Diseño, simulación y fabricación de un dispositivo de fijación craneal bioabsorbible, mediante tecnologías de impresión 3D

Abstract

[ES] En el presente trabajo se han estudiado las características de un polímero bioabsorbible, poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato) - PHBH, con cargas biocompatibles y osteoconductoras de hidroxiapatita - HA, para el diseño, simulación y fabricación de una placa de fijación craneal bioabsorbible. Para ello se han llevado a cabo diferentes ensayos de caracterización mecánica (tracción, flexión, impacto y dureza), ensayos térmicos (calorimetría diferencial de barrido, análisis termogravimétrico), ensayos termo-mecánicos, así como ensayos térmico mecánicos-dinámicos. La combinación de PHBH con cargas de HA presenta un alto interés para su empleo como material en el campo de la biomedicina. La biocompatibilidad de ambos componentes, así como la capacidad osteoconductora de la HA ofrecen un alto interés en el área de reconstrucción y/o fijación de fracturas óseas. La capacidad de degradación de ambos componentes permite que el dispositivo de fijación se reabsorba dentro del cuerpo humano evitando una segunda intervención quirúrgica para su eliminación. Considerando las características particulares del sistema PHBH/HA, este trabajo de investigación propone el diseño, cálculo y fabricación de un dispositivo de fijación craneal bioabsorbible. Para ello se ha empleado SolidWorks como plataforma CAD para el diseño de la geometría de la placa de fijación. Además, se ha planteado la optimización de la geometría mediante herramientas CAE (Computer Aided Engineering), a través del método de los elementos finitos con el empleo del software NX Nastran.

[EN] In the present work, the characteristics of a bioabsorbable polymer, poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) - PHBH, with biocompatible and osteoconductive hydroxyapatite charges - HA, have been studied for the design, simulation and manufacture of a bioabsorbable cranial fixation plate. For this purpose, different mechanical characterization tests (tensile, flexion, impact and hardness), thermal tests (differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis), thermo-mechanical tests, as well as mechanical-dynamic thermal tests have been carried out. The combination of PHBH with HA fillers is of great interest for its use as a material in the field of biomedicine. The biocompatibility of both components as well as the osteoconductive capacity of HA is of great interest in the area of reconstruction and/or fixation of bone fractures. The degradation capacity of both components allows the fixation device to be reabsorbed into the human body avoiding a second surgical intervention for its elimination. Considering the particular characteristics of the PHBH/HA system, this research work proposes the design, calculation and manufacture of a bio-absorbable cranial fixation device. For this purpose, SolidWorks has been used as a CAD platform for the design of the geometry of the fixation plate. In addition, the optimization of the geometry has been considered using CAE (Computer Aided Engineering) tools, through the finite element method with the use of NX Nastran software.