Funcionalización de superficie de aleaciones de magnesio para implantes biodegradables

Résumé

El reto más importante para los implantes temporales es el diseño y fabricación de biomateriales que cumplan con la velocidad de degradación adecuada. La Introducción de esta Tesis Doctoral hace hincapié en la revisión de los biomateriales basados en Mg en cuanto a su comportamiento a la corrosión en condiciones fisiológicas similares a las del cuerpo humano. Las aleaciones comerciales como los nuevos desarrollos para aplicaciones temporales ortopédicas y cardiovasculares son revidados. La modificación superficial de los implantes es una estrategia que permite controlar la composición y la topografía de la superficie, así como su velocidad de degradación. La bibliográfica se centra en los avances en biomateriales híbridos mediante la combinación de capas cerámicas y poliméricas, revelando su potencial para la administración controlada de fármacos. El efecto inhibidor o acelerador de los fármacos sobre el comportamiento de la corrosión del sistema actualmente se pasa por alto. El objetivo de la Tesis es el diseño de sistemas de recubrimiento híbridos para aleaciones de Mg con elementos de aleación biocompatibles funcionalizándolos con fármacos para controlar su resistencia a la corrosión. En el capítulo IV se caracterizaron las aleaciones de binarias y ternarias fabricadas por moldeo y/o extrusión. Se revela un efecto significativo de los elementos de aleación, el proceso de fabricación y la presencia de impurezas en la formación de la microestructura y en el mecanismos de corrosión. Se propuso una rutina fiable para evaluar el comportamiento de corrosión a corto plazo de las aleaciones Mg-Zn-Ca en medio fisiológico. La presencia de compuestos orgánicos en el medio fisiológico y las estrategias de control del pH fueron evaluadas. Controlando el pH a 7.4 con un flujo de CO2, aproximándose a las condiciones in vivo, reveló una idea más realista del mecanismo de degradación. En el capítulo V, se estudió el efecto del proceso PEO incorporando especies químicas en electrolitos en suspensión y transparentes sobre la resistencia a la corrosión. Las aleaciones Mg-Zn-Ca presentaban problemas asociados a la presencia de partículas parcialmente oxidadas ricas en Zn en el recubrimiento PEO, y a la formación de grietas en la interfaz del recubrimiento/sustrato, lo que conducía a una mayor tasa de degradación de los sistemas. Los recubrimientos obtenidos fueron sometidos a pruebas de corrosión. Se seleccionó un recubrimiento sin F formado en electrolito en suspensión sobre la aleación Mg3Zn0,4Ca con menor permeabilidad y una capa de barrera más protectora para el desarrollo posterior de los sistemas HHC. En el capítulo VI, se desarrollaron y optimizaron sistemas HHC compuestos por una capa de PEO y una capa superior de polímero biodegradable homogéneo (PLA o PCL) con estructura porosa, utilizando el método Breath Figures y dip coating. Los materiales híbridos ofrecieron una resistencia a la corrosión 10 veces mayor en comparación con el recubrimiento cerámico y el sustrato. En el capítulo VII, el sistema HHC fue funcionalizado con agentes farmacéuticos incorporados en la capa polimérica porosa tras un estudio preliminar del efecto inhibidor de la corrosión de los fármacos con respecto a la aleación de Mg. Se llevó a cabo una prueba del concepto de portador de fármacos utilizando sólo el polímero para evaluar la influencia de la incorporación del fármaco en la morfología del polímero y la liberación del fármaco. La condiciones óptimas cargando ciprofloxacino en el sistema HHC real evitó la liberación de ráfagas y condujo a una resistencia a la corrosión 2 órdenes de magnitud mayor que el sistema no cargado. Los resultados de esta Tesis ofrecen una ruta de multifuncionalización viable para los biomateriales basados en aleaciones de Mg para posibles aplicaciones en implantes ortopédicos y cardiovasculares temporales.