Diseño y procesamiento de vitrocerámicos bioactivos

Abstract

Desde el descubrimiento del Bioglass 45S5 (Bioglass®) en los años 70, el cual sigue siendo un estándar de referencia por sus propiedades bioactivas, muchos estudios se han realizado con el objeto de producir estos materiales tratando de mejorar sus propiedades para diversificar sus aplicaciones. Entre los materiales derivados de dichos estudios se encuentran los vitrocerámicos bioactivos, los cuales se obtienen por cristalización controlada de vidrios, y que tienen propiedades mecánicas mejoradas y reactividad controlada con respecto a sus precursores vítreos. La formulación de los vidrios con agregados de determinados componentes puede permitir también desarrollar, por tratamiento térmico, fases cristalinas que proporcionen un aspecto estético al producto final. El objetivo general del trabajo de Tesis está basado en la obtención y caracterización de vitrocerámicos bioactivos, parcialmente preparados a partir de materias primas naturales provistas por industrias mineras nacionales (ej. feldespatos y cuarzo), y su posterior evaluación referente a propiedades físicas, químicas, y aspectos de bioactividad para sus aplicaciones en la reparación y/o reemplazo de tejidos óseos. Todas las formulaciones desarrolladas se obtuvieron teniendo en cuenta como base la composición del Bioglass 45S5 (45 % SiO2, 24,5 % Na2O, 24,5 % CaO y 6 % P2O5, en peso). A partir de allí se incorporaron distintas cantidades de Al2O3 por medio de un feldespato potásico muy puro (K2O Al2O3 3SiO2). Las composiciones de los vidrios en una primera etapa fueron obtenidas reemplazando parte del Na2O por Al2O3 y K2O, para alcanzar contenidos de 0,5 y 2,5 % en peso de Al2O3. En una segunda etapa se obtuvieron vidrios por reemplazos de Al2O3 por SiO2 y Na2O por K2O en la composición molar para alcanzar contenidos de 1,5 y 3 % molar de Al2O3, equivalentes a 2,5 y 5 % en peso. Finalmente se desarrollaron composiciones con contenidos teóricos de leucita (25, 30, 40 y 50 % en peso) y Bioglass 45S5. Todos los agregados se hicieron con el objeto de poder desarrollar fases que contuvieran Al2O3, de forma tal de no influir negativamente en la bioactividad del material e incrementando sus propiedades mecánicas. Por último, las composiciones con diferentes contenidos teóricos de leucita y Bioglass fueron nuevamente producidas, pero utilizando exclusivamente reactivos analíticos con fines comparativos respecto a los materiales producidos por medio de minerales. Las técnicas utilizadas para la caracterización y medición de propiedades fueron: Difracción de rayos X, fluorescencia de rayos X, espectroscopía de fotoelectrones de rayos X, análisis térmicos, distribución de tamaño de partícula, espectroscopía infrarroja, microscopía electrónica de barrido, espectroscopía de rayos X dispersiva en energía, microscopía de calefacción, dilatometría, ensayos de bioactividad, compresión diametral, dureza y tenacidad. Se pudo dilucidar que es posible diseñar vitrocerámicos bioactivos utilizando parcialmente minerales naturales, tales como cuarzo y feldespato muy puros, los cuales tuvieron características muy similares a los materiales de las mismas composiciones producidos a partir de reactivos analíticos. Pudo confirmarse que la bioactividad y las propiedades mecánicas fueron variables en función de la composición, lo que esta está ligado al agregado de cuarzo y feldespato. En todos los casos los valores de las propiedades mecánicas fueron comparables con los vitrocerámicos derivados del Bioglass 45S5 comercial. Por todo lo antedicho, estos materiales podrían ser utilizados en remplazos o reparación de tejidos óseos, y además por su aspecto estético podrían utilizarse en aplicaciones odontológicas.