Els implants biodegradables constitueixen una nova generació de materials biomèdics l'objectiu dels quals és ajudar en els processos de cicatrització dels teixits i degradar-se gradualment in vivo una vegada complerta la seva funció. En els darrers anys, els aliatges de Fe-Mn s'han postulat com a candidats per a implants biodegradables gràcies a les seves excel·lents propietats mecàniques i una velocitat de corrosió adequada. A més, la incorporació d'elements antimicrobians, com ara Ag i ZnO, s'està avaluant per tal de desenvolupar un material amb propietats anti biofilm que faci disminuir el risc d'infeccions associades a implants. En aquesta tesi, es van fabricar aliatges porosos equiatòmics de Fe-Mn en forma de disc mitjançant pulvimetal·lúrgia per molta en un molí de boles i posterior sinterització al buit. En el primer estudi es va abordar la incorporació de Ag amb capacitat anti bactericida a l'aliatge Fe50Mn50 mitjançant aliat mecànic de pols metàl·liques per formar precipitats rics en Ag uniformement dispersos dins de la matriu de FeMn. El segon estudi es va enfocar en la deposició d'un recobriment de ZnO sobre el disc porós de FeMn mitjançant el mètode de recobriment per immersió (dip-coating). La introducció d'Ag i ZnO tenia com a objectiu accelerar la velocitat de degradació del material i, simultàniament, dificultar la formació de biopel·lícules. Es van emprar diverses tècniques per caracteritzar les propietats dels materials sintetitzats, incloent-hi la microscòpia electrònica de rastreig, la microscòpia electrònica de transmissió, i la difracció de raigs X per a la caracterització de la microestructura, mentre que es van dur a terme assajos de nanoindentació i compressió per avaluar-ne les propietats mecàniques. La biodegradabilitat es va investigar tot submergint les mostres en una solució de Hank's (HBSS). Així, es va quantificar l'alliberament d'ions de Fe, Mn i Ag/Zn per avaluar la velocitat de degradació. Les propietats magnètiques es van estudiar per magnetometria de mostra vibrant abans i després de la immersió en HBSS. També es van dur a terme estudis de citocompatibilitat en cèl·lules Saos-2, de les respostes inflamatòries de les citocines, i de la formació de biopel·lícules de Staphylococcus aureus. Els resultats van revelar que és factible fabricar biomaterials porosos, no citotòxics, de base FeMn mitjançant pulvimetal·lúrgia. Es va observar que la microestructura dels aliatges porosos de FeMn(-xAg) canvia amb l'augment del contingut de Ag, des duna única fase austenítica fins a la coexistència de fases austenita i martensita, cosa que també condueix a una major resistència mecànica dels aliatges que contenen Ag. Les proves d'immersió de FeMn(-xAg), realitzades fins a 84 dies, van revelar que l'alliberament de Mn és més gran que el de Fe. Es va observar la formació de productes de degradació enriquits en O, Ca, P i Cl. D'altra banda, el recobriment dels discs de FeM amb ZnO va permetre millorar significativament la velocitat de degradació del material, observant-se un augment significatiu de l'alliberament d'ions fins als 28 dies d'immersió. Es va observar la formació de fases secundàries durant el procés de fabricació de les mostres, fet que podia explicar l'increment observat en la velocitat de degradació. Tots dos grups de materials van mostrar bona citocompatibilitat en cèl·lules Saos-2. A més, l'addició d'Ag i ZnO conduïa a una reducció en la formació de biopel·lícules de S. aureus en comparació amb l'aliatge de base FeMn.
Fabrication and characterization of FeMn alloys with antibiofilm properties for biodegradable implant applications
Bartkowska ., A. (Autor). 9 de nov. 2023
Tesi d’estudis: Tesi doctoral
Tesi d’estudis: Tesi doctoral