Estudio y evaluación de la biocompatibilidad de aleaciones binarias de Titanio procesadas por pulvimetalurgia

Abstract

[ES] El titanio es uno de los elementos metálicos más abundantes de la naturaleza, que tiene importantes propiedades y características que lo hacen único y ampliamente demandado en el sector industrial. En particular, las aleaciones de titanio son las protagonistas en el sector biomédico, ya que, al presentar un módulo bajo de elasticidad, baja conductividad térmica y eléctrica, y una alta resistencia a la corrosión, son las seleccionadas para la fabricación de implantes y prótesis biomédicas. Sin embargo, se ha de tener cuidado con su manipulación porque es altamente reactivo cuando está en presencia de oxígeno, teniendo asociados unos riesgos considerables. En este trabajo, las aleaciones de titanio de las que se estudia su biocompatibilidad han sido procesadas por vía pulvimetalúrgica. Esta técnica es la más común para obtener y diseñar composiciones que pueden ser difíciles de obtener por metalurgia convencional, disminuyendo la cantidad de residuos del material durante el procesamiento e impidiendo que los elementos de aleación sean segregados (garantizando la homogeneidad de la microestructura). Se trata pues con aleaciones formadas por la mezcla elemental y el aliado mecánico de los polvos de los elementos de aleación, cuyas propiedades mecánicas han sido determinadas por una prueba de dureza y flexión de tres puntos; mientras que la caracterización microestructural se ha analizado mediante la microscopía electrónica de barrido. La biocompatibilidad es un término relativo que cubre muchos conceptos, y que indica la capacidad de un material para realizar una función biológica sin producir una reacción a un cuerpo extraño. Entonces, las aleaciones han sido sometidas a una prueba de resistencia a la corrosión, junto con una prueba de liberación de iones con saliva artificial durante 732 horas. Luego, para ver el efecto de los resultados de las pruebas anteriores y empleando una línea celular de osteosarcoma humano (MG63), se ha hecho una determinación de la toxicidad con el reactivo MTS, y posteriormente se ha realizado un ensayo de adhesión celular y proliferación, de 5 horas y 72 horas respectivamente. Por lo tanto, los resultados del estudio de las diferentes aleaciones de titanio caracterizadas por la presencia de un elemento de aleación en cada caso permiten determinar si se comportan como verdaderos biomateriales o resultan nocivos para un medio biológico.

[CA] El titani es un dels elements metàl·lics més abundants de la naturalesa, que posseeix unes importants propietats i característiques que el fan únic i àmpliament demandat en el sector industrial. Concretament, els aliatges de titani son els protagonistes en el sector biomèdic ja que al presentar un baix mòdul d’elasticitat, baixa conductivitat tèrmica i elèctrica, i una elevada resistència a la corrosió, son els seleccionats per a la fabricació d’implants i pròtesis biomèdiques. No obstant, es deu de tindre en conter amb la seua manipulació ja que és altament reactiu quan es troba en presencia d’oxigen , ocasionant uns riscos considerables. En aquest treball, els aliatges de titani dels quals s’estudia la seua biocompatibilitat, han sigut processades per via pulvimetal·lúrgica. Aquesta tècnica es la més comú per a l’obtenció i disseny de composicions que puguin ser difícils d’obtenir mitjançant la metal·lúrgia convencional, disminuint la quantitat de deixalles del material durant el processat i evitant que els elements d’aliatge es segreguen (garantint la homogeneïtat de la microestructura). Es tracta amb aliatges resultats de la mescla elemental i aliat mecànic dels pols dels elements d’aliatge, les propietats mecàniques dels quals s’han determinat per una prova de duresa i de flexió a tres punts; mentre que la caracterització microestructural ha sigut analitzada per microscòpia electrònica d’escombrat. La biocompatibilitat, es un terme relatiu que engloba molts conceptes, i que indica la capacitat d’un material de realitzar una funció biològica sense produir una reacció a cos estrany. Aleshores, per estudiar-lo, primerament, s’han sotmès els aliatges a una prova de resistència a la corrosió junt a una d’alliberament d’ions amb saliva artificial durant 732 hores. A continuació, per veure l’efecte dels resultats de les proves anteriors i fent ús d’una línia cel·lular d’osteosarcoma humà (MG-63), s’ha realitzat una determinació de la toxicitat amb el reactiu MTS, i després un assaig d’adhesió i proliferació cel·lular, de 5 hores i 72 hores respectivament. Per tant, els resultats de l’estudi dels diferents aliatges de titani caracteritzats per la presencia d’un element d’aliatge en cada cas, permeten determinar si aquests es comporten com a vertaders biomaterials o resulten perjudicials per al medi biològic.

[EN] Titanium is one of the most abundant metal elements of nature, which has important properties and characteristics that make it unique and widely demanded in the industrial sector. Specifically, the titanium alloys are the protagonists in the biomedical sector as by presenting a low modulus of elasticity, low thermal and electrical conductivity, and a high resistance to corrosion, are those selected for the manufacture of implants and biomedical prostheses. However, their manipulation is complicated because it is highly reactive when it is in the presence of oxygen. In this work, the titanium alloys have been processed by powder metallurgical route. This technique is the most common to obtain and design compositions that can be difficult to obtain by conventional metallurgy, amount of material waste during processing and preventing the alloy elements from being segregated (guaranteeing the homogeneity of the microstructure). They are alloys formed by the elementary mixture and the mechanical alloy of the powders of the alloy elements, whose mechanical properties have been determined by a three-point hardness and flexural test; while the microstructural characterization has been analyzed by scanning electron microscopy. Biocompatibility is a relative term that covers many concepts, and that indicates the ability of a material to perform a biological function without producing a reaction to a foreign body. Then, the alloys have been subjected to a corrosion resistance test, and an ion release test with artificial saliva for 732 hours. Then, to see the effect of the results of the previous tests and using a human osteosarcoma cell line (MG-63), a toxicity determination was made with the MTS reagent, and subsequently a 5-hour and 72-hour cell adhesion and proliferation test was performed respectively. Therefore, the results of the study of the different titanium alloys characterized by the presence of an alloy element in each case, allow to determine whether they behave as true biomaterials or are harmful to a biological environment.