Optimización y caracterización de esponjas de vidrio bioactivo para aplicaciones ortopédicas

Abstract

This project aims to produce 45S5 bioactive glass foams, (45% SiO2 - 24.5% CaO - 24.5% Na2O - 6% P2O5) , varying the initial composition: foaming / binder / bioglass, through a novel process of powder technology and polymer foam, patented by the IMI (Industrial Materials Institute, Boucherville, QC, Canada). Initially, there were proved various mixtures of which was chosen the optimal one, it was 0.50% foaming / 54.50% binder / 45% bioglass, wt%. The mixing of the powders was carried out in a shaker-mixer and it was compacted in molds of alumina. The samples obtained were submitted to a heat treatment in two stages, the first one, foaming, and the second one, pyrolysis and sintering in the same thermal profile, with the goal of obtaining foams with good mechanical properties and a good bioactive response by immersion in SBF. The sintering temperature of foams was 975 ° C. Subsequently, the samples were machined to obtain uniform cylinder dimensions for mechanical testing from which there were some cut into slices (discs) that were immersed in SBF for bioactivity tests for 0, 1, 3, 7, 14, 21 and 28 days. The characterization of foams before immersion in SBF was performed by scanning electron microscopy (SEM) and microtomography (μCT) also they were tested for compression, porosity determination and determine density. After immersion the samples were observed with SEM and analyzed by EDS, X ray diffraction (XRD) and infrared spectroscopy (FT-IR), also the mass variation was estimated.

En la presente investigación se fabricaron espumas de vidrio bioactivo 45S5, 45% SiO2 – 24.5% CaO – 24.5% Na2O – 6% P2O5 en peso, variando la composición inicial: espumante/ligante/biovidrio, a través de un proceso novedoso de tecnología de polvos y espumado de polímeros, patentado por el Instituto de Materiales Industriales (IMI - Industrial Materials Institute, Boucherville, QC, Canadá). Inicialmente, se realizaron varias mezclas, de las cuales se eligió la óptima de 0.50% espumante/54.50% ligante/45% biovidrio, en peso. El mezclado de los polvos se llevó a cabo en una túrbula y se llevó a cabo una pequeña compactación con la mano en moldes de alúmina. Las pastillas así obtenidas se sometieron a un tratamiento térmico de dos etapas, la primera de espumado y la segunda de pirolisis y sinterizado en el mismo perfil térmico, con el objetivo de obtener espumas con buenas propiedades mecánicas así como una buena respuesta bioactiva bajo pruebas de inmersión en fluido corporal simulado (SBF). La temperatura de sinterización de las espumas fue de 975ºC. Posteriormente, las espumas se maquinaron para obtener cilindros uniformes en dimensión para las pruebas mecánicas, y otras se cortaron en pastillas que fueron inmersas en SBF para las pruebas de bioactividad durante 0, 1, 3, 7, 14, 21 y 28 días. La caracterización de las espumas antes de la inmersión en SBF se realizó mediante microscopia electrónica de barrido (MEB) y microtomografía (μCT), además se realizaron pruebas de compresión, determinación de porosidad y densidad. Después de la inmersión se observaron mediante MEB y se analizaron por EDS, difracción de rayos X (DRX) y espectroscopia infrarroja (FT-IR), y se realizó el cálculo de variación de masa.