Nuevos materiales cerámica-niobio con aplicaciones biomédicas

Resumo

En general, todos los biomateriales se desarrollan para mantener un equilibrio entre sus propiedades mecánicas y la relación bioquímica del material con los tejidos. Ambas áreas son de gran importancia para que se llegue a implantar con éxito el material. Sin embargo, en la mayoría (si no en todos los casos) de los implantes integrados en un sistema biológico, se requiere un mayor rango de propiedades, por ejemplo, similitud entre sus propiedades elásticas, que no existan problemas de diagnóstico, etc. Por tanto, existe una necesidad clínica que sólo puede ser llevada a cabo con el diseño de materiales que exhiban una combinación de múltiples propiedades. Este objetivo se puede conseguir mediante la combinación de materiales disimilares en un solo material que puede mostrar propiedades superiores comparados a los materiales monolíticos que los constituyen[201]. La mayoría de los materiales así obtenidos muestran un aumento notable de las propiedades mecánicas, siendo un conocido ejemplo los materiales compuestos cerámica¿metal también denominados cermets. La mayor ventaja de los cermets es que pueden combinar las propiedades disimilares de los materiales cerámicos y los metálicos en un solo material. Debido a la gran cantidad de posibles combinaciones de sus componentes, este campo es muy creativo y ofrece la posibilidad de desarrollar nuevos materiales con un rango de propiedades que generan varias funciones, es decir, que sean materiales multifuncionales. Estas funcionalidades, relacionadas con el campo de la cirugía reconstructiva de tejidos duros, pueden ser por ejemplo, altas propiedades estructurales (resistencia mecánica, dureza, bajo desgaste, etc.), combinadas con una compatibilidad mecánica entre el material y los tejidos que reemplaza, ausencia de problemas de diagnóstico relacionados con los procedimientos de resonancia magnética nuclear, unidos a la conductividad eléctrica de los materiales compuestos que posibilita su mecanizado por electroerosión (contenido de metal cerca del punto de percolación 20% en volumen de fase metálica), etc. La multifuncionalidad puede ser integrada dentro de un material en diferentes escalas dimensionales aumentando su complejidad y su interconectividad según descienden estas. Esta posibilidad revela claramente el poder de los materiales compuestos para generar estructuras complejas que están organizadas jerárquicamente en nano, micro y meso niveles para cubrir las necesidades de los diferentes sistemas. Otra ventaja de los materiales compuestos cerámica¿metal radica en la posibilidad de que pueda darse más de un mecanismo de reforzamiento a la vez. Estos mecanismos pueden interactuar provocando, en ocasiones, una interacción sinérgica. Los primeros estudios teóricos sobre las interacciones sinérgicas fueron realizados por Amaziago y Budiansky[211] basándose en los resultados experimentales de Li et al.[212] y Chen et al.[213]. Posteriormente han surgido más trabajos de este tipo que han puesto claramente de manifiesto que la combinación de múltiples mecanismos de reforzamiento puede provocar un mayor incremento de la tenacidad y la resistencia mecánica que el que correspondería a cada mecanismo por separado. El principal objetivo de la presente investigación será el desarrollo de materiales biocompatibles compuestos cerámica¿Nb micro y nanoestructurados con una mayor estabilidad frente al envejecimiento acelerado, bajo desgaste y propiedades mecánicas superiores a los materiales cerámicos que se emplean actualmente en aplicaciones biomédicas estructurales (tejido duro) y una mayor biocompatibilidad comparada con los metales que se utilizan actualmente (Co¿Cr, acero, etc.). Para ello, se ha utilizado como principal herramienta el diseño microestructural, con el que se pretende controlar simultáneamente la morfología y distribución de los diversos componentes disimilares a diferentes escalas, y establecer relaciones sinérgicas entre los diferentes mecanismos de reforzamiento.