Caracterización de materiales compuestos de polietileno con hidroxiapatita compatibilizados con poli(etileno-ácido acrílico)

Abstract

En el presente trabajo de investigación se evalúan materiales compuestos con potencial aplicación como implantes óseos. Dichos materiales son constituidos por una matriz de polietileno (PEAD) cargado con hidroxiapatita (HA) como fase dispersa, aprovechando por un lado la ductilidad e inocuidad del primero, y por otro la bioactividad y rigidez de la segunda, obteniéndose un material análogo al hueso. A esta mezcla binaria se le incluyeron diferentes agentes compatibilizantes de copolímeros etileno-ácido acrílico, con 5, 10, 15 y 20% en peso de unidades ácido (AA), con el fin de mejorar la interacción entre fases y con ello las propiedades de las mezclas En la metodología experimental se sintetizó la HA vía precipitación, y fue caracterizada por diferentes técnicas, que permitieron verificar la obtención de la sal deseada, así como la formación de aglomerados de partículas nanométricas. Luego, la HA fue mezclada, en proporciones de 10, 20 y 30% en peso, con los copolímeros (al 2, 5, 7 y 10% en peso de inclusión) y el PEAD, en fundido por medio de un mezclador interno. Los materiales obtenidos fueron caracterizados por medio de ensayos de tracción, índice de fluidez, calorimetría diferencial de barrido, análisis termogravimétrico y microscopia electrónica de transmisión. Con la adición de la HA ocurrió un incremento en la rigidez y disminución en la ductilidad de los materiales; también aumentó la estabilidad térmica de los compuestos, pero conllevó a menores índices de fluidez por la inclusión de un material cerámico más estable pero rígido que interfiere con la movilidad en fundido de las macromoléculas de la matriz. Por otro lado, la inclusión de los compatibilizantes resultó en incrementos en la rigidez y estabilidad térmica, principalmente para los menores contenidos de copolímeros en los materiales; ya que, las mayores proporciones pueden resultar excesivas, al actuar por un lado como iniciadores de descomposición, y por otro, en perjuicio de las propiedades mecánicas, facilitando la movilidad de las macromoléculas de polímero, lo cual se pudo evidenciar por ensayos de fluidez. En cuanto al contenido de AA en los copolímeros, las mayores proporciones mostraron mejores resultados tanto mecánicos como morfológicos, lo cual se atribuye a mejores interacciones matriz/carga. Adicionalmente, se realizaron pruebas de cultivo celular in vitro, las cuales evidenciaron la no toxicidad de los materiales, la acción bioactiva de la HA y la influencia de los grupos polares de los copolímeros, que promovieron el reconocimiento y supervivencia celular en la superficie de los biomateriales, lo cual es de sumo interés para la aplicación final de los mismos. Finalmente, para continuar la búsqueda de mejores interacciones entre fases se recomienda la evaluación de pretratamientos a la HA en solución con compatibilizantes y bases orgánicas, previo al mezclado con la matriz; debido a que, un estudio preliminar realizado presentó resultados positivos en cuanto a las propiedades mecánicas de estos materiales compuestos.