir la respuesta celular deseada. En la segunda parte, una estrategia integrada fue desarrollada para proporcionar propiedades antibacterianas y osteointegrativas a las superficies de ZTA La micro-topografía se controló mediante moldeo por inyección. Mientras tanto, un nuevo procedimiento que implica la disolución selectiva de la circona por HF (ataque selectivo) se utilizó para producir nano-rugosidad y una nanoporosidad superficial interconectada. La utilización potencial de la porosidad para la liberación de antibióticos fue demostrada, y se evidenció que la encapsulación liposomal puede aumentar la cantidad de fármaco cargada. Además, se demostró que el impacto del ataque selectivo sobre las propiedades mecánicas y la estabilidad hidrotermal era limitado. Por lo tanto, la combinación del moldeo por inyección y del ataque selectivo parece prometedora para la fabricación de componentes de ZTA implantables en contacto directo con el hueso |
|---|