Análisis de la viabilidad de obtención de aleaciones Ti-Mg para aplicaciones biomédicas

Abstract

[ES] En este trabajo se pretende sintetizar aleaciones Ti-xMg con x=3, 6, 10 y 20% en peso. El interés a la hora de alear estos elementos se debe a que el Ti es un material biocompatible, de elevada resistencia mecánica y frente a la corrosión, mientras que el Mg es biodegradable y osteoinductor, permitiendo de esta manera reducir el módulo elástico de la aleación y, a su vez, fomentar el crecimiento de nuevo hueso. Dada la baja solubilidad entre el Ti y el Mg en estado sólido, se recurre a la técnica de aleado mecánico para llevar a cabo el aleado de los polvos elementales. La alta complejidad de la técnica hace necesario un análisis exhaustivo de distintos parámetros, como el diámetro y la propoción de bolas, la velocidad y tiempo de molienda, etc. Todos estos factores han sido estudiados en la puesta a punto de la investigación. También se ha utilizado la técnica de la mezcla elemental de polvos para poder realizar un análisis comparativo entre las dos rutas de fabricación. Se han realizado estudios de caracterización microestructural mediante microscopía óptica y electrónica. También se han llevado a cabo ensayos mecánicos para evaluar el comportamiento de la aleación ante cargas de flexión, compresión y tracción. El comportamiento químico se ha evaluado mediante ensayos de resistencia frente a la corrosión y liberación de iones en saliva artificial Ringer Hartmann modificada. Por último, se ha realizado una caracterización biológica de las muestras con los ensayos de citotoxicidad, adhesión y proliferación, empleando para ello células pulpares (DPSC) y MG-63, provenientes de osteosarcoma. Como resultado se concluye que la baja solubilidad y los puntos de fusión tan dispares entre el Ti y el Mg, han impedido retener más de un 2% de Mg. También se observa que aunque el AM brinda ciertas ventajas a la hora de reducir el módulo elástico a flexión, las propiedades en cuanto a resistencia frente a la corrosión, adherencia y proliferación son muy deficientes si se compara con las muestras obtenidas por ME. Así, el Ti-10Mg sería en un principio la combinación que mejores oportunidades ofrece.

[EN] In this work it is intended to synthesize Ti-xMg alloys with x=3, 6, 10 and 20% by weight. The interest in alloying these elements is due to the fact that Ti is a biocompatible material, with high mechanical resistance and resistance to corrosion, while Mg is biodegradable and osteoinductive, thus allowing the elastic modulus of the alloy to be reduced. and, in turn, encourage the growth of new bone. Given the low solubility between Ti and Mg in the solid state, the mechanical alloying technique is used to alloy the elemental powders. The high complexity of the technique requires an exhaustive analysis of different parameters, such as the diameter and proportion of balls, the speed and grinding time, etc. All these factors have been studied in the development of the investigation. The elemental mixture of powders technique has also been used to carry out a comparative analysis between the two manufacturing routes. Microstructural characterization studies have been carried out using optical and electron microscopy. Mechanical tests have also been carried out to evaluate the behavior of the alloy under bending, compression and traction loads. The chemical behavior has been evaluated by resistance tests against corrosion and release of ions in modified Ringer Hartmann artificial saliva. Finally, a biological characterization of the samples has been carried out with the cytotoxicity, adhesion and proliferation tests, using pulp cells (DPSC) and MG-63, from osteosarcoma. As a result, it is concluded that the low solubility and the very different melting points between Ti and Mg have prevented the retention of more than 2% of Mg. It is also observed that although AM offers certain advantages when it comes to reducing the flexural elastic modulus, the properties in terms of resistance to corrosion, adherence and proliferation are very poor when compared to the samples obtained by ME. Thus, Ti-10Mg would initially be the combination that offers the best opportunities.