Recubrimientos de hidroxiapatita substituida con silicio mediante ablación láser

Resumo

Dentro de las biocerámicas que se utilizan actualmente para mejorar la biocompatibilidad en diversos tipos de implantes destaca la hidroxiapatita (HA), compuesto de tipo fosfato cálcico con una estructura y composición similar a la parte mineral del hueso. Una vía adicional en la optimización de los recubrimientos de HA se encuentra en la utilización de materiales con una composición más cercana al tejido óseo. En la fase mineral del hueso no se encuentra una HA "pura", tal y como se obtiene mediante síntesis química, sino que encontramos un material con un gran número de substituciones iónicas que influyen en gran medida en la bioquímica ósea. Así la producción de HA substituida con Silicio (Si-HA) ha sido un tema de investigación con creciente dedicación en los últimos años. Sin embargo, debido a la relativa novedad de este material, la producción de recubrimientos de Si-HA se limita a unas pocas técnicas en las que no existe el grado e experiencia y conocimiento adquirido para la HA. Además, es importante destacar la ausencia por el momento de trabajos de investigación que exploren técnicas de ablación láser como el depósito por láser pulsado (PLD) aplicado a la producción de recubrimientos de Si-HA. Es por esto que la presente tesis doctoral intenta llenar ese vacío abordando el estudio de la aplicación del Depósito por Láser Pulsado (DLP) aplicado a la producción de recubrimientos de Si-HA. El enfoque que se ha adoptado, ha sido el de ablacionar blancos mixtos compuestos de HA y una fuente de Si. El estudio se ha dividido en dos partes fundamentales. Una primera parte, en la que se depositaron capas a partir de HA y tres fuentes diferentes de Si (Si metálico, SiO2 y tierra de diatomeas), seguido de la caracterización fisicoquímica de los recubrimientos con el fin de evaluar como las diferentes fuentes de Si y su proporción (de 0 a 10% Si at.) en el blanco influyen en las propiedades de las capas. Para complementar este estudio, en la segunda parte se procedió a la evaluación de la biocompatibilidad de los recubrimientos, mediante tests in vitro e in vivo. La caracterización fisicoquímica realizada demostró que el Silicio se transfiere eficientemente a las capas permitiendo un control adecuado sobre la cantidad de Si incorporado en los recubrimientos. El Si se incorpora fundamentalmente en forma de iones ortosilicato, aunque en función de la concentración de Si o del precursor utilizado pueden aparecer especies poliméricas. Se constatan ciertos efectos derivados de la presencia de Si como la pérdida de cristalinidad de las capas o una disminución del ritmo de ablación. Además, utilizando precursores de Si biológicos como la tierra de diatomeas, se consigue la transferencia de especies adicionales como Mg o Na. Los estudios de biocompatibilidad mediante fluido corporal simulado y de citotoxicidad nos permitieron demostrar que los recubrimientos de Si-HA obtenidos mediante PLD presentan una mayor bioactividad que aquellos compuestos por HA pura y confirman la seguidad biológica de los mismos al no observarse efectos nocivos sobre los cultivos celulares. En lo referente a los ensayos in vivo pudo comprobarse como los recubrimientos de Si-HA se osteointegran favorablemente en condiciones similares a los implantes comerciales de Ti utilizados como control e incluso se observa un porcentaje mayor de contacto óseo para los implantes recubiertos con Si-HA.