Desarrollo de aleaciones titanio-niobio-cobre y titanio-niobio plata mediante pulvimetalurgia para su aplicación como biomateriales antibacterianos

Abstract

[ES] El titanio y sus aleaciones son los materiales más utilizados para fabricar prótesis sustitutivas de hueso. En concreto, las nuevas aleaciones ß de titanio que incorporan elementos como el niobio, el zirconio y el tantalio son las más prometedoras para la fabricación de implantes biomédicos. Aunque se hayan obtenido aleaciones ß con bajo módulo elástico, alta resistencia a corrosión y gran biocompatibilidad, sigue existiendo una elevada tasa de inflamación e infección a la hora de implantar estos materiales en el cuerpo humano. La plata y el cobre son elementos con un elevado poder bactericida, siendo ambos utilizados en el campo de la medicina con el fin de evitar infecciones. En este trabajo se propone la adición de pequeñas cantidades de plata o cobre en la aleación Ti-35Nb, en diferentes porcentajes, con el fin de evitar la formación de biopelículas bacterianas sobre los implantes. Las aleaciones se desarrollaron mediante técnicas convencionales de pulvimetalurgia, lo que permite obtener aleaciones con porcentajes muy concretos de los elementos que las componen, de forma muy económica. Las desventajas principales de la pulvimetalurgia son los problemas de difusión y la alta porosidad de las aleaciones obtenidas. Se han determinado las propiedades mecánicas de las aleaciones mediante ensayos de técnica de excitación por impulso, flexión a tres puntos y dureza. Las características microestructurales se han determinado mediante ensayos de difracción de rayos X, microscopía óptica y microscopía electrónica. La resistencia a corrosión se ha analizado mediante ensayos de liberación de iones en saliva artificial y ensayos de corrosión electroquímica. Finalmente, se ha comprobado la biocompatibilidad de las aleaciones mediante ensayos de citotoxicidad, adhesión y proliferación. Los resultados obtenidos para los ensayos mecánicos, resistencia a corrosión, liberación de iones y biocompatibilidad demuestran la viabilidad de estas aleaciones Ti35NbXCu y Ti35NbXAg para su posible uso como implantes biomédicos.

[EN] Titanium and its alloys are the most commonly used materials for bone replacement prostheses. Specifically, the new ß titanium alloys that incorporate elements such as niobium, zirconium and tantalum are the most promising for the manufacture of biomedical implants. Although ß with low elastic modulus, high corrosion resistance and high biocompatibility alloys have been obtained, there is still a high rate of inflammation and infection when implanting these materials in the human body. Silver and copper are elements with a high bactericidal power, both being used in the field of medicine in order to avoid infections. This work proposes the addition of small amounts of silver or copper in the Ti-35Nb alloy, in different percentages, in order to avoid the formation of bacterial biofilms on the implants. The alloys were developed using conventional powder metallurgy techniques, which makes it possible to obtain alloys with very specific percentages of the elements that compose them, in a very economic way. The main disadvantages of powder metallurgy are the diffusion problems and the high porosity of the alloys obtained. The mechanical properties of the alloys have been determined by impulse excitation, three-point bending and hardness tests. Microstructural characteristics have been determined by X-ray diffraction, optical microscopy and electron microscopy tests. Corrosion resistance has been analysed by ion release tests in artificial saliva and electrochemical corrosion tests. Finally, the biocompatibility of the alloys has been verified through cytotoxicity, adhesion and proliferation tests. The results obtained for mechanical tests, corrosion resistance, ion release and biocompatibility demonstrate the viability of Ti35NbXCu and Ti35NbXAg alloys for possible use as biomedical implants.