Vidrios y vitroceramicos bioactivos de silicofosfatos alcalinoterreos / Pablo Germán Galliano

Director: Dr. José M. Porto López

Tesis presentada como requerimiento para obtener el grado académico de Doctor en Ciencia de Materiales

Tesis (Doctorado)--Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Dto Materiales, 1994.

En este trabajo se estudia la estructura y propiedades de vidrios y vitrocerámicos bioactivos del sistema CaO-SiO2-P2O5.xCaF2.yMO (M=Mg, Sr). estos materiales se utilizan para la reparación o reconstrucción de partes dañadas del sistema óseo, ya que tienen la particularidad de unirse naturalmente al hueso y al tejido blando sin necesidad de fijación externa o cementación. El mecanismo por el cual ocurre este proceso aún está en discusión. El trabajo se dividió en cuatro partes. La primera parte consiste en la preparación de los vidrios por fusión y colada, y el análisis de su estructura. Se estudió el entorno local de cada componente por medio de espectroscopía Raman, resonancia magnética nuclear (NMR) de 31p y 29Si, medidas de densidad y ensayos de indentación, y se planteó una interpretación de la estructura basada en la existencia de zonas ricas en óxidos alcalinotérreos (RO) conteniendo P en unidades PO4 3- monoméricas, rodeadas de una matriz de silicato. A partir del sinterizado y cristalización de algunos de estos vidrios se obtuvieron vitrocerámicos bioactivos densos y con microestructura homogénea. La segunda parte del trabajo es un estudio de la sinterabilidad del sistema, fundamentalmente a partir de microscopía electrónica de barrido (SEM), análisis térmico diferencial (DTA), y medidas de viscosidad a alta temperatura por microscopía de calefacción. Se propuso que la diferencia entre el valor de la temperatura de cristalización del sistema (Tc) y la temperatura de transición vítrea (Tg) es un indicador de la sinterabilidad del sistema, así como lo es la viscosidad a Tc, cuyo valor varía claramente de una muestra a la otra. Se determinó que el agregado de Mg mejora notablemente el proceso, y que la viscosidad no es el factor controlante de la velocidad inicial de cristalización del sistema. La tercera parte es un estudio de la cristalización de los vidrios por medio de difracción de rayos X (XRD), DTA, NMR y SEM, fenómeno que ocurre en dos etapas. En primer lugar cristaliza una oxo-fuorapatita [Caio(PO4)6(O,F2)]. Paralelamente ocurre una depolimerización de la fase vítrea, que queda compuesta principalmente por unidades estructurales de Si Q1 y Q2 (unidades con 1 y 2 oxígenos puente por tetraedro, respectivamente) ésta última con un entorno probablemente similar al correspondiente al polimorfo alfa de la wollastonita. A mayores temperaturas cristaliza wollastonita (CaSiO3) en su forma beta, o diópsido (CaMgSi2O6). Se analizó la estructura, morfología cristalina y el mecanismo de cristalización de apatita y wollastonita. se encontró que el Mg es poco soluble en la fase apatita, mientras que por el contario la fase wollastonita está muy enriquecida en este elemento, principalmente en las primeras etapas del proceso. Con respecto al Sr, éste se concentra en la fase apatita. Por último, se llevo a cabo un estudio del comportamiento del sistema en medios fisiológicos simulados (test de bioactividad in vitro). Luego de estos ensayos, la superficie de las muestras fue analizada por medio de espectroscopía FTIR, XRD, SEM y microanálisis por sonda de electrones (EDAX). Las soluciones de ataque se analizaron por espectroscopía de absorción atómica (EAA). A partír de los resultados de éstos análisis se destacó la importancia de la fase vítrea en el comportamiento del sistema.