RT Dissertation/Thesis
T1 Caracterización biológica de nano-recubrimientos cerámicos para ingeniería biomédica
T2 Caracterización biolóxica de nanomateriais cerámicos para enxeñaría biomédica
A1 Hidalgo Robatto, Bettiana Marcela
K1 3312 Tecnología de Materiales
K1 3312.03 Materiales Cerámicos
K1 2407.01 Cultivo Celular
AB La presente tesis doctoral se centra en la obtención de nano-recubrimientos avanzadoscon propiedades antibacterianas que supongan un salto cualitativo en las prestaciones delas prótesis e implantes actuales. Se propone aportar un recubrimiento, en el rango nanométrico, como estrategia local para mitigar o reducir la probabilidad de colonizaciónbacteriana de las prótesis, sin perjudicar el adecuado crecimiento de las células presentes en el entorno biológico próximo al implante, mejorando con ello la osteointegracióndel mismo y, por tanto, su fijación y estabilidad.Para ello se aborda, como primera estrategia, la mejora de la composición de los actuales recubrimientos basados en fostatos cálcicos mediante la incorporación de elementoscon propiedades antibacterianas (Cu, Zn, F) y, como segunda estrategia, la funcionalización de la superficie del titanio con un nano-recubrimiento basado en el óxido de grafeno que posibilite el anclaje de compuestos antibacterianos u otras biomoléculas deinterés.El abordaje experimental para la obtención de los nano-recubrimientos se realiza, en elprimer caso, mediante la técnica denominada Depósito por Láser Pulsado (PLD), utilizando materias primas de origen sintético (hidroxiapatita comercial y óxidos de Cu yZn) y también de origen biológico (fluorapatita de diente de tiburón). En la segundaestrategia se utiliza un método simple de depósito por goteo y posterior tratamiento térmico de un compuesto de óxido de grafeno sobre la superficie metálica a recubrir.Entrando en detalle, los nano-recubrimientos se han estudiado en cuanto a morfologíasuperficial por microscopía electrónica de barrido (SEM), topografía y espesor por perfilometría interferométrica o propiedades mecánicas por nanoindentación. Las características estructurales se han evaluado mediante difracción de rayos X (XRD) y configuración de enlaces por espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) yespectroscopia Raman. Finalmente, la composición elemental de los nanorecubrimientos se ha determinado mediante rayos X por dispersión de energía (EDS) yespectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS), al igual que el grado de hidrofobicidad por ángulo de contacto. La caracterización biológica se realizó mediante ensayosbiológicos con líneas celulares eucariotas (MC3T3-E1, MG63) y estudios microbiológicos con las cepas bacterianas Escherichia coli, Staphylococcus aureus y Staphylococcusepidermidis.Los resultados experimentales han demostrado la viabilidad de obtener nanorecubrimientos mediante ambas estrategias, tanto apatitas dopadas (Cu, Zn, F) comoóxido de grafeno reducido, con una respuesta biológica óptima. Entre las conclusionesmás específicas cabe destacar que se confirma la incorporación de los elementos minoritarios (Cu, Zn o F) en la estructura apatítica, controlando la concentración del elementodopante. Se demuestra que tanto el Cu como el Zn se localizan en la red de apatita sustituyendo a iones Ca, modificándose el tamaño de cristal, dando lugar a un aumento delos ratios Cu/Ca y Zn/Ca. En el caso del F se constata que se requiere la presencia devapor de agua durante el procesamiento de los nano-recubrimientos para favorecer la cristalinidad y una transferencia más eficiente de los elementos minoritarios (F, Na yMg) y de los grupos CO3-2y H2O. Por otra parte, en los nano-recubrimientos de óxidode grafeno se demuestra que un tratamiento térmico en el rango de temperaturas entre200-400 ºC promueve la reducción parcial del material con ruptura de enlaces C-O y,con ello, un descenso en su grado de hidrofilicidad.Por último, la caracterización biológica de los nano-recubrimientos basados en apatitasdopadas con Cu, Zn y F demostró la viabilidad celular in vitro de los mismos con preosteoblastos MC3T3-E1 y sus propiedades antibacterianas. En este sentido se comprobóla reducción estadísticamente significativa, frente a apatitas sin dopar, del crecimientode S. aureus sobre los nano-recubrimientos dopados (Cu, Zn y F), de E. coli sobre losnano-recubrimientos dopados con Cu y de S. epidermidis sobre los dopados con F. Seprobó, además, cómo la presencia en las apatitas de concentraciones de Cu en un 2% at.,Zn en un 0.15% at. y F en un 1.96% at. promueve la síntesis de la enzima fosfatasa alcalina (ALP), marcador temprano de actividad osteogénica, tras 21 días en los tres recubrimientos. Por otro lado, también se constata la viabilidad celular in vitro con célulasMG63 de los extractos de los nano-recubrimientos de óxido de grafeno reducido y, endefinitiva, se demuestra en este trabajo la posibilidad de producir nano-recubrimientosmediante ambas estrategias, tanto apatitas dopadas (Cu, Zn, F) como óxido de grafeno,con una respuesta biológica adecuada, aportando nuevas funcionalidades a las prótesis eimplantes actuales.
YR 2019
FD 2019-03-06
LK http://hdl.handle.net/11093/1206
UL http://hdl.handle.net/11093/1206
LA spa
NO Xunta de Galicia | Ref. Plan I2C
DS Investigo
RD 02-dic-2024