Análisis de la influencia de los elementos de aleación en la formación del biofilm sobre aleaciones de titanio pulvimetalúrgicas

Abstract

[ES] El desarrollo de implantes dentales depende en gran medida del diseño, pero no es menos importante las características del material. El Ti puro comercial presenta características mecánicas medias que no asegura una supervivencia mecánica y es necesario utilizar aleaciones con mayores propiedades. Dentro de las aleaciones más comercializadas se encuentra la Ti-6Al-4V, no obstante, cuestionada por la toxicidad del vanadio y el negativo efecto del aluminio en el organismo, además de poseer un módulo muy distinto al del hueso mandibular, lo que genera un efecto de apantallamiento de tensiones. Por ello y buscando una mayor biocompatibilidad se desarrollan nuevas aleaciones de titanio beta como la Ti-35Nb-7Zr-5Ta, de la que se conocen muy bien sus propiedades de biocompatibilidad y posee un módulo de elasticidad más cercano al del hueso cortical. También se han desarrollado aleaciones de Ti-Nb pequeñas adiciones de estaño, entre el 2 y 6% en peso, que presentan una excelente biocompatibilidad y resistencia frente a la corrosión con tasas de liberación de iones muy bajas. También es conocido el efecto del hafnio, perteneciente a la familia del Ti y Zr, en la posible biocompatibilidad de las aleaciones que pudieran incorporarlo. Sin embargo, su elevado punto de fusión y su elevado peso atómico hace que su incorporación se realice solamente en pequeñas cantidades. Además, es difícil disponer de circonio que no incorpore al menos un 2% en peso de hafnio, por lo que combinar parcialmente estos dos elementos puede resultar interesante. Pese a todos estos avances, no hay estudios que evalúen la biocompatibilidad y viabilidad celular de estas aleaciones. Por ello, en este trabajo se plantea estudiar, el crecimiento de celulas de dos lineas celulares hDPSC y MG63, al menos, en la aleación base Ti-35Nb-7Zr-5Ta y analizar el efecto que una adición del 4% en peso de estañ, así como la combinación con un 3% en peso de hafnio. De este modo se comprobará si existe algún efecto negativo en la proliberación de celulas, comparando su comportamiento con el de la aleación comercial Ti-6Al-4V. De igual manera deberá estudiarse el efecto de estas adiciones a la aleación base en la toxicidad y el crecimiento y diferenciación celular.

Las aleaciones se obtendrán mediante técnicas pulvimetalúrgicas convencionales a partir de la mezcla de polvos elementales con sinterización a 1300°C durante 4 horas. Se realizará, en los sinterizados, una caracterización microestructural básica que nos confirme la formación de fases y la distribución de éstas en el material. De este modo se podrá analizar tanto el efecto de los elementos de adición como los posibles cambios microestructurales en la formación del biofilm y la toxicidad de las nuevas aleaciones.

[EN] The development of dental implants depends to a great extent on the design, but the characteristics of the material are no less important. Pure commercial Ti has average mechanical characteristics that do not ensure mechanical survival and it is necessary to use alloys with better properties. Among the most commercially available alloys is Ti-6Al-4V, however, it is questioned due to the toxicity of vanadium and the negative effect of aluminum on the organism, in addition to having a very different modulus to that of the mandibular bone, which generates a stress shielding effect. For this reason, and in search of greater biocompatibility, new beta titanium alloys have been developed, such as Ti-35Nb-7Zr-5Ta, whose biocompatibility properties are well known and whose modulus of elasticity is closer to that of cortical bone. Ti-Nb alloys have also been developed with small tin additions, between 2 and 6% by weight, which show excellent biocompatibility and corrosion resistance with very low ion release rates. The effect of hafnium, which belongs to the Ti and Zr family, on the possible biocompatibility of alloys that could incorporate it is also well known. However, its high melting point and high atomic weight mean that it can only be incorporated in small quantities. In addition, it is difficult to find zirconium that does not incorporate at least 2% by weight of hafnium, so partially combining these two elements may be interesting. Despite all these advances, there are no studies that evaluate the biocompatibility and cell viability of these alloys. Therefore, in this work we propose to study the growth of cells of two cell lines hDPSC and MG63, at least, in the Ti-35Nb-7Zr-5Ta base alloy and to analyze the effect of an addition of 4% by weight of tin, as well as the combination with 3% by weight of hafnium. In this way it will be verified if there is any negative effect on cell proliferation, comparing its behavior with that of the commercial alloy Ti-6Al-4V. The effect of these additions to the base alloy on toxicity and cell growth and differentiation will also be studied.

The alloys will be obtained by conventional powder metallurgical techniques from the mixing of elemental powders with sintering at 1300°C for 4 hours. A basic microstructural characterization of the sintered alloys will be carried out to confirm the formation of phases and their distribution in the material. In this way it will be possible to analyze both the effect of the addition elements and the possible microstructural changes in the formation of the biofilm and the toxicity of the new alloys.