Recubrimientos protectores, bioactivos y antibacteriales conteniendo vidrios de borosilicatos y cobre, sobre acero de uso quirúrgico

Abstract

Los metales y sus aleaciones son los principales candidatos para ser utilizados como biomateriales en aquellas aplicaciones donde el implante deba soportar grandes cargas, como en el caso de prótesis empleadas en traumatología y ortopedia. En particular, el acero inoxidable 316L sigue siendo el más utilizado en Latinoamérica para implantes permanentes debido a que se presenta como la opción más económica, con una buena relación costo/beneficio. Dicha aleación se caracteriza por ser bioinerte, tener excelentes propiedades mecánicas y una buena resistencia a la corrosión. Como contrapartida, no presenta características bioactivas por lo que una vez implantado no genera una unión con los tejidos vivos. El medio fisiológico en el cual se encuentra inmerso el implante, posee un alto contenido de cloruros, caídas de pH y variaciones de los niveles de oxígeno, que generan que el acero inoxidable sufra corrosión por picado, llevando en muchos casos a la falla. Por lo tanto, la atención se ha puesto en mejorar las características de la interfaz metal/medio para lograr aumentar la vida útil del implante, recurriendo para ello a modificaciones superficiales. Una de las estrategias posibles para mejorar la resistencia a la corrosión y lograr bioactividad en el implante consiste en recubrir el metal con una capa protectora que actúa como barrera para la difusión de iones, y agregar una segunda capa que contenga partículas bioactivas para favorecer los procesos de osteointegración. En el presente trabajo se propone la aplicación de un recubrimiento híbrido orgánico-inorgánico de dos capas, obtenido por sol-gel y depositado por dip-coating (técnica de inmersión-extracción) sobre un sustrato de acero inoxidable AISI 316L. Como precursores del sol híbrido se utilizaron tetraetoxisilano (TEOS) y metiltrimetoxisilano (MTMS). El sol fue funcionalizado agregando un 5% p/p de partículas de vidrio bioactivo de base silicato y borosilicato, para ser incorporado en la segunda capa del recubrimiento. Al disolverse, las partículas liberan en el organismo iones que favorecen la generación de fosfatos de calcio relacionados con la apatita (principal componente inorgánico del hueso) que propician la unión del implante con el hueso existente. Se incorporó además cobre como dopante de uno de los biovidrios, por sus conocidos efectos antibacteriales y angiogénicos. Se utilizaron diversas técnicas para la caracterización de las muestras obtenidas, incluyendo microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), perfilometría y ensayos de adhesión. Se realizaron ensayos in vitro sumergiendo a las muestras en solución fisiológica simulada (SBF) y manteniéndolas en estufa a 37ºC durante 1, 3, 7 y 14 días, con el objetivo de evaluar la deposición de hidroxiapatita carbonatada (HCA), lo cual es un indicador de posible bioactividad del sistema. Se evaluó el desempeño electroquímico a la resistencia a la corrosión de los sistemas recubiertos propuestos así como sus controles, a 1 y 14 días de inmersión en SBF, utilizando dos técnicas: espectroscopía de impedancia electroquímica y curvas de polarización potenciodinámica. Finalmente, se realizó un ensayo de difusión en agar con una cepa de Escherichia Coli para evaluar el poder antimicrobiano de los recubrimientos con biovidrios dopados con cobre. Los recubrimientos presentaron buena adherencia al sustrato y no se observaron fisuras ni defectos que pudieran comprometer la función protectora de la primera capa. La dispersión de partículas en la segunda capa del recubrimiento resultó muy homogénea aunque se encontró que presenta porosidad submicrónica. Los ensayos in vitro arrojaron resultados promisorios: en los espectros FTIR se encontraron señales que pueden ser asociadas a carbonatos y fosfatos de calcio, indicando que existe algún grado de bioactividad luego de 7 días en inmersión. Este hecho sólo fue confirmado a través de SEM para uno de los biovidrios empleados, donde pueden observarse clusters de hidroxiapatita. El recubrimiento con vidrio dopado con cobre, no presentó en los ensayos con bacterias un halo de inhibición para la cepa bacteriana empleada, lo cual puede atribuirse a una lenta disolución del vidrio y a la necesidad de aumentar su concentración en el recubrimiento. Los ensayos electroquímicos mostraron que los recubrimientos propuestos en este trabajo generan un fuerte aumento en el potencial de picado respecto del metal desnudo, con una disminución de la densidad de corriente de uno a dos órdenes de magnitud. Comparando los resultados a 1 y 14 días, no se detectaron cambios significativos demostrando que los recubrimientos siguen siendo protectores para la corrosión incluso luego de degradarse la capa externa por disolución de las partículas bioactivas. Mail del autor/es Marina Balestriere <marinabalestriere@gmail.com>