Recubrimientos de cerámica y vidrio nanoestructurados para aplicaciones ortopédicas, parte 4

3. RESULTADOS


3.1. Composición de fases y microestructura de recubrimientos.

Las micrografías SEM de los recubrimientos de HT y SP se muestran en la figura 1. Se pueden observar muchos splats en la superficie rugosa de los recubrimientos (figura 1a, c), como resultado del impacto de los polvos fundidos en las capas de recubrimiento existentes. Las vistas de mayor aumento (figura 1b, d) muestran claramente la existencia de nanoestructuras en las superficies de recubrimiento, con tamaños de grano inferiores a 50 nm. Los valores de rugosidad de la superficie (Ra) medidos por el perfilómetro de superficie se representan gráficamente en la figura 2 y muestran que los recubrimientos de HT y SP tienen valores de Ra similares de alrededor de 7,5 um.

Los patrones de DRX de los polvos recibidos y los recubrimientos pulverizados se muestran en la figura 3. Los patrones de DRX de los polvos HT y SP consisten en muchos picos afilados correspondientes a HT (JCPDS

no. 12-0453; figura 3a) y SP (JCPDS no. 11-0142; figura 3b), lo que indica que las materias primas de pulverización son polvos monofásicos con alta cristalinidad. Los patrones XRD de los recubrimientos muestran que algunos picos se superponen o desaparecen y aparece una protuberancia de vidrio, pero aún se pueden identificar varios picos resueltos a partir del bucle de protuberancia. Esto indica que los recubrimientos tanto de HT como de SP estaban compuestos principalmente de fases de vidrio (amorfas) junto con cierta cantidad de fase cristalina, y en consecuencia, estos recubrimientos se denominaron recubrimientos de vidrio y cerámica.


3.2. Unión interfacial y nanoindentación.

La Figura 4 muestra la morfología de la sección transversal de los recubrimientos de HT y SP y su resistencia de unión.

con Ti-6Al-4V . En comparación con los recubrimientos HT (figura 4a), la unión interfacial de los recubrimientos SP es mejor (figura 4b). La resistencia de la unión de los recubrimientos SP (41.0 +/- 3.5 MPa) es significativamente mayor que la de los recubrimientos HT (27.0 +/- 3.9 MPa; figura 4c).

Los valores de la dureza Vickers de los recubrimientos HT y SP son 539.8 +/- 60.2 y 567.2 +/- 66.5 (Hv), respectivamente, como se muestra en la figura 5. A un valor de p menor que 0.05, no hay diferencias significativas en Vickers Dureza entre estos dos recubrimientos.


3.3. Liberación de iones y variación del pH.

La Figura 6 muestra el cambio del contenido relativo de los elementos de composición de los recubrimientos de HT y SP antes y después de la inmersión en solución de HCl-solución amortiguada de Tris durante 7 días. Después de la inmersión, los contenidos relativos de Si y Zn en el recubrimiento de HT aumentaron, mientras que el de Ca disminuyó (figura 6a). Como la solución tamponada está libre de Si, Ca y Zn, el aumento de los contenidos relativos de Si y Zn se debe a la disminución del contenido de Ca en el recubrimiento de HT. Para los recubrimientos de SP, la variación de los contenidos relativos de Ca y Si antes y después de la inmersión fue menor que para los recubrimientos de HT (figura 6b), mientras que no se encontraron cambios significativos en el contenido de Ti. La Figura 6c muestra un aumento significativo en la relación Si / Ca de los recubrimientos de HT y SP después de la inmersión en la solución tamponada, con el recubrimiento de HT mostrando un aumento significativo sobre los recubrimientos de SP, lo que sugiere una mayor capacidad de los recubrimientos de HT para liberar iones de Ca que de Si Iones en la solución tamponada. Por consiguiente, se puede observar una mayor variación en los valores de pH de la solución tamponada después de la inmersión de los recubrimientos de HT en comparación con los observados para los recubrimientos de SP (figura 6d). La cantidad liberada de iones de Ca y Si de los recubrimientos de HT después de 7 días de inmersión en solución tamponada es significativamente mayor (p < 0.05) que la del recubrimiento de SP (tabla 2), consistente con los resultados de EDS mencionados anteriormente. Además, también se liberó una cierta cantidad de iones Zn del recubrimiento HT, pero la liberación de iones Ti del recubrimiento SP fue insignificante.


3.4 Mineralización acelular en medio de cultivo libre de células.

La morfología de la superficie de los recubrimientos de HT después de la incubación en medio sin células se muestra en la figura 7a, b. Después de 5 h de incubación, se encontró una cantidad significativa de depósitos similares a hongos en la superficie de los recubrimientos de HT (figura 7a, b). La Figura 7c, d muestra los resultados de EDS del recubrimiento de HT antes de la mineralización y los depósitos formados en la superficie después de la mineralización. La intensidad de los picos de Ca aumentó en gran medida, mientras que la de Si disminuyó en gran medida en la EDS de los depósitos (figura 7d). Las relaciones de Ca / Si y Ca / Zn de los recubrimientos de HT antes y después de la inmersión se enumeran en la tabla 3. Las relaciones de Ca / Si y Ca / Zn de los depósitos son significativamente más altas que las de los recubrimientos de HT, lo que sugiere que Ca es uno de Los elementos principales de los depósitos. Además de los picos de los elementos de composición de los recubrimientos, se observó un pico de P con una intensidad similar al pico de Si (figura 7c), lo que indica la existencia de P en los depósitos.

Por el contrario, no se encontraron depósitos en los recubrimientos SP después de 5 h de incubación en medio de cultivo libre de células. Estos resultados indican que los recubrimientos de HT pueden inducir la precipitación de compuestos de Ca y P en sus superficies.


3.5. Acoplamiento celular y proliferación en los recubrimientos.

En la figura 8 se muestran las micrografías que muestran la unión y la propagación de los HOB cultivados en recubrimientos de HT y SP durante 2, 5 y 24 h. de incu bación (figura 8a). A las 5 h, las células se diseminaron más y se aplanaron, y los lamelipodios se extendieron desde el citoplasma para interactuar con los recubrimientos subyacentes (figura 8b). En un examen más detallado, se observaron hOBs que abarcaban un área deprimida de un área elevada a otra por sus lamelipodios (figura 8d).

Además, se observaron algunos filopodios en el borde de los lamelipodios (figura 8d, flechas). Se observaron reacciones de células similares en las HOB después de 24 h de cultivo (figura 8c, e). HOBs cultivadas en recubrimientos SP también

Exhibió buen apego y difusión (figura 9). Sin embargo, HOBs en SP revestimientos exhibieron una mayor

morfología alargada pero menos aplanada en los puntos de tiempo de 2 hy 5 h (figura 9a, b). Con un aumento mayor, los lamelipodios se podían ver fácilmente extendiéndose a lo largo de las superficies del recubrimiento SP, pero no se observaron filopodios obvios (figura 9d, e).

Las tasas de proliferación de HOB en los recubrimientos de HT y SP se compararon con el control (disco Ti-6Al-4V).

Los resultados mostraron que la tasa de proliferación de HOB en los recubrimientos de HT fue más alta (p, 0.05) cuando se comparó

con los recubrimientos SP y el disco Ti-6Al-4V después de 7 días (figura 10). Las células en los recubrimientos SP mostraron una

velocidad de proliferación lenta en los 3 días iniciales de cultivo, que aumentó posteriormente, y alcanzó un nivel similar al de los discos de Ti-6Al-4V en el día 7. Estos resultados implican que las HOB pueden proliferar bien en los recubrimientos de HT y SP.