Funcionalización superficial de aleaciones de titanio mediante anodizado para aplicaciones biomédicas

Abstract

Los grandes avances tecnológicos del siglo XX permitieron impulsar el desarrollo de nuevos materiales y dispositivos en diversos campos de la tecnología. Entre ellos destaca la medicina, siendo las áreas de medicina cardiovascular, reconstructiva y ortopédica donde el desarrollo de stents, válvulas cardiacas, implantes dentales, espinales, prótesis osteoarticulares totales y/o parciales, ha supuesto un gran avance de enorme repercusión económica y social. A este éxito han contribuido en gran medida los materiales metálicos. Sin embargo, su uso no está todavía exento de inconvenientes. Uno de los principales problemas asociados a los implantes metálicos son las infecciones post-operatorias que pueden llegar a provocar el rechazo del mismo Una forma de prevenir estas infecciones es modificar la superficie del implante para dotarla con propiedades antibacterianas. De entre las diferentes técnicas de modificación superficial que se emplean en la actualidad con el fin de dotar a los biomateriales y en especial a los implantes de titanio, con propiedades que permitan prevenir o eliminar el riesgo de infecciones, en este trabajo se ha utilizado el anodizado ya que permite crecer capas de óxido de nanoestructura, espesor y composición controladas, difícilmente alcanzable por otros métodos. En la presente tesis se han crecido capas anódicas sobre dos aleaciones de titanio, Ti6Al4V y Ti13Nb13Zr, a partir de diferentes electrolitos acuosos, consiguiéndose diseñar nuevas nanoestructuras de óxido de titanio que confieren propiedades antibacterianas a la superficie y que además mejoran la osteointegración y proliferación celular. El trabajo realizado en esta tesis engloba desde la definición de las condiciones de crecimiento y su optimización -composición y pH del baño de anodizado, voltaje/corriente aplicados, tiempos de crecimiento, temperatura-, hasta la caracterización morfológica, estequiométrica, microestructural de las capas crecidas y su estabilidad química en una solución fisiológica simulada (PBS) que permita entender cuál será su respuesta en el interior del cuerpo humano. Para ello, se han empleado una gran variedad de técnicas, entre las que destacan, las de caracterización superficial: microscopía electrónica de barrido (SEM) y transmisión (TEM), espectroscopía de energía dispersiva de rayos X (EDS), espectrometría de retrodispersión Rutherford (RBS), espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS), espectrometría Raman, difracción de rayos X (XDR), perfilometría confocal y determinación de la energía superficial. Así como, técnicas más específicas para el estudio de la estabilidad química de las capas como: las técnicas electroquímicas de estado estacionario y no estacionario (DC y AC).