Titanio biobateragarrizko aleazioak hortz-inplanteentzat

Hortzen sektorea aitzindaria da merkatu bolumenagatik eta berritzeko duen gaitasunagatik. Hortz piezak ordezkatzeko edo berriztatzeko protesiak protesi-laborategietan fabrikatzen dira odontologoek edo hortz-klinikek eskatuta. Banatuta dagoen eta lehiakortasun maila altua duen sektorea izanda, etengabea da soluzioak hobetzeko bilaketa, beraz, erabiltzen den teknologia beti da abangoardiakoa.

Azken urteotan, titaniozko inplanteak bilakatu dira soluzio ohikoena hortz-sektorean, haien biobateragarritasuna eta korrosioaren aurkako erresistentzia dela eta. Hala ere, porrot maila altua da oraindik, beraz, egun erabiltzen diren aleazioen ahultasunak murriztuko dituzten aleazio eta soluzio berriak garatzeko interesa areagotu da industrian.

Inplanteen akats gehienak ezaugarri mekanikoen galerarekin eta inplantearen eta hortzaren arteko interfasean sortzen diren fenomeno biologikoekin lotuta daude, hala nola, bakteria-kolonien sorrera, zuntz-ehunen sorrera eta inplantearen material-partikulen metaketa.

Inplanteek eguneroko jarduera dela eta, hots, janaria murtxikatzean sortzen diren mikro-mugimenduak, jasaten duten higaduraren ondorioa dira azken hauek. Gainera, inplantea pazientearen masailezurrera torlojuekin lotzean, protesia higatu daiteke eta partikulak aska daitezke. Arrazoi hauengatik, oso garrantzitsuak dira inplanteen ezaugarri tribologikoak.

Halaber, listua bezalako fluido fisiologikoek higadura handia sortzen dute eta inplantearen aleazioa disolba dezakete metalezko ioien askatzea ahalbidetuz. Horrek guztiak erantzun zelular kaltegarriak, infekzioak, inplantea laxatzea, mina, eta azkenik, errefusa eta inplantea aldatzeko beharra ondoriozta ditzake.

Aipatzekoa da industria biomedikoak titaniozko aleazio ohizkoenak, Ti6Al4V (Ti 5. gradua) edo Ti6Al7Nb, aleazio seguruagoengatik eta erresistentzia mekaniko altuagoa edo deformatzeko gaitasun handiagoa duten ezaugarri mekaniko hobeagoengatik ordezkatzeko agertu duen interesa. Gainera, aleazio hauek aluminioa dute, Alzheimerra bezalako endekapenezko gaixotasunekin lotutako metala, hain zuzen.

Egoera hau aldatzen laguntzeko soluzio teknologikoki aurreratua garatzeko helburuarekin, IK4-TEKNIKER ezaugarri mekaniko bikainak dituen titaniozko β aleazio super-malgu batean oinarritutako inplante belaunaldi berriak sortzeko lanean ari da.

Gainera, zentro teknologikoak inplante hauen azalera funtzionalizatu nahi du inplanteei ezaugarri bioaktiboak eta bakterien kontrakoak emanez, osteointegrazioa ahalbidetzeko eta protesiaren eta hezurraren arteko interfasean metatzen diren bakteriek ondorioztatutako infekzioak murrizteko.

IK4-TEKNIKER-en gaitasunak

IK4-TEKNIKER-ek espezializazio maila altua du gainazal-ingeniaritzan, tribologiaren eta estalduren esparruan eta aditua da hainbat materialen (metalikoen, polimerikoen, zeramikoen) gaineko funtzionaltasun-tarte handia hartzen duten aplikazioetarako irtenbide espezifikoak garatzen.

Beraz, inplanteen azaleren funtzionaltasuna gauzatzeko IK4-TEKNIKER-ek Plasma bidezko Elektro-Oxidazio teknika (PEO, Plasma Electrolytic Oxidation ingelesez) aurreratua aplikatuko du.

PEO teknologia oxidazio prozesu elektrokimikoa da. Haren bidez, oxido geruza bat sortzen da aleazioaren azaleran, laginak polarizatzean azaleran gertatzen diren mikro-deskargen ondorioz.

Teknika ohizko anodizatuan oinarritzen da, baina tentsio eta korronte handiagoak erabiltzen dira. Elementu jakin batzuk prozesuaren elektrolitora gehitzeko aukera emateko moduan diseinatu daiteke sortutako geruzen osaketa. Adibidez, posible da fosforoa eta kaltzioa duten oxido geruzak sortzea osteointegrazioa errazteko, edo iodoa edo zilarra bezalako elementu biozidekin, estaldurari mikrobioen kontrako ezaugarriak emateko.

Teknika honen bidez sortutako geruzak, zeramikoak, uniformeak, kontrolatutako lodieradunak eta, aldi berean, dentsoak eta porotsuak dira. Substratuari itsasteko gaitasun handia dute, baita gogortasuna eta higaduraren kontrako erresistentzia ona ere.

Ikerketa honen esparruan, ikertzaileek kaltzioa eta fosforoa bezalako elementuak gehitzen dizkiete geruzei biobateragarritasuna eta osteointegrazioa errazteko, baita infekzioak murrizteko agente biozidak ere. Estaldurek korrosioari eta higadurari aurre egiteko ezaugarri hobeak emango dizkiete garatutako titaniozko β aleazio berriari.

Azaleko tratamendu funtzionalizatuak PEO teknikaren bidez gauzatzeko, IK4-TEKNIKER-eko taldeak elektrolito desberdinak formulatu ditu, nahi den konposaketa kimikoa duten geruzak lortu ahal izateko. Gainera prozesu bat diseinatu dute, korronte eta prozesu denbora desberdinak frogatuz, lodiera, gogortasun eta zimurtasun jakinak lortu arte.

Sortutako geruzak ekortze-mikroskopio elektroniko (SEM-EDS) teknika desberdinekin gauzatu dira lodiera eta osaketa zehazteko. Halaber, geruzen gaitasun bakterizida ebaluatu da, mikrobioen aurkako jarduera aztertzen duten entseguen bidez eta listuaren kontaktuagatik ematen den askatze ionikoa ere aztertu da.

Geruzei korrosio, higatze eta tribokorrosio entseguak egin zaizkie PEO prozesuaren ondoren titaniozko aleazioan lortutako ezaugarrien hobekuntza egiaztatzeko.

Prozesuaren diseinua amaitzean, IK4-TEKNIKER-ek teknika aplikatuko da prozesua egokituz benetako inplantearen geometriak estaltzeko.

Abantaila gehiago sektorearentzat

Lan honen emaitza abantaila anitz eskainiko dituzten hortz-inplanteen sorrera izango da, hala nola, egun erabiltzen diren aleazioenak baino hobeak diren ezaugarri mekanikoak. Gainera, titaniozko β aleazioaren konposaketak ez ditu aluminioa edo banadioa bezalako elementu kimikorik izango, beraz, seguruagoa izango da erabiltzaileentzat.

Sortutako estaldurek korrosioaren eta higaduraren aurkako erresistentzia areagotuko dute, infekzio larriak eta inplantearen errefusa ondoriozta dezaketen askatze ionikoa murriztuz. Oxido geruzek osteointegrazioa hobetuko dute eta inplantearen eta hezurraren arteko interfasean metatzen diren bakteriak gutxiagotuko dira.

Geometria konplexua duten piezen estalduran PEO teknika erabiltzean, beste teknika batzuekin ez bezala, gogortasun handiko geruza dentsoak sortu ahal izango dira.

IK4-TEKNIKER-k abiarazitako ikerketa BioTiDent proiektuaren esparruan garatzen da. Proiektu hau MANUNET fabrikazio aurreratura bideratutako nazioarteko I+G proiektuen ekimenaren barruan kokatzen da, bertan 14 herrialdek eta 11 eskualdek parte hartzen dute.

PDF deskarga