Estructuras de solidificación y propiedades de aleaciones destinadas a la sustitución de tejidos duros

Abstract

Los biomateriales se implantan con el objeto de reemplazar y/o restaurar tejidos vivientes y sus funciones, lo que implica que estén expuestos de modo temporal o permanente a la acción de los fluidos del cuerpo. En la presente tesis, se abordan las relaciones existentes entre las propiedades estructurales y su interacción con el cuerpo humano, buscando mejorar su desempeño. Las aleaciones utilizadas para estos fines, deben ser aceptadas por el cuerpo humano sin causar efectos adversos como alergia, inflamación o toxicidad. Por lo tanto, es importante que presenten adecuadas propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y biocompatibilidad. En este trabajo se evaluaron distintos parámetros de solidificación, electroquímicos y biocompatibilidad de prótesis obtenidas mediante fundición por cera perdida. En la solidificación se analizaron los parámetros térmicos, tales como: velocidad de enfriamiento, gradiente térmico, tiempo de solidificación local y temperaturas de solidus y liquidus. Se examinaron las características metalográficas de la macro y microestructura resultante, la composición a nivel macro y microscópico y la microdureza. Además, se establecieron las relaciones entre los parámetros térmicos y metalográficos y se analizó la correlación entre los parámetros metalográficos y la microdureza. El análisis electroquímico mediante curvas de polarización y espectroscopía de impedancia electroquímica, realizados a diferentes condiciones de pH y temperatura, permitió determinar la resistencia a la corrosión. Por último, los efectos genotóxicos, citotóxicos y citostáticos se evaluaron mediante ensayo cometa y ensayo Citómico de Micronúcleos por bloqueo de la Citocinesis. La región más fina de las prótesis metálicas mostró velocidades de enfriamiento y gradientes térmicos superiores comparada con la región más gruesa. Esto, promovió una estructura de grano refinada con una composición mayor de los aleantes Cr y Mo, lo que impulsó una mejora en las condiciones de resistencia a la corrosión, debido a que la película pasiva se forma con mayor velocidad producto del aumento en la fracción de bordes de grano. Sin embargo, el análisis genotóxico, citotóxico y citostático reveló que, tiene más importancia el tipo de ion que se libera frente a otros parámetros como los estructurales.

Biomaterials are implanted to replace and / or restore living tissues and their functions, which implies that they are temporarily or permanently exposed to the action of body fluids. This thesis addresses the relationships between structural properties and their interaction with the body, seeking to improve their performance. The alloys used for these purposes must be accepted by the human body without causing adverse effects such as allergy, inflammation or toxicity. Therefore, it is important that they have adequate mechanical properties, corrosion resistance and biocompatibility. In this work, different solidification, electrochemical and biocompatibility parameters of prostheses obtained by lost wax casting, were evaluated. In the solidification, the thermal parameters were analyzed, such as: cooling rate, thermal gradient, local solidification time and solidus and liquidus temperatures. The metallographic characteristics of the resulting macro and microstructure, the composition at the macro and microscopic level and the micro hardness were also evaluated. Furthermore, the relationships between the thermal and metallographic parameters were established, and the correlation between the metallographic parameters and the microhardness were analyzed. Electrochemical analysis, using polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy, carried out under different pH and temperature conditions, allowed to determine the corrosion resistance. Finally, the genotoxic, cytotoxic and cytostatic effects were evaluated by means of the comet assay and the Cytokinesis blockade of Micronucleus Cytomic assay. The thinnest region of the metal prostheses showed higher cooling rates and thermal gradients compared to the thickest region. This promoted a refined grain structure with a higher composition of Cr and Mo alloys, which boosted the corrosion resistance conditions since it improved the passive film due to the increase in the fraction of grain edges. However, the genotoxic, cytotoxic and cytostatic analysis revealed that the type of ion released is more important than other parameters such as the structural ones.