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Proyectos

Proyecto USM sobre implantes de titanio busca mejorar su biofuncionalidad

La investigación en la que participa la académica del Departamento de Mecánica, Sheila Lascano se denomina “Caracterización de espumas de titanio con tamaño de grano Ultrafino para Implantes Biomédicos Fabricadas Mediante Técnicas de Pulvimetalurgia No Convencionales” y tiene como objetivo reducir el fenómeno de apantallamiento de tensiones

proyecto 2.1 De acuerdo a la organización mundial de la salud, Chile ha sido reconocido como el país con la población más longeva en América Latina y como el segundo país que suma más años de vida entre sus habitantes en las últimas dos décadas. El reporte indica que en general la población vive 11 años más que el promedio a nivel mundial (68 años). El envejecimiento de la población, y diferentes tipos enfermedades conllevan a que la mayoría de los tejidos óseos muestren una importante degradación de sus propiedades, condicionando la calidad de vida de las personas, convirtiéndose en un problema de salud pública. Respecto a su tratamiento clínico y sustitución, el titanio puro (Ti c.p.) y la aleación Ti6Al4V son los biomateriales con mayor éxito clínico, debido a su excelente equilibrio entre propiedades mecánicas y biocompatibilidad. Se estima que al ser casi bioinerte, ésta es la razón principal para su buen comportamiento tanto in vitro como in vivo. Sin embargo, existen tres limitaciones que pueden comprometer su confiabilidad: 1) la rigidez del titanio es mayor que la del hueso lo cual produce el fenómeno de apantallamiento de tensiones (stress-shielding) promoviendo la reabsorción ósea alrededor del implante con un riesgo de falla asociado; 2) a pesar de su alta capacidad de osteointegración, el titanio está rodeado por una delgada cápsula de tejido fibroso incrementando el riesgo de aflojamiento aséptico del implante, y 3) se requieren más estudios acerca de la predicción de la vida de implantes de titanio bajo el criterio de prevención del daño, el cual es la única filosofía de diseño admisible para el desarrollo de biomateriales.

En la actualidad, Chile no es un productor de implantes. El alto costo de importación desde Estados Unidos y Europa, incrementa la dificultad para resolver los problemas sociales que esto implica. Por esta razón, es un reto importante desarrollar materiales adecuados para la aplicación del reemplazo del hueso.

El principal objetivo de este proyecto es obtener mediante metalurgia de polvos (PM) estructuras de titanio poroso con tamaño de grano ultrafino que permitan reducir el fenómeno de apantallamiento de tensiones sin comprometer la confiabilidad durante la aplicación, garantizando la biofuncionalidad del implante.

Con el fin de lograr este objetivo, se propone desarrollar los siguientes objetivos específicos: (1) Fabricar a escala de laboratorio espumas de Titanio poroso de grano ultrafino con y sin microestructura bi-modal usando la técnica de espaciadores. (2) evaluar los parámetros de procesamiento con el fin de obtener el control de la porosidad usando NaCl como espaciador; (3) evaluar el efecto de los parámetros de procesamiento sobre la microestructura (tamaño de poros, interconectividad de poros y porosidad), y el comportamiento macro-micro mecánico de las muestras.

Para conseguir los objetivos propuestos se cuenta con el apoyo de la infraestructura del laboratorio de metalurgia y materiales, el cual ha logrado un equipamiento científico que permitirá abarcar con alto rigor el desarrollo de esta investigación. Actualmente, el laboratorio cuenta con un proyecto Fondecyt, a cargo del colega Claudio Aguilar, quien hace parte del grupo de investigación asociado a este proyecto.

Con el desarrollo de esta investigación se espera: (a) obtener espumas metálicas de titanio de grano ultrafino con y sin microestructura bimodal, (b) evaluar la viabilidad del espaciador y la técnica PM para producir distintos porcentajes de porosidad reduciendo al mínimo la segregación causada por el tamaño de partículas nanométrico; (c) conseguir un tamaños de poros mayor a 100 micrones y porosidad altamente interconectada con el fin de garantizar el libre acceso del fluido fisiológico, plasma sanguíneo y colonización celular (d) controlar el módulo de Young con el fin de resolver el apantallamiento de tensiones asegurando que la pérdida de resistencia mecánica asociada a la porosidad no comprometa la confiabilidad durante la aplicación. Asimismo, el proyecto apunta al fortalecimiento de la formación de un grupo de investigación en nuevos materiales y se enmarca dentro de las líneas de investigación que el Departamento de Ingeniería Mecánica y su programa de Magister han definido.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

El principal objetivo de este proyecto es obtener, mediante metalurgia de polvos (PM), espumas de titanio con tamaño de grano ultrafino que permitan reducir el fenómeno de apantallamiento de tensiones

OBJETIVOS ESPECIFICOS

1) Sintetizar a escala de laboratorio espumas de Titanio poroso de grano ultrafino con y sin microestructura bimodal usando la técnica de espaciadores.

2) Evaluar los parámetros de procesamiento con el fin de obtener el control de la porosidad usando NaCl como espaciador.

3) Estudiar el efecto de los parámetros de procesamiento sobre la microestructura (tamaño de poros, interconectividad de poros y porosidad), y el comportamiento macro-micro mecánico de las muestras.

4) Evaluar factibilidad de producción de espumas a escala piloto