Título
Síntesis y caracterización de compósitos de hidroxiapatita-wollastonita preparados mediante la técnica Sol-Gel
Autor
MARTIN ANTONIO ENCINAS ROMERO
Colaborador
SALVADOR AGUAYO SALINAS (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Resumen o descripción
Tesis de doctorado en ciencia de materiales
Tesis de doctorado en ciencia de materiales. La hidroxiapatita, Ca10(PO4)6(OH)2, es un fosfato de calcio ampliamente utilizado en cirugía del tejido óseo, debido a la similitud de este compuesto, con el componente principal de la fase inorgánica de los tejidos duros y su naturaleza bioactiva, lo cual permite una unión química directa entre el hueso y este biomaterial. Los materiales densos de hidroxiapatita sinterizada tienen gran aplicación en casos de sustitución y/o reparación de defectos óseos en cirugía dental y ortopédica. Sin embargo, la hidroxiapatita es quebradiza y relativamente débil comparada con los implantes tradicionales tales como metales, aleaciones y cerámicos de alta resistencia. Las propiedades mecánicas de la hidroxiapatita no son suficientes para que ésta sea utilizada como implante en situaciones de carga, como en el caso de huesos y dientes artificiales. Por lo tanto, la aplicación de este material se ha destinado principalmente a recubrir a otros materiales con propiedades mecánicas más resistentes. Una solución para resolver este problema es combinarla con una fase de refuerzo adecuada, para producir compósitos que permitan obtener materiales con propiedades mecánicas óptimas sin detrimento de su biocompatibilidad, superando con ello sus limitaciones mecánicas. Por lo tanto, el compósito ideal deberá ser biológica y mecánicamente compatible con estos tejidos duros del organismo. La wollastonita CaSiO3, ha sido utilizada como biomaterial en huesos artificiales y raíces dentales debido a su buena bioactividad y biocompatibilidad. También se ha utilizado como fase de refuerzo para fabricar biocompósitos con propiedades mecánicas más eficientes. En este trabajo se sintetizaron una serie de compósitos de hidroxiapatita-wollastonita mediante la técnica sol-gel, utilizando acetato de calcio Ca(C2H3O2)2, y trietil fosfato PO(OC2H5)3, como precursores de hidroxiapatita y wollastonita natural de alta pureza como fase de refuerzo. Los compósitos fueron caracterizados por análisis térmico diferencial (DTA), análisis termogravimétrico (TGA), difracción de rayos-X (XRD), espectroscopia infrarroja de transformadas de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman, espectroscopia de dispersión de energía (EDS), microscopia electrónica de barrido (SEM), y de transmisión (TEM). Los resultados muestran que la hidroxiapatita se forma a una temperatura relativamente baja alrededor de 420oC, acompañada de carbonato de calcio, mientras que la wollastonita permanece sin reacción a lo largo de todo el proceso. Para purificar los productos se requirió de un tratamiento térmico a alta temperatura (1000oC) y lavados con ácido clorhídrico diluido (0.01M) y agua deionizada, dando como resultado compositos de hidroxiapatita carbonatada tipo-B-wollastonita como productos finales. Los materiales sintetizados se sinterizaron a 1200oC durante 5 h, evaluándose el efecto de la cantidad de wollastonita sobre las propiedades mecánicas y bioactivas de los materiales. El efecto de refuerzo de la wollastonita se evaluó midiendo la dureza H, y el módulo elástico reducido Er, en los materiales, mediante técnicas de nanoindentación en un microscopio de fuerza atómica (AFM). Las propiedades bioactivas se analizaron poniendo en contacto estos materiales con una solución de fluido fisiológico simulado (SBF), con la concentración iónica aproximada a la del plasma sanguíneo humano, a 37oC bajo condiciones estáticas. La bioactividad se evaluó examinado la formación de una capa de apatita neoformada sobre la superficie de los materiales, después de permanecer en contacto durante 1, 2 y 3 semanas con el fluido fisiológico simulado (SBF). Las características morfológicas y la composición de estas capas formadas sobre los materiales se evaluaron mediante microscopia electrónica de barrido (SEM), espectroscopia de dispersión de energía (EDS), difracción de rayos-X (XRD) y espectroscopia fotoelectrónica de rayos-X (XPS). Asimismo, se analizó el pH y la carga iónica de la solución SBF remanente, esta última evaluada mediante espectroscopia de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES). Estos análisis revelan un incremento en la dureza y el módulo de elástico reducido de los materiales con la adición de wollastonita. Asimismo, la interacción de estos materiales con el fluido fisiológico simulado produjo una capa de fosfato de calcio sobre sus superficies, mediante un mecanismo de disolución-precipitación, la cual presentó una composición similar a la de las apatitas biológicas, resultando más gruesa y densa en los materiales con mayor proporción de wollastonita.
Fecha de publicación
junio de 2009
Tipo de publicación
Tesis de doctorado
Recurso de información
Formato
application/PDF
Idioma
Español
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional UNISON
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