Desarrollo de la porosidad en hidroxiapatita y en recubrimientos cerámicos para uso ortopédico / María Magdalena Méndez González

Tesis (Doctor en Tecnología Avanzada) .-- Instituto Politécnico Nacional, 2006.

Reportamos la obtención de hidroxiapatita porosa sobre substratos metálicos, así como en forma de pastilla, mediante la adición de aditivos poliméricos. La hidroxiapatita fue sintetizada en forma de polvo con una relación calcio/fósforo de 1.67, correspondiente a la hidroxiapatita estequiométrica. La síntesis fue realizada mediante la reacción química por precipitación de :10Ca(OH)2 + 6H3PO4 -7 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18H2O. El precipitado obtenido fue decantado a la temperatura ambiente y secado a 80°C. Posteriormente fue finamente molido y mezclado con alguno de los siguientes polímeros solubles en agua: poli (alcohol vinílico), PVA, poli (pirrolidona vinílica), PVP, carboximetil celulosa, CMC y poli (óxido de etileno), PEOX. La mezcla precipitado/polímero fue compactada mediante una prensa hidráulica aplicando una carga de 50Kg. La temperatura de la mezcla se elevó hasta alcanzar la temperatura de transición vítrea del polímero (Tg) o su punto de fusión (Tm) y se mantuvo a esa temperatura durante 15 minutos. Las pastillas fueron hidratadas y posteriormente liofilizadas durante 75 hrs. Finalmente, fueron tratadas térmicamente durante dos horas a 200, 400 Y 800 "C, con el fin de eliminar el polímero y posteriormente fueron sometidas a pruebas de compresión para conocer su resistencia mecánica, en una maquina Instron. Los recubrimientos de hidroxiapatita fueron obtenidos mediante las técnicas de ablación láser y plasma térmico utilizando substratos metálicos de titanio comercialmente puro y acero inoxidable 316L. Para los recubrimientos obtenidos mediante la técnica de plasma térmico se emplearon mezclas homogéneas de hidroxiapatita y soluciones acuosas del polímero respectivo. Con esta técnica se obtuvieron recubrimientos de hasta 100 ~m de espesor. Para los recubrimientos obtenidos por la técnica de ablación láser, se empleó una pastilla compacta de hidroxiapatita sobre la que se hizo incidir un láser para producir el plasma de hidroxiapatita que fue proyectado en forma de pluma orientada hacia el substrato metálico. La caracterización estructural de las pastillas y de los recubrimientos se llevó a cabo mediante las técnicas de Microscopia Optica, Microscopia Electrónica de Barrido y Difracción de rayos-X. Los resultados obtenidos mostraron que la hidroxiapatita obtenida en este trabajo, presentó una densidad de 3.099g/ml, correspondiente al 98.2 por ciento del valor teórico de 3.156 g/mi. La hidroxiapatita comercial utilizada para referencia, presentó una densidad de 2.78g/ml (correspondiente al 88 por ciento del valor teórico) lo que sugiere que debido a su alta densidad, la hidroxiapatita sintética garantiza propiedades mecánicas adecuadas para aplicaciones biomédicas. Las pastillas obtenidas con PV A y CMC que fueron sometidas a tratamiento térmico de 400"C presentaron poros interconectados de 40~m de diámetro. De igual forma, las pastillas que contenían PVP y sometidas a tratamiento térmico a 200"C, presentaron poros interconectados de 50 ~m de diámetro. En ambos casos, la cristalinidad no fue alterada por el tratamiento térmico. Los recubrimientos obtenidos por plasma térmico también presentaron porosidad interconectada con poros de hasta 1 OO~m de diámetro. Sin embargo los recubrimientos obtenidos por la técnica de Ablación Láser no presentaron porosidad. Se observaron partículas completamente esféricas de 5 ~m de diámetro, distribuidas uniformemente sobre toda la superficie del substrato. Los resultados estructurales obtenidos por difracción de rayos-X para los diferentes recubrimientos correspondieron al patrón de difracción de la hidroxiapatita estequiométrica, lo que muestra que durante el proceso de depositación, la hidroxiapatita no se descompuso en otras fases. Por lo que se concluyó que ambos métodos de depositación utilizados permiten la obtención de recubrimientos de hidroxiapatita que no se descompone durante la proyección sobre el substrato. Las mediciones de difusividad térmica obtenidas en hidroxiapatita y hueso compactado de animal vertebrado, mostraron una buena compatibilidad térmica del 74 por ciento entre ellos. Fue observada, una diferencia de un orden de magnitud entre los valores de difusividad térmica de los substratos metálicos y los valores correspondientes a la hidroxiapatita y al hueso. Fue observada una diferencia tres veces mayor entre la difusividad térmica del titanio y del acero. También se concluye que tanto las pastillas porosas así como los substratos metálicos recubiertos son candidatos potenciales para ser usados como relleno en cavidades óseas o en implantes metálicos recubiertos ya que ambos presentaron tamaños de poros y porosidad interconectada similares a las de la estructura ósea. Esto a su vez, puede permitir la regeneración ósea natural y la creación de una mejor interfase entre el hueso natural y el recubrimiento. Los recubrimientos de hidroxiapatita pueden ser un medio eficaz para producir superficies bioinertes adecuadas a la transmisión de carga y movimiento en implantes y prótesis articulares, reduciendo de esta forma el riesgo de daño por desgaste abrasivo. También los recubrimientos de hidroxiapatita porosa pueden contribuir decisivamente a mejorar la adhesión entre prótesis y hueso, sin necesidad de tener que recurrir al empleo de cementos poliméricos, e induciendo una efectiva interconexión entre el tejido óseo y la superficie de la prótesis mediante un proceso de fijación natural.