Los implantes biodegradables constituyen una nueva generación de materiales biomédicos que se están desarrollando para ayudar en los procesos de cicatrización de los tejidos para degradarse gradualmente in vivo una vez cumplida su función. En los últimos años, las aleaciones de Fe-Mn se han postulado como candidatas para implantes biodegradables debido a sus excelentes propiedades mecánicas y una velocidad de corrosión adecuada. Además, se está evaluando la incorporación de elementos antimicrobianos, como Ag y ZnO, para desarrollar un material con propiedades anti biofilm que disminuya el riesgo de infecciones asociadas a implantes. En esta tesis, se fabricaron aleaciones porosas equiatómicas de Fe-Mn en forma de disco mediante pulvimetalurgia por molienda en molino de bolas y posterior sinterización al vacío. En el primer estudio se abordó la incorporación de Ag con capacidad antibacteriana en la aleación Fe50Mn50 mediante el aleado mecánico de polvos metálicos para formar precipitados ricos en Ag uniformemente dispersos dentro de la matriz de FeMn. El segundo estudio se enfocó en la deposición de un recubrimiento de ZnO sobre el disco poroso de FeMn mediante el método de recubrimiento por inmersión (dip-coating). La introducción de Ag y ZnO tenía como objetivo acelerar la velocidad de degradación del material y simultáneamente dificultar la formación de biopelículas. Se emplearon diversas técnicas para caracterizar las propiedades de los materiales sintetizados, incluida la microscopía electrónica de barrido, la microscopía electrónica de transmisión, y la difracción de rayos X para la caracterización microestructural, mientras que se utilizaron ensayos de nanoindentación y compresión para evaluar las propiedades mecánicas. La biodegradabilidad se investigó sumergiendo las muestras en una solución de Hank's (HBSS). Se cuantificó la liberación de iones de Fe, Mn y Ag/Zn para evaluar la velocidad de degradación. Las propiedades magnéticas se estudiaron mediante magnetometría de muestra vibrante antes y después de la inmersión en HBSS. También se realizaron estudios de citocompatibilidad con células Saos-2, de las respuestas inflamatorias de las citocinas y de la formación de biopelículas de Staphylococcus aureus. Los resultados revelaron que es viable fabricar biomateriales porosos, no citotóxicos, de base FeMn mediante pulvimetalurgia. Se observó que la microestructura de las aleaciones porosas de FeMn(-xAg) cambia con el aumento del contenido de Ag, desde una única fase austenítica a una fase dual que comprende austenita y martensita, lo que también conduce a una mayor resistencia mecánica de las aleaciones que contienen Ag. Las pruebas de inmersión de FeMn(-xAg), realizadas hasta 84 días, revelaron que la liberación de Mn es mayor que la de Fe. Se observó formación de productos de degradación enriquecidos en O, Ca, P y Cl. Por otro lado, el recubrimiento de los discos de FeMn con ZnO mejoró significativamente la velocidad de degradación, con un aumento significativo en la liberación de iones hasta los 28 días de inmersión. Se observó la formación de fases secundarias durante el proceso de fabricación de las muestras, lo que contribuía a explicar el incremento observado en la velocidad degradación. Ambos grupos de materiales mostraron buena citocompatibilidad con células Saos-2. Además, la adición de Ag y ZnO conduce a una reducción en la formación de biopelículas de S. aureus en comparación con la aleación base de FeMn.
Fabrication and characterization of FeMn alloys with antibiofilm properties for biodegradable implant applications
Bartkowska ., A. (Autor/a). 9 nov 2023
Tesis doctoral