Fabricación de materiales híbridos polímero/cerámica a baja temperatura.

Los materiales compuestos que contienen un polímero y una cerámica presentan propiedades mecánicas muy interesantes para muchas aplicaciones. Por una parte la fase cerámica en forma de micro o nano-agregados dispersos refuerza mecánicamente una matriz polimérica, aumentando su módulo elástico y propiedades de resistencia mecánica o a la fatiga. Por otra, estos materiales compuestos son mucho menos frágiles que las cerámicas y permiten producir con ellos piezas con formas complejas o materiales porosos.

En este campo, el Centro de Biomateriales e Ingeniería Tisular (CBIT) de la Universitat Politècnica de València tiene la capacidad de producir estos materiales compuestos mediante técnicas sol-gel, y por lo tanto, a baja temperatura.

La fabricación de las cargas cerámicas con técnicas convencionales requiere someterlas a temperaturas de calcinación muy elevadas que los polímeros no pueden soportar. Los polímeros reforzados que se pueden encontrar en el mercado se producen añadiendo una carga cerámica previamente formada al polímero durante el procesado en fundido o disolución, con lo que la interacción entre el polímero y la cerámica es limitada. Lo contrario, disponer de una matriz cerámica que contenga una fase dispersa polimérica capaz de frenar el avance de grietas de fractura y dotar al material de resistencia al impacto es mucho más difícil.

Por tanto, el material híbrido resultante biodegradable es caracterizado por que comprende láminas de una fase cerámica separadas entre sí por láminas finas de una fase orgánica polimérica a las que se encuentran covalentemente unidas constituyendo un material compacto o poroso.

El CBIT ofrece su colaboración en proyectos de desarrollo de nuevos materiales para aplicaciones muy variadas sobre la base de los procedimientos contenidos en esta capacidad.

Aplicaciones

  • El material híbrido polímero/cerámico es un material biodegradable, mecanizable, y de alta rigidez y resistencia, compacto o poroso. Se puede aplicar en intervenciones de cirugia traumatológica, especialmente en aplicaciones de cirugía ósea para mejorar las propiedades de las grapas, clavos, tornillos, varillas o placas de polímeros biorreabsorbibles utilizados para fijar fracturas o corregir defectos óseos. Todo ello mediante la producción de soportes macroporosos para la regeneración ósea. Adicionalmente, el material híbrido podría emplearse en otras aplicaciones industriales, empleando para ello polímeros no biodegradables.

Ventajas técnicas

  • En cirugía ósea la estabilización de fracturas requiere piezas como placas, tornillos, barras o clavos con gran rigidez, alta resistencia a la tracción para soportar altas cargas, resistencia al impacto, baja densidad, y que sean biocompatibles y biodegradables. En la actualidad se emplean metales, como el titanio o el acero inoxidable, que no son biodegradables. Las cerámicas no pueden utilizarse por su fragilidad, y en caso de los polímeros biodegradables tienen una limitada resistencia mecánica y un bajo modulo elástico. Asimismo, las altísimas temperaturas de transformación de los materiales cerámicos convencionales hacen que la combinación con polímeros, que no pueden soportar dichas temperaturas, sea de difícil fabricación. El CBIT tienen la capacidad de producir estos materiales híbridos polímero/cerámico a baja temperatura por técnicas sol-gel, al partir de precursores del material cerámico. Asimismo, este material hibrido comporta un aumento del modulo elastico y propiedades de resistencia mecanica o a la fatiga. Por otra parte, son mucho menos fragiles que las ceramicas y permiten producir con ellos piezas con formas complejas, pudiendo ser compactos o porosos, siendo en estos casos permeable a distintos liquidos, en particular al agua. Esta caracteristica porosa, facilita el implante en un organismo vivo, d¿andole un caracter bioactivo.

Beneficios que aporta

  • Nuevos implantes y productos sanitarios que resuelven problemas médicos hasta ahora no resueltos en cirugía ósea, asó como en diferentes aplicaciones industriales.

Experiencia relevante

  • Patente de invención MATERIAL HÍBRIDO POLÍMERO - CERÁMICA P201230845 propiedad de la Universitat Politècnica de València