Procesamiento láser de superficies para aplicaciones biomédicas

Abstract

El éxito de un implante para la sustitución o regeneración de una zona del tejido óseo se basa principalmente en la obtención de una buena osteointegración del mismo, la cual es fruto de una interacción favorable entre el implante y el tejido vivo. El uso del titanio y sus aleaciones para la fabricación de implantes se debe a que, en general, este material cumple de forma adecuada con este requerimiento. Sin embargo aún existen diversos aspectos que son el interés de estudio de numerosos investigadores, entre los cuales destacan tanto las propiedades físico químicas como las características morfológicas de la superficie del propio implante en contacto con los fluidos biológicos. En la presente tesis doctoral se realiza un estudio sobre estas propiedades y el comportamiento in vitro e in vivo de implantes de Ti6Al4V sometidos a diferentes modificaciones superficiales llevadas a cabo mediante tecnología láser; a saber: macro-estructuración láser, macro-estructuración y posterior oxidación láser y finalmente macro-estructuración y posterior depósito de un recubrimiento de hidroxiapatita (HA). Se llevó a cabo un análisis físico-químico exhaustivo previo a los ensayos de biocompatibilidad, el cual nos permitió ajustar los parámetros de procesamiento óptimos para originar una macro-estructuración homogénea de toda la superficie del Ti6Al4V siguiendo el patrón para tal efecto fijado. Dicha macro-estructuración consiste en una malla de cráteres con forma cónica cuyo aspecto (profundidad/ancho) concuerda con los valores obtenidos mediante simulación numérica. Hemos podido comprobar que la rugosidad de la superficie entre cráteres puede ser modificada en función del tratamiento posterior a la macro-estructuración. Así, el tratamiento de oxidación láser permitió la producción de una capa de óxido de titanio homogénea de espesor y composición controlable, mientras que el procesamiento mediante la técnica de Depósito por Láser Pulsado (PLD) permitió el fino control de la composición y del espesor de una capa de HA a nivel nanométrico. En cuanto a las pruebas de biocompatibilidad podemos concluir que, en general, los materiales estudiados son biocompatibles, no presentando reacciones citotóxicas en pruebas in vitro, ni reacciones inflamatorias o de rechazo en pruebas in vivo. En particular podemos resaltar que los tratamientos posteriores a la macro-estructuración mejoran la adhesión y proliferación celular, siendo esta mejora especialmente significativa para las muestras oxidadas. La utilización de un recubrimiento de HA en los ensayos in vitro muestra una incidencia positiva sobre la diferenciación celular temprana, mientras que en ensayos in vivo favorece el crecimiento del tejido óseo neoformado en zonas más profundas del cráter.