Estudio de las propiedades mecanias de materiales vitroceramicos bioactivos para sus posibles usos en implantes

Abstract

La utilización de cerámicas para la reconstrucción ósea se basa en su semejanza estructural respecto a la fase mineral del hueso. El hueso constituye el primer elemento estructural del cuerpo humano; sirve de protección a los órganos vitales internos, además de servir como un almacén para los recursos minerales del organismo. El sistema esquelético soporta cargas de diferentes tipos debido a las diversas actividades de un individuo, tanto compresivas como de tracción o de cizalladura. La rigidez, resistencia y dureza del hueso están relacionadas con su contenido mineral. Por esta razón se desea estudiar las propiedades mecánicas de diferentes vitrocerámicas bioactivas que reaccionan con los fluidos del cuerpo, para producir hidroxiapatita compatible con el cuerpo humano y así, conocer que tan resistentes son como posibles implantes, en sustitución de huesos pequeños o en odontología. Mediante este estudio, primeramente se realizó la fusión de los vidrios, de los cuales se obtuvieron las vitrocerámicas, de dos formas geométricas distintas, cilindros y barras, en las cuales se varió su composición química; luego se realizó el tratamiento de desvitrificación, en donde las temperaturas de tratamiento fueron obtenidas a partir del Análisis de Calorímetria Diferencial de Barrido (DSC). Las muestras cilíndricas se ensayaron cerámograficamente, para someterlas al ensayo de bioactividad y caracterizar su microestructura mediante Microscopia Electrónica de Barrido (M.E.B.) con microanálisis químico por Espectroscopia de Rayos X por dispersión en la Energía (E.D.S.) y Difracción de Rayos X (DRX), luego de un corte transversal, para observar la formación de las diferentes capas. Todas las muestras fueron ensayadas a flexión de tres puntos, compresión y microdureza Vickers. Los resultados obtenidos fueron bastante favorables ya que a nivel microestructural, se corroboró que las composiciones estudiadas si son bioactivas, ya que observó la formación de capas de Si y apatita (Ca y P) con diferentes espesores, equivalente desde el punto de vista químico y estructural al mineral biológico del hueso. La fase cristalina desarrollada en todas las vitrocerámicas, determinada por DRX, correspondió a la fase Na4Ca4(Si6O18) conocida como combeita, de estructura cristalina hexagonal (vitrocerámicas 1, 2 y 3) y rombohédrica (vitrocerámica 4). Los valores del esfuerzo de flexión oscilan entre 110-257 MPa y la resistencia a la compresión está entre 9,8-33 MPa, siendo mayores a los reportados para el hueso. Las muestras vitrocerámicas estudiadas, presentaron un valor de dureza superior a los valores reportados para el hueso esponjoso o trabecular. En general las muestras vitrocerámicas con las composiciones químicas estudiadas pueden ser usadas como biomateriales, ya que son bioactivas, poseen buena resistencia mecánica, y además son procesables fácilmente por los métodos de manufactura convencionales, lo que facilita a la hora de fabricar un implante para el cuerpo humano.