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Desarrollo de nuevas aleaciones antibacterianas de Ti-Nb-Ga con baja rigidez para aplicaciones en implantes médicos

Autores: McHendrie, Rhianna; Nguyen, Ngoc Huu; Nguyen, Manh Tuong; Fallahnezhad, Khosro; Vasilev, Krasimir; Truong, Vi Khanh; Hashemi, Reza

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Desarrollo de nuevas aleaciones antibacterianas de Ti-Nb-Ga con baja rigidez para aplicaciones en implantes médicos


Categoría

Ciencias de los Materiales

Subcategoría

Materiales para aplicaciones biomédicas

Palabras clave

Implantes médicos
Biomateriales
Aleaciones a base de titanio
Propiedades antibacterianas
Propiedades mecánicas
Actividad antimicrobiana

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 15

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Con la creciente demanda de implantes médicos y el predominio de fallos asociados a implantes, incluidas infecciones, se ha impulsado una extensa investigación en el desarrollo de nuevos biomateriales que puedan ofrecer características deseables. Este estudio desarrolla y evalúa nuevas aleaciones a base de titanio que contienen adiciones de galio con el objetivo de ofrecer propiedades antibacterianas beneficiosas mientras se mantiene un nivel de rigidez reducido para minimizar el efecto de apantallamiento por estrés al estar en contacto con el hueso. El enfoque está en la microestructura, propiedades mecánicas, actividad antimicrobiana y citocompatibilidad para informar sobre la idoneidad de las aleaciones diseñadas como biometales. Se produjeron aleaciones novedosas de Ti-33Nb-xGa (x = 3, 5 % en peso) mediante fundición seguida de un tratamiento de homogeneización, donde todos los resultados se compararon con la aleación actualmente empleada Ti-6Al-4V. Los resultados de la microscopía óptica, la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la espectroscopía de energía dispersiva (EDS) mostraron una microestructura de fase beta única en ambas aleaciones que contienen Ga, donde Ti-33Nb-5Ga también estaba dominada por granos de fase alfa dendrítica en una matriz de fase beta. El análisis de EDS indicó que los dendritos de fase alfa en Ti-33Nb-5Ga estaban enriquecidos con titanio, mientras que la fase beta era más rica en elementos de niobio y galio. Las propiedades mecánicas se midieron utilizando métodos de nanoindentación y microdureza, donde el módulo de Young para Ti-33Nb-3Ga y Ti-33Nb-5Ga se encontró en 75.4 +/- 2.4 y 67.2 +/- 1.6 GPa, respectivamente, una reducción significativa del 37% y 44% con respecto a Ti-6Al-4V. Esta reducción ayuda a abordar el módulo de Young desproporcionado entre los componentes de implantes de titanio y el hueso cortical. Es importante destacar que ambas aleaciones lograron con éxito propiedades antimicrobianas superiores contra bacterias Gram-negativas y Gram-positivas. Se observó una eficacia antibacteriana de hasta 90 +/- 5% para la aleación del 3 % en peso y del 95 +/- 3% para la aleación del 5 % en peso. Estos hallazgos significan una mejora sustancial del rendimiento antimicrobiano en comparación con Ti-6Al-4V, que exhibió tasas muy bajas (hasta 6.3 +/- 1.5%). No se observó citotoxicidad en líneas celulares hGF durante 24 h. La morfología celular y la distribución del citoesqueleto parecieron mostrar una morfología típica con un núcleo prominente, morfología de fibroblastos en forma de huso alargado y fibras de estrés filamentoso de F-actina en una estructura bien definida de haces paralelos a lo largo del eje celular. Las aleaciones desarrolladas en este trabajo han mostrado resultados muy prometedores y se sugiere que se examinen más a fondo para su uso en componentes de implantes ortopédicos.

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