Diseño y fabricación de andamios de alúmina para ingeniería tisular ósea

• Autores: Manuela González Sánchez
• Directores de la Tesis: Victor Morales Flórez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2024
• Idioma: español
• Número de páginas: 133
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen
  • español

    En este trabajo se desarrolla un procedimiento experimental para la obtención de estructuras porosas de alúmina mediante la combinación de las técnicas de sinterizado reactivo por chispa de plasma (reactive plasma sintering, rSPS) y plantillas sacrificables de carbono. El objetivo principal es desarrollar alúminas porosas con características similares al hueso cortical, tales como su porosidad y resistencia mecánica, para su posible aplicación en la regeneración ósea. Además, se implementan dos tipos de estrategias de bioactivación de la alúmina basada en la adición de silicatos de calcio y en recubrimiento bioactivo. Para optimizar el proceso de fabricación, se utiliza una herramienta estadística dentro del DOE (Design of Experiments) conocida como el “Método de Taguchi”. Esta metodología permite analizar la influencia de diferentes factores implicados en el proceso, como la cantidad de carbono, el tiempo de sinterizado, la rampa de calentamiento de la calcinación y temperatura del tratamiento térmico, y saber qué valores deben tomar estos para conseguir alúmina porosa con las propiedades deseadas. Una vez obtenida la ruta de fabricación optimizada, se procede a la bioactivación de la alúmina. Para ello se ponen en práctica dos tipos de estrategias: i) la inclusión de fases cálcicas (en este caso, wollastonita) junto a un tratamiento químico superficial con solución piraña; y ii) la incorporación de un recubrimiento en el esqueleto de alúmina. Las muestras se someten a diversas caracterizaciones para evaluar las propiedades estructurales, mecánicas y biológicas, como los test in vitro de bioactividad en SBF (simulated body fluid), citotoxicidad y proliferación celular. Los resultados conseguidos confirman la viabilidad de este procedimiento de fabricación de estructuras de alúmina porosa que presentan propiedades estructurales y mecánicas similares a las del hueso cortical. También, son bioactivas y presentan respuestas biológicas prometedoras que las hacen adecuadas para explorar su futuro empleo en aplicaciones biomédicas.

  • English

    In this work, an experimental procedure is developed to obtain porous alumina structures by combining the techniques of reactive plasma sintering (rSPS) and sacrificial carbon templates. The main objective is to develop porous alumina with properties similar to cortical bone, such as porosity and mechanical strength, for possible application in bone regeneration. In addition, two types of alumina bioactivation strategies based on the addition of calcium silicates and bioactive coating are implemented. To optimise the fabrication process, a statistical tool within the DOE (Design of Experiments) is used, known as the Taguchi Method. This methodology makes it possible to analyse the influence of different factors involved in the process, such as the amount of carbon, sintering time, calcination heating rate and heat treatment temperature, and to know what values these should take in order to obtain porous alumina with the desired properties. Once the optimised fabrication route has been obtained, the alumina is bioactivated. For this purpose, two types of strategies are employed: i) the inclusion of calcium phases (in this case, wollastonite) combined with a chemical surface treatment using piranha solution; and ii) the incorporation of coating on the alumina skeleton. The samples obtained are subjected to various characterisations to evaluate structural, mechanical and biological properties, such as in vitro tests of bioactivity in SBF (simulated body fluid), cytotoxicity and cell proliferation. The results achieved confirm the feasibility of this fabrication route of porous alumina structures with promising structural and mechanical properties similar to the cortical bone. Moreover, they are bioactive and show promising biological response, which make them suitable for exploring their future use in biomedical applications.