Search

Aquest estudi s'enfoca a millorar les propietats del titani pur de grau 2 per al seu ús en implants ossis. Es va utilitzar la tècnica d'impressió 3D Direct Ink Writing (DIW) per a fabricar mostres, les quals van ser tractades amb plata i calci per a estimular l'osteointegració i millorar la resistència antibacteriana. Posteriorment, es van esterilitzar mitjançant autoclau, radiació gamma i òxid etilè i es van comparar amb mostres que no van ser esterilitzades, per a avaluar l'efecte del procés d'esterilització en les propietats del material. Per a estudiar l'efecte de l'esterilització, es va realitzar una caracterització superficial mitjançant microscòpia electrònica de rastreig (SEM) i espectroscopía de fotoelectrons de raigs X (XPS), assegurant així que es genera l'estructura esperada. Es van realitzar assajos d'alliberament d'ions, proves microbiològiques i assajos d'adhesió cel·lular amb la finalitat d'avaluar la capacitat antimicrobiana i biocompatibilitat de les provetes. Addicionalment s'analitzen i s'estudien les diferents propietats mecàniques del titani, per a així justificar la selecció d'aquest material i del patró Honeycomb (HC). Els resultats van destacar una certa influència de la tècnica d'impressió 3D, però els tractaments termoquímics van ser els que van repercutir més en les propietats de les mostres. Encara que es va observar un cert impacte del mètode d'esterilització, les diferències principals entre les mostres esterilitzades i no esterilitzades estaven relacionades amb processos previs. Se suggereix millorar la precisió de la impressió 3D i realitzar controls mitjançant la tècnica SEM, en diferents etapes dels tractaments termoquímics. Això ajudaria a determinar les diferents propietats i milloraria la qualitat dels empelts ossis., Este estudio se enfoca en mejorar las propiedades del titanio puro de grado 2 para su uso en implantes óseos. Se utilizó la técnica de impresión 3D “Direct Ink Writing” (DIW) para fabricar muestras, las cuales fueron tratadas con plata y calcio para estimular la osteointegración y mejorar la resistencia antibacteriana. Posteriormente, se esterilizaron mediante autoclave, radiación gamma y óxido etileno y se compararon con muestras que no fueron esterilizadas, para evaluar el efecto del proceso de esterilización en las propiedades del material. Para estudiar el efecto de la esterilización, se realizó una caracterización superficial mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS), asegurando así que se genera la estructura esperada. Se realizaron ensayos de liberación de iones, pruebas microbiológicas y ensayos de adhesión celular con el fin de evaluar la capacidad antimicrobiana y biocompatibilidad de las probetas. Adicionalmente se analizan y se estudian las distintas propiedades mecánicas del titanio, para así justificar la selección de este material y del patrón Honeycomb (HC). Los resultados destacaron cierta influencia de la técnica de impresión 3D, pero los tratamientos termoquímicos fueron los que repercutieron más en las propiedades de las muestras. Aunque se observó cierto impacto del método de esterilización, las diferencias principales entre las muestras esterilizadas y no esterilizadas estaban relacionadas con procesos previos. Se sugiere mejorar la precisión de la impresión 3D y realizar controles mediante la técnica SEM, en distintas etapas de los tratamientos termoquímicos. Esto ayudaría a determinar las distintas propiedades y mejoraría la calidad de los injertos óseos., This study focuses on improving the properties of pure grade 2 titanium for use in bone implants. The Direct Ink Writing (DIW) 3D printing technique was used to produce samples treated with silver and calcium, to promote osseointegration and improve antibacterial resistance. The samples were then sterilised by autoclaving, gamma irradiation and ethylene oxide and compared with unsterilised samples to evaluate the effect of the sterilisation process on material properties. To investigate the effect of sterilisation, surface characterisation was carried out using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to ensure that the expected structure was produced. Ion release test, microbiological tests and cell adhesion tests were performed to evaluate the antimicrobial capacity and biocompatibility of the samples. In addition, the different mechanical properties of titanium were analysed and studied to justify the choice of this material and the Honeycomb (HC) pattern. The results showed some influence of the 3D printing technique, but it was the thermochemical treatments that had the biggest effect on the properties of the samples. Although some effect of the sterilisation method was observed, the main differences between sterilised and non-sterilised samples were related to the previous processes. It is suggested that the accuracy of 3D printing be improved, and SEM controls be carried out at different stages of the thermochemical treatments. This would help to determine the different properties and improve the quality of the bone grafts., Aquest estudi s'enfoca a millorar les propietats del titani pur de grau 2 per al seu ús en implants ossis. Es va utilitzar la tècnica d'impressió 3D Direct Ink Writing (DIW) per a fabricar mostres, les quals van ser tractades amb plata i calci per a estimular l'osteointegració i millorar la resistència antibacteriana. Posteriorment, es van esterilitzar mitjançant autoclau, radiació gamma i òxid etilè i es van comparar amb mostres que no van ser esterilitzades, per a avaluar l'efecte del procés d'esterilització en les propietats del material. Per a estudiar l'efecte de l'esterilització, es va realitzar una caracterització superficial mitjançant microscòpia electrònica de rastreig (SEM) i espectroscopía de fotoelectrons de raigs X (XPS), assegurant així que es genera l'estructura esperada. Es van realitzar assajos d'alliberament d'ions, proves microbiològiques i assajos d'adhesió cel·lular amb la finalitat d'avaluar la capacitat antimicrobiana i biocompatibilitat de les provetes. Addicionalment s'analitzen i s'estudien les diferents propietats mecàniques del titani, per a així justificar la selecció d'aquest material i del patró Honeycomb (HC). Els resultats van destacar una certa influència de la tècnica d'impressió 3D, però els tractaments termoquímics van ser els que van repercutir més en les propietats de les mostres. Encara que es va observar un cert impacte del mètode d'esterilització, les diferències principals entre les mostres esterilitzades i no esterilitzades estaven relacionades amb processos previs. Se suggereix millorar la precisió de la impressió 3D i realitzar controls mitjançant la tècnica SEM, en diferents etapes dels tractaments termoquímics. Això ajudaria a determinar les diferents propietats i milloraria la qualitat dels empelts ossis.

En aquest projecte es realitzarà la caracterització d'implants dentals amb un tractament termoquímic amb diferents temps de preparació. Es faran diverses caracteritzacions: metal·logràfica, de la composició química superficial mitjançant microscòpia Raman, de la topografia mitjançant microscòpia electrònica d'escaneig, del comportament bioactiu a través de la immersió en fluid corporal simulat, de la duresa superficial i del comportament mecànic mitjançant resistència a la compressió i comportament a fatiga. Per, finalment, comparar els resultats obtinguts dels implants i determinar si el procés termoquímic escurçat no afecta negativament les característiques i propietats d'aquests. Aquest projecte es considera un primer pas per determinar si el tractament termoquímic aplicat als implants de titani és optimitzable i, per tant, té com a objectiu comparar els resultats assolits de totes les caracteritzacions que es duen a terme sobre els implants. El tractament dels implants consisteix en un primer tractament químic amb NaOH, seguit d'un tractament tèrmic en dues etapes: un escalfament a una velocitat de 5 °C/min fins a assolir 600 °C de temperatura i un refredament durant 12 hores. Aquest refredament és el pas que s'intentarà escurçar, mitjançant refredament forçat. Es realitzaran assajos amb el temps de refredament sense escurçar, amb un temps de refredament de 6 hores i amb un temps de refredament de 3 hores. En primer lloc, s'ha fet una anàlisi fisicoquímica dels implants, en el que no s'han detectat diferències, ni en l'àmbit metal·logràfic, ni en relació amb la topografia i la composició superficial, ni en la duresa. En segon lloc, s'ha efectuat un assaig de bioactivitat i una posterior caracterització que ha permès observar la formació d'apatita, fet que assenyala la seva capacitat de fixació. Finalment, s'han caracteritzat mecànicament els implants i s'ha confirmat que no hi ha diferències entre les mostres. Per tant, després de realitzar els diferents assajos, En este proyecto se realizará la caracterización de implantes dentales con un tratamiento termoquímico con diferentes tiempos de preparación. Se harán varias caracterizaciones: metalográfica, de la composición química superficial mediante microscopia Raman, de la topografía mediante microscopia electrónica de escaneo, del comportamiento bioactivo a través de la inmersión en fluido corporal simulado, de la dureza superficial y del comportamiento mecánico mediante resistencia a la compresión y comportamiento a fatiga. Para, finalmente, comparar los resultados obtenidos de los implantes y determinar si el proceso termoquímico acortado no afecta negativamente las características y propiedades de estos. Este proyecto se considera un primer paso para determinar si el tratamiento termoquímico aplicado a los implantes de titanio es optimitzable y, por lo tanto, tiene como objetivo comparar los resultados de todas las caracterizaciones que se llevan a cabo sobre los implantes. El tratamiento de los implantes consiste en un primer tratamiento químico con NaOH, seguido de un tratamiento térmico en dos etapas: un calentamiento a una velocidad de 5 °C/min hasta lograr 600 °C de temperatura y un enfriamiento durante 12 horas. Este enfriamiento es el paso que se intentará acortar, mediante aire forzado. Se realizarán ensayos con el tiempo de enfriamiento sin acortar, con un tiempo de enfriamiento de 6 horas y con un tiempo de enfriamiento de 3 horas. En primer lugar, se ha hecho un análisis fisicoquímico de los implantes, en el que no se han detectado diferencias, ni en el ámbito metalográfico, ni en relación con la topografía y la composición superficial, ni en la dureza. En segundo lugar, se ha efectuado un ensayo de bioactividad y una posterior caracterización que ha permitido observar la formación de apatita, afirmando su capacidad de fijación. Finalmente, se han caracterizado mecánicamente los implantes y se ha afirmado que no hay diferencias entre las muestras. Por lo tanto, In this project, the characterization of dental implants with a thermochemical treatment with different preparation times will be carried out. The materials will be characterized by different characterization techniques: metallographic, surface chemical composition by Raman microscopy, topography by scanning electron microscopy, bioactive behavior through immersion in simulated body fluid, surface hardness and mechanical behavior by compression test and fatigue test. With the aim of compare the results obtained and to determine whether the shortened thermochemical process does not negatively affect the characteristics and properties of the implants This project is considered a first step to determine whether the thermochemical treatment applied to titanium implants is optimizable, and therefore aims to compare the results achieved from all the characterizations carried out on the implants. The treatment of the implants comprises a preliminary chemical treatment with NaOH, followed by a two-stage heat treatment consisting of heating at a rate of 5°C/min until a temperature of 600°C is achieved, and cooling for a duration of 12 hours. This cooling is the step that will be shortened by forced air. Firstly, a physicochemical analysis of the implants was carried out, in which no differences were detected, neither in the metallographic field nor in relation to topography and surface composition and nor in hardness. Secondly, a bioactivity test and a subsequent characterization were carried out, which revealed the formation of apatite, indicating its capacity for fixation. Finally, the implants were mechanically characterized, and it was found that there were no differences between the samples. Therefore, after performing the different tests, it has been determined that the shortening does not alter the characteristics of the samples and, as a result, does not affect their functionality.

L'estudi present, en el marc d'una càtedra universitària entre la UPC i l'empresa SOADCO S.L., fabricant d'implants dentals, es centra en la millora de la biocompatibilitat dels implants dentals de titani i en l'optimització del procés aplicat. L'objectiu principal ha estat determinar el tractament termoquímic més efectiu en comparació amb el tractament utilitzat actualment per l'empresa, conegut com a ContacTi, i posteriorment intentar optimitzar-lo reduint els temps de tractament, la qual cosa facilitaria la seva industrialització. El tractament actual aplicat per l'empresa implica la incorporació d'ions de sodi en la superfície de l'implant. En aquest estudi, s'ha investigat la incorporació d'altres ions, com ara calci i magnesi, pel seu aport en la biointegració del material, mitjançant un tractament termoquímic similar al que empra l'empresa. En aquest cas, s'ha estudiat la possibilitat de reduir els temps del procés mantenint les seves propietats. Paral·lelament, s'ha utilitzat una atacada àcida com a alternativa als tractaments esmentats, amb un procés més ràpid i senzill. S'ha realitzat una caracterització completa de la superfície i s'ha valorat la resposta cel·lular. Els resultats revelen que els tractaments termoquímics similars als utilitzats actualment per l'empresa no alteren significativament la topografia dels implants. S'ha aconseguit la incorporació exitosa d'ions de Ca i Mg en la superfície, que s'han alliberat en un mitjà fisiològic simulat. El grup d'estudi al qual s'ha incorporat el Mg ha mostrat millors resultats en assajos d'adhesió i proliferació cel·lular. En la segona part de l'estudi, s'ha estudiat l'efecte del temps d'immersió (6, 12 i 24 hores) en el tractament que incorporava magnesi. S'ha confirmat que la reducció dels temps d'immersió en el tractament no modifica significativament ni l'aspecte físic de les superfícies ni la resposta cel·lular d'aquestes. Els resultats obtinguts en aquest estudi indiquen que la incorporació d'ions met, El presente estudio se centra, en el marco de una cátedra universitaria entre la UPC y la empresa SOADCO S.L., fabricante de implantes dentales, en para la mejora de la biocompatibilidad de implantes dentales de titanio y la optimización del proceso aplicado. El objetivo principal ha sido determinar el tratamiento termoquímico más efectivo en comparación con el tratamiento actualmente utilizado por la empresa, conocido como ContacTi y posteriormente tratar de optimizarlo tratando de reducir los tiempos de tratamiento, lo que facilitaría su industrialización. El tratamiento actual aplicado por la empresa implica la incorporación de iones de sodio en la superficie del implante. En este estudio, se investigó la incorporación de otros iones, como calcio y magnesio, por su aporte en la biointegración del material, utilizando un tratamiento termoquímico similar al empleado por la empresa. En este caso, se estudió la posibilidad de reducir los tiempos del proceso manteniendo sus propiedades. En paralelo, se utilizó un ataque ácido (ácido sulfúrico y ácido clorhídrico) como alternativa a los tratamientos mencionados cuyo proceso es más rápido y simple. Se hizo una caracterización completa de la superficie y se valoró la respuesta celular. Los resultados revelaron que los tratamientos termoquímicos similares al empleado actualmente por la empresa no modificaron significativamente la topografía de los implantes. Se logró la incorporación exitosa de iones de Ca y Mg en la superficie, que se liberaron en medio fisiológico simulado. El grupo de estudio al que se incorporó Mg mostró mejores resultados en los ensayos de adhesión y proliferación celular. En la segunda parte del estudio, se estudió el efecto del tiempo de inmersión (6, 12 y 24h) en el tratamiento que incorporaba magnesio. Se ha comprobado que al reducir lostiempos de inmersión en el tratamiento no se modifica significativamente ni en el aspecto físico de las superficies ni la respuesta celular de estas. Los resultad, The present study, within a university-industry agreement between UPC and the company SOADCO S.L., a manufacturer of dental implants, focuses on improving the biocompatibility of titanium dental implants and optimizing the applied process. The main objective has been to determine the most effective thermochemical treatment in comparison to the treatment currently used by the company, known as ContacTi, and subsequently attempt to optimize it by reducing treatment times, which would facilitate its industrialization. The current treatment applied by the company involves the incorporation of sodium ions into the implant's surface. In this study, the incorporation of other ions, such as calcium and magnesium, for their contribution to material biointegration was investigated using a thermochemical treatment similar to that employed by the company. In this case, the possibility of reducing the process times while maintaining its properties was studied. In parallel, an acid etching (sulfuric acid and hydrochloric acid) was used as an alternative to the mentioned treatments, which has a faster and simpler process. A complete surface characterization was conducted, and cellular response was evaluated. The results revealed that thermochemical treatments similar to those currently employed by the company did not significantly alter the implant's topography. Successful incorporation of Ca and Mg ions into the surface, which were released in a simulated physiological medium, was achieved. The study group to which Mg was incorporated showed better results in adhesion and cellular proliferation assays. In the second part of the study, the effect of immersion time (6, 12, and 24 hours) in the treatment incorporating magnesium was examined. It was confirmed that reducing the immersion times in the treatment did not significantly alter either the physical appearance of the surfaces or their cellular response. The results obtained in this study indicate that the incorporation of meta

En este trabajo se realiza un estudio de varias mezclas de sistemas de aglutinantes con polvo metálico de titanio comercialmente puro de grado 2 con el fin de conseguir preparar un feedstock capaz de ser impreso por técnicas de manufactura aditiva de extrusión de material altamente cargado (MEAM-HP), más popularmente conocido como impresión 3D, y capaz de mostrar buenas propiedades de densificación y contracciones controladas. Se preparan mezclas con varios sistemas de aglutinantes compuestos por PEG como aglutinante principal, ácido esteárico como aditivo y HDPE o PMMA como aglutinante secundario o “backbone”. Una vez preparadas varias mezclas con potencial de ser extruidas por MEAM (Manufactura aditiva de material por extrusión), se realiza un análisis reológico para comprobar su comportamiento y viabilidad para ser impreso y se llevan a cabo varios ensayos de extrusión con 3 extrusores diferentes. Tras el conformado de piezas por impresión 3D utilizando el feedstock formulado se procede a la eliminación de los aglutinantes y sinterizado de la pieza “en verde” (con aglutinantes y sin sinterizar). Primero se realiza el debinding por solventes (en agua) y posteriormente mediante un tratamiento térmico a 400ºC seguido de un sinterizado a 1300ºC. Una vez finalizado el proceso y obtenidas las piezas finales de titanio puro se comparan las piezas con su versión “en verde” y se observa una densificación entre 96 y 98% y contracciones de entre 11-14%. La gran mayoría de las piezas preparadas no presentan alabeo y muestran un sinterizado completo y uniforme., En aquest treball es realitza un estudi de diverses barreges de sistemes d'aglutinants amb pols metàl·lica de titani comercialment pur de grau 2 amb la finalitat de preparar un material d'alimentació capaç de ser imprès per tècniques de fabricació additiva d'extrusió de material altament carregat (MEAM-HP), conegut popularment com a impressió 3D, i capaç de mostrar bones propietats de densificació i contraccions controlades. Es preparen barreges amb diversos sistemes d'aglutinants compostos per PEG com a aglutinant principal, àcid esteàric com a additiu, i HDPE o PMMA com a aglutinants secundaris o "backbone". Un cop preparades diverses barreges amb potencial per ser extruïdes per MEAM (Fabricació additiva de material per extrusió), es realitza un anàlisi reològic per comprovar el seu comportament i viabilitat per a la impressió, i es porten a terme diversos assajos d'extrusió amb 3 extrusores diferents. Després de fabricar les peces per impressió 3D utilitzant el material d'alimentació formulat, es procedeix a l'eliminació dels aglutinants i sinterització de la peça "en verd" (amb aglutinants i sense sinteritzar). Primer es realitza el debinding per solvents (en aigua) i posteriorment mitjançant un tractament tèrmic a 400°C seguit d'una sinterització a 1300°C. Un cop finalitzat el procés i obtingudes les peces finals de titani pur, es comparen les peces amb la seva versió "en verd" i s'observa una densificació entre el 96 i el 98% i contraccions entre 11-14%. La gran majoria de les peces preparades no presenten alabeig i mostren una sinterització completa i uniforme., In this work, a study is conducted on several blends of binder systems with commercially pure grade 2 titanium metal powder in order to prepare a feedstock capable of being printed using Material Extrusion Additive Manufacturing with Highly-Filled Polymer techniques (MEAM-HP), commonly known as 3D printing, and capable of exhibiting good densification properties and controlled shrinkage. Blends are prepared with various binder systems composed of PEG as the main binder, stearic acid as an additive, and HDPE or PMMA as secondary binders or "backbone". Once several blends with the potential to be extruded by MEAM (Material Extrusion Additive Manufacturing) are prepared, a rheological analysis is performed to verify their behavior and feasibility for printing, and several extrusion tests are carried out using three different extruders. After shaping the pieces through 3D printing using the formulated feedstock, the binders are removed, and the "green" (with binders and unsintered) pieces are sintered. First, solvent debinding is carried out (in water), followed by a thermal treatment at 400°C, and then sintering at 1300°C. Once the process is completed and the final pure titanium pieces are obtained, the pieces are compared with their "green" version, revealing a densification between 96% and 98% and shrinkage between 11-14%. The majority of the prepared pieces did not display warping and exhibited complete and uniform sintering.

En aquest estudi comparatiu, s'ha investigat i comparat les propietats físico-químiques i mecàniques de mostres generades mitjançant el mètode de Direct Ink Writing (DIW) i el mètode de fabricació per forn d'arc elèctric (EAF). S'han dut a terme diverses etapes metodològiques rellevants. En primer lloc, s'ha realitzat la fabricació de mostres utilitzant els dos mètodes esmentats, DIW i EAF. Amb DIW, s'ha utilitzat un procés de deposició de tinta líquida metàl·lica per crear estructures tridimensionals en forma de provetes, mentre que amb EAF s'ha emprat un forn d'arc elèctric per fondre el material i fabricar les mostres. A continuació, s'han preparat mostres per a l'anàlisi metal·logràfic, amb l'objectiu d'observar les característiques microestructurals i la presència de possibles defectes o anomalies en les mostres fabricades amb els dos mètodes. S'ha dut a terme un anàlisi de la composició química de les mostres per tal de determinar els elements i les seves concentracions. També s’ha estudiat la seva microestructura i porositat mitjançant les tècniques XRD (Difracció de Raigs X) i Micro CT. Per avaluar les propietats mecàniques, s'han realitzat assajos mecànics, com ara assajos de microduresa, assajos de compressió i de flexió a 3 punts. Finalment, s'ha dut a terme un estudi de degradació per investigar la resposta dels materials davant de condicions de deteriorament, com ara exposició a fluids o medi ambient corrosiu. També s'ha analitzat l'efecte antibacterià dels materials fabricats mitjançant proves específiques per determinar la seva capacitat per inhibir el creixement bacterià., En este estudio comparativo, se han investigado y comparado las propiedades físico-químicas y mecánicas de muestras generadas mediante el método de Direct Ink Writing (DIW) y el método de fabricación por horno de arco eléctrico (EAF). Se han realizado diversas etapas metodológicas relevantes. En primer lugar, se ha realizado la fabricación de muestras utilizando los dos métodos citados, DIW y EAF. Con DIW, se ha utilizado un proceso de deposición de tinta líquida metálica para crear estructuras tridimensionales en forma de probetas, mientras que con EAF se ha empleado un horno de arco eléctrico para fundir el material y fabricar las muestras. A continuación, se han preparado muestras para el análisis metalográfico, con el objetivo de observar las características microestructurales y la presencia de posibles defectos o anomalías en las muestras fabricadas con ambos métodos. Se ha realizado un análisis de la composición química de las muestras para determinar los elementos y sus concentraciones. También se ha estudiado su microestructura y porosidad mediante las técnicas XRD (Difracción de Rayos X) y Micro CT. Para evaluar las propiedades mecánicas, se han realizado ensayos mecánicos, como ensayos de microdureza, ensayos de compresión y flexión a 3 puntos. Por último, se ha llevado a cabo un estudio de degradación para investigar la respuesta de los materiales frente a condiciones de deterioro, como exposición a fluidos o medio ambiente corrosivo. También se ha analizado el efecto antibacteriano de los materiales fabricados mediante pruebas específicas para determinar su capacidad para inhibir el crecimiento bacteriano., In this comparative study, the physical-chemical and mechanical properties of samples generated using the Direct Ink Writing (DIW) method and the Electric Arc Furnace (EAF) manufacturing method have been investigated and compared. Several relevant methodological stages have been conducted. Firstly, samples were fabricated using the mentioned DIW and EAF methods. DIW involved a deposition process of liquid metal ink to create three-dimensional structures in the form of specimens, while EAF utilized an electric arc furnace to melt the material and manufacture the samples. Subsequently, samples were prepared for metallographic analysis, aiming to observe the microstructural characteristics and identify potential defects or anomalies in the samples fabricated using both methods. Chemical composition analysis was conducted to determine the elements and their concentrations in the samples. Microstructure and porosity were also studied using X-ray Diffraction (XRD) and Micro CT techniques. To assess the mechanical properties, mechanical tests such as microhardness tests, compression tests, and three-point bending tests were performed. Lastly, a degradation study was conducted to investigate the materials' response to deterioration conditions, such as exposure to fluids or a corrosive environment. The antibacterial effect of the manufactured materials was also analyzed through specific tests to determine their ability to inhibit bacterial growth.

La fabricació additiva engloba un conjunt de tècniques de fabricació que tenen com a objectiu principal la realització d’estructures tridimensionals de forma molt precisa. En concret amb la tècnica Direct Ink Writing (DIW) s’aconsegueixen produir objectes 3D amb geometries complexes a partir de la impressió capa per capa de material. Un dels camps en els que està guanyant cada cop més importància és en l’àmbit biomèdic, on el titani és un del materials més utilitzats. Fins el moment, s’ha assolit amb èxit poder imprimir bastides (scaffolds) de titani partint de pols metàl·lica. L’objectiu d’aquest treball és aconseguir imprimir també aliatges de titani, en concret titani amb un 10% en massa atòmica de niobi (Ti10Nb) i amb un 20% en massa atòmica (Ti20Nb), fent servir com a aglutinant Pluronic F-127®. Per aquest motiu, es duu a terme primerament un estudi per a determinar les condicions per a la correcta impressió, així com, per l’assecat i la sinterització de les peces. En aquest darrer cas, s’estudia el rang de temperatures d’entre 1200 i 1400 ºC. En segon lloc, es fa una anàlisi de les propietats físiques observant la reducció del volum, del diàmetre dels filaments i del pes abans i després de sinteritzar i s’avalua la densitat aparent. Per a la caracterització microestructural, es fan anàlisis per XDR per saber les fases que formen les mostres i si han estat contaminades durant el procés de sinteritzat i s’observa la microestructura per SEM i l’estructura de la bastida per tomografia micro-CT. Els resultats posen de manifest que amb els paràmetres aplicats és possible obtenir mostres impreses d’aliatges de Ti10Nb i Ti20Nb, en el que el titani i el niobi es combinen de forma adequada per tal que es formin les fases que pertoquen segons l’establert per aquests materials. Inicialment el titani presenta una estructura totalment formada per fase alfa. A l’afegir niobi, es forma la fase beta i martensita. El control del procés d’assecat és clau per aconseguir reproduir, La fabricación aditiva engloba un conjunto de técnicas de fabricación que tienen como objetivo principal la realización de estructuras tridimensionales de forma muy precisa. En concreto con la técnica Direct Ink Writing (DIW) se consiguen producir objectos 3D con geometrías muy complejas a partir de la impresión capa por capa del material. Uno de los campos en los que está ganando cada vez más importancia es en el ámbito biomédico, donde el titanio es uno de los materiales más utilizados. Hasta el momento, se ha logrado con éxito la impresión de andamios (scaffolds) de titanio partiendo de polvo metálico. El objetivo de este trabajo es conseguir imprimir también aleaciones de titanio, en concreto de titanio con un 10% en masa atómica de niobio (Ti10Nb) i con un 20% en masa atómica (Ti20Nb), utilizando como aglutinante Pluronic F-127®. Por ese motivo, se lleva a cabo inicialmente un estudio para determinar las condiciones para la correcta impresión, así como para el secado y sinterizado de las piezas. En esto último caso, se estudia el rango de temperaturas entre 1200 y 1400ºC. En segundo lugar, se hace un análisis de las propiedades físicas observando la reducción del volumen, del diámetro de los filamentos y del peso antes y después de sinterizar, y se avalúa la densidad aparente. Para la caracterización microestructural, se hacen análisis de XDR para saber las fases que forman las muestras y si han estado contaminadas durante el proceso de sinterizado, y se observa la microestructura con SEM y la estructura de los andamios con tomografía micro-CT. Los resultados ponen de manifiesto que con los parámetros aplicados es posible obtener muestras impresas de aleaciones de Ti10Nb y Ti20Nb, en el que el titanio y el niobio se combinan de forma adecuada para que se formen las fases que tocan según lo establecido por estos materiales. Inicialmente el Ti presenta una estructura totalmente formada por fase alfa. Al añadir niobio, se forma la fase beta y martensita. El contro, Additive manufacturing includes a set of manufacturing techniques whose main objective is the creation of three-dimensional structures in a very precise way. In particular, with the Direct Ink Writing (DIW) technique, it is possible to produce 3D objects with complex geometries from the printing layer by layer of material. One of the fields in which it is gaining more and more importance is in the biomedical one, where titanium is one of the most used materials. So far, it has been successfully possible to print titanium scaffolds from metal powder. The aim of this work is to also print titanium alloys, specifically titanium with 10% by atomic mass of niobium (Ti10Nb) and with 20% by atomic mass (Ti20Nb), using Pluronic F-127® as a binder. For this reason, a study is first carried out to determine the conditions for the correct printing, as well as for the drying and sintering of the pieces. Where the temperature range between 1200 and 1400 ºC is studied. Secondly, an analysis of the physical properties is carried out observing the reduction in volume, filament diameter and weight before and after sintering, and the apparent density is also evaluated. For the microstructural characterization, XDR analyses are carried out to find out the phases of the samples and whether they have been contaminated during the sintering process, and the microstructure is observed by SEM and the structure of the scaffold by micro-CT tomography. The results show that with the applied parameters it is possible to obtain printed samples of titanium alloys Ti10Nb and Ti20Nb in which titanium and niobium are combined in an appropriate way to form the phases that pertain according to the established by these materials. Initially, titanium has a structure entirely formed by alpha phase. When niobium is added, the beta phase and martensite are formed. Controlling the drying process isthe key to being able to reproduce printed samples with the same dimensions. On the other hand, sintering at 14

En aquest treball, es van desenvolupar i van assajar diferents geometries d'estructures poroses de titani impreses en 3D per tal de determinar si són adients per a implants ossis en humans. Es va utilitzar una mescla de titani comercialment pur (99,5%) i un hidrogel per tal d'obtenir una tinta per imprimir mitjançant la tècnica d'impressió 3D Direct Ink Writing. Després del procés d'impressió, les mostres van ser sotmeses a tractaments tèrmics per tal d'eliminar el hidrogel i sinteritzar, obtenint peces amb un comportament mecànic adequat per al seu ús en teixit dur. A les mostres se'ls van realitzar una sèrie d'assajos per tal d'obtenir les seves característiques fisicoquímiques i mecàniques. Es van prendre imatges SEM per tal d'observar la microestructura general de les mostres, microporositat i macroporositat. Es va utilitzar la tècnica de Micro-CT per a mesurar la porositat i la densitat. Es van realitzar assaigs de Mercury Intrusion Porosimetry i juntament amb els resultats de Micro-CT obtinguts, van permetre caracteritzar els microporus de les mostres. Les característiques topogràfiques de la superfície (rugositat) es van mesurar mitjançant un equip de Microscopia Cromàtica Confocal. El mòdul de Young es va obtenir utilitzant assaigs de resistència a la compressió per compararlos amb el del os humà. Els resultats de duresa Vickers van permetre determinar la duresa de les mostres impreses, és a dir, la resistència d'un material a ser deformat plàsticament. Els resultats obtinguts en els diferents assajos realitzats, van demostrar que totes les mostren tenen propietats fisicoquímiques i mecàniques apropiades per permetre el transport de fluids en elles i la proliferació cel·lular, si són usades com a material per a implant en os humà., En este trabajo, se desarrollaron y ensayaron diferentes geometrías de estructuras porosas de titanio impresas en 3D con el fin de determinar si son adecuadas para implantes óseos en humanos. Se utilizó una mezcla de titanio comercialmente puro (99,5%) y un hidrogel con el fin de obtener la tinta para imprimir mediante la técnica de impresión 3D Direct Ink Writing. Después del proceso de impresión, las muestras fueron sometidas a tratamientos térmicos con el fin de eliminar el hidrogel y obtener piezas con un comportamiento mecánico adecuado para su uso en hueso humano. A las muestras se les realizaron una serie de ensayos con el fin de obtener sus características fisicoquímica y mecánica. Se tomaron imágenes SEM con el fin de observar la microestructura general de las muestras, microporos y macroporos. Se utilizó la técnica de Micro-CT para obtener la porosidad y densidad de las estructuras impresas. Se realizó el ensayo de Mercury Intrusion Porosimetry y junto con los resultados de Micro-CT obtenidos, nos permitieron caracterizar los microporos. Las características topográficas de la superficie (rugosidad) fueron estudiadas mediante un equipo de Microscopía Cromática Confocal. El módulo de Young se obtuvo utilizando los resultados de la resistencia a la compresión para compararlos con el del hueso humano. Los resultados de dureza Vickers nos permitieron determinar la dureza de las muestras impresas, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado. Los resultados obtenidos en los distintos ensayos realizados, demostraron que todas las muestran tienen propiedades fisicoquímicas y mecánicas apropiadas para permitir el transporte de fluidos en ellas y la proliferación celular, si son usadas como material para implante en hueso humano., In this work, different geometries of 3D printed porous titanium structures were developed and tested in order to determine if they are suitable for bone implants in humans. Commercial pure Titanium (99.5%) and an hydrogel were mixed in order to obtain the ink to print through 3D printing technique direct ink writing. After the printing process, samples were subjected to thermal treatments in order to remove the hydrogel and obtain pieces with a mechanical behavior suitable for use on human bone. Physicochemical and mechanical characterization was performed to the samples to characterize them. SEM images were taken in order to observe the general microstructure of the samples, micropores and macropores. Micro-CT technique was used to obtain porosity and density. Mercury Intrusion Porosimetry was performed and along with Micro-CT results obtained, allowing us to characterized micropores. Surface topographic characteristics (roughness) were studied through Chromatic Confocal Microscopy equipment. Young modulus was obtained using compressive strength results in order to compare them with human bone. Vickers hardness results allowed us to determine hardness of the samples printed, that is, the resistance of a material to being penetrated. Results obtained on assays performed, demonstrated that all samples have physicochemical and mechanical properties suitable for fluid transport and cellular proliferation if used as bone scaffolds

Titanium, thanks to its good mechanical properties and an excellent biocompatibility and osseointegration, is used in the manufacture of dental implants. Nevertheless, after insertion into the human body, these implants can cause some issues such as periimplantitis, an inflammatory reaction caused by a microbial biofilm, which leads to the progressive loss of the implant. Thus, the objective of this project is to carry out different surface treatments of titanium used in biomedical applications in order to study the influence of surface properties, especially roughness, on bacterial adhesion. First of all, the main surface treatments with their advantages, limitations and parameters to be controlled were discussed. In this project, three were carried out, namely 'Sandblasting', 'SLA (Sandblasting, Large-grit, Acid Etching)’ and 'Alkali treatment'. Before these treatments, the titanium discs were polished. At the end, nine different surfaces were produced. The samples were observed with a Scanning Electron Microscope (SEM) and characterised in terms of roughness and surface energy. The topography and surface roughness were studied with equipment using the Chromatic Confocal principle. In addition, the surface tension was calculated using the Fowkes' theory on a contact angle database, obtained thanks to three different probe liquids (water, diiodomethane and formamide). The bacterial adhesion on these surfaces was then studied. Furthermore, the bacteria were fixed and observed at the SEM. After analysing the results, a correlation between surface roughness and bacterial adhesion was noticed: the rougher the surface increases, the more bacteria adhere to it. Moreover, bacteria adhere mainly in grooves and holes in the case of rough surfaces. High roughness provides a larger surface for bacteria adhesion. Thereby, smooth surfaces are more difficult to colonize than rough surfaces. On the other hand, it has been shown that surfaces that have undergone an Alkali treatmen, El titanio, gracias a sus buenas propiedades mecánicas y a su excelente biocompatibilidad y osteointegración, se utiliza en la fabricación de implantes, principalmente dentales. No obstante, tras su inserción en el cuerpo humano, estos implantes pueden causar problemas como la peri-implantitis, una reacción inflamatoria causada por un biofilm microbiano que lleva a la pérdida progresiva del implante. Así, el objetivo de este proyecto es llevar a cabo diferentes tratamientos superficiales del titanio utilizados en aplicaciones biomédicas para estudiar la influencia de las propiedades superficiales, especialmente la rugosidad, en la adhesión bacteriana. En primer lugar, se discutieron los principales tratamientos de superficie con sus ventajas, desventajas y parámetros a controlar. En este proyecto, se llevaron a cabo tres tratamientos, a saber, ‘Sandblasting’, ‘SLA (Sandblasting, Large-grit, Acid Etching)’ y ‘Alkali treatment’. Antes de estos tratamientos, los discos de titanio han sido pulidos. Finalmente, se produjeron nueve superficies diferentes. Las muestras se observaron con un microscopio electrónico de barrido (MEB) y se caracterizaron en términos de rugosidad y energía superficial. La topografía y la rugosidad superficial se estudiaron con un equipo que utiliza la microscopía confocal cromática. Además, la tensión superficial se calculó utilizando la teoría de Fowkes sobre una base de datos de ángulos de contacto obtenida con tres líquidos diferentes (agua, diiodometano y formamida). Se estudió entonces la adhesión bacteriana en estas superficies. Asimismo, las bacterias fueron fijadas y observadas en el MEB. Tras el análisis de los resultados, se observó una correlación entre la rugosidad de la superficie y la adhesión de las bacterias: en efecto, cuanto más rugosa sea la superficie, más se adhieren las bacterias a ella. Adicionalmente, las bacterias se adhieren principalmente en las ranuras y agujeros en el caso de superficies rugosas. Una alta rugosidad p, Incoming

Aquest projecte Final de Grau s’ha realitzat en les instal·lacions del Campus Universitat UPC de l’Escola d’Enginyeria de Barcelona de l’Est (EEBE). Concretament amb el grup de recerca de Biomaterials, Biomecànica i Enginyeria de Teixits (BBT). S’ha desenvolupat un recobriment antifouling sobre la superfície de titani carregat amb una concentració d’antibiòtic. El recobriment emprat es tracta d’un recobriment per polímer PEG polimeritzat per Dyglyme a diferents condicions. S’ha analitzat S’analitzarà la superfície de Titani en les diferents mostres realitzades i el comportament de l’antibiòtic sobre la superfície. Els anàlisis establerts s’han dut a terme a diferents nivells de caracterització: químic, superficial i biològic. En primer lloc, a nivell químic mitjançant els espectres per FTIR i la tècnica XPS s’ha analitzat els components químics que composen la superfície per confirmar si es tracta d’un recobriment de PEG. En segon lloc, a nivell superficial s’ha estudiat estudia l’Energia Lliure Superficial que adquireix cada mostra segons el tractament i el seu grau de comportament hidrofòbic. En tercer lloc, a nivell biològic s’ha demostrat que es tracta d’un recobriment de PEG antifouling, ja que redueix l’adhesió antibacteriana a la superfície de titani i mitjançant el Double-Well test s’ha l’efecte que té el tractament d’antibiòtic en la proliferació bacteriana. Finalment, s’afirma que s’ha desenvolupat un recobriment de PEG antifouling per polimerització de Dyglyme sobre la superfície de titani. El tractament d’antibiòtic en el recobriment de PEG antifouling es confirma que redueix l’adhesió bacteriana més significativament però el seu efecte en la proliferació bacteriana no ha estat l’esperat., Este proyecto Final de Grado se ha realizado en las instalaciones del Campus Diagonal Besós de la Universidad Politécnica de Catalunya(UPC), en la Escuela de Ingeniería de Barcelona del Este(EEBE). Concretamente con el grupo de recerca de Biomateriales, Biomecánica e Ingeniería de Tejidos(BBT). Se ha desarrollado un recubrimiento de PEG antifouling sobre la superficie de titanio cargado con una concentración de antibiótico. Se ha analizado la superficie de titanio de las diferentes muestras tratadas i el comportamiento que adopta el antibiótico sobre la superficie. Los diferentes análisis realizados se han hecho a tres niveles de caracterización: superficial, química i biológica. La caracterización química se ha realizado mediante diferentes espectros FTIR i la técnica XPS. Se ha determinado los diferentes componentes químicos que constituyen la superficie de las muestras . Se ha comparado con la estructura química de un polímero PEG para confirmar si el recubrimiento se trata de un recubrimiento de PEG. A nivel superficial, se ha estudiado la Energía Libre Superficial que presentan las diferentes muestras tratadas según su tratamiento i su comportamiento hidrófobo. A partir de la caracterización biológica mediante adhesión bacteriana, se ha demostrado que el recubrimiento formado de PEG se trata de un recubrimiento de PEG antifouling debido a su reducción de adhesión bacteriana en su superficie. Mediante el Double-Well Test se ha estudiado el efecto del tratamiento de antibiótico en la proliferación bacteriana. Finalmente, se afirma el desarrollo de un recubrimiento de PEG antifouling por polimerización de Dyglyme sobre la superficie de Titanio. El tratamiento de antibiótico en la superficie de titanio con recubrimiento de PEG, confirma que reduce la adhesión bacteriana más significativa pero su efecto en la proliferación bacteriana no es el esperado., This Final Degree Project of Biomedical Engineering was done in the Universitat Politècnica of Catalunya, in the Engineering School of Barcelona East (EEBE). To be specific, was done inside the researching group of Biomaterials, Biomechanic and Engineering Tissue. An antifouling polymeric coating has been developed in the titanium surface with a concentration of antibiotic. The titanium surface of treated samples by polymerization and the behaviour adopted by the antibiotic surface has been analysed. The different analyses carried out have been made at three levels of characterization: superficial, chemical and biological. The chemical characterization has been carried out using different FTIR spectra and the XPS technique. The different chemical components of the surface have been found out. A comparation between the know chemical structure of the polymer PEG and the chemical components found out order to determine if it’s a PEG coating. At a superficial level, the Surface Free Energy presented by the different samples treated according to their conditions and their hydrophobic behaviour has been studied. The biological characterizations has been analysed by bacterial adhesion. It has been shown that PEG coating is an antifouling PEG counting due to its reduction of bacterial adhesion on its surface. Using the Double-Well test, the effect of the antibiotic on bacterial proliferation has been studies. To conclude, the development of an antifouling PEG coating by Dyglyme polymerization on the titanium surface has been confirmed. Antibiotic treatment on the PEG coating confirms that it reduces much better the bacterial adhesion, but its effect on bacterial proliferation is not as expected.

La esperanza de vida del ser humano ha aumentado considerablemente a lo largo de los años y esto requiere del aumento en la durabilidad de los materiales implantables con el fin de sustituirlos el menor número de veces posibles a lo largo de la vida del individuo. Esto motiva una línea de investigación científica basada en el proceso de recubrir el titanio utilizado para prótesis de cadera e implantes dentales con hidroxiapatita, el material que forma la parte mineral del hueso. En esta línea se basa el siguiente TFG con el objetivo de modificar superficialmente una lámina de Ti6Al-7Nb con el fin de inducir rugosidad sobre la misma. Esta modificación superficial se lleva a cabo mediante dos técnicas diferentes, una técnica mecánica (desbaste) y otra térmica (ablación láser). Posteriormente, se recubre dicha superficie mediante la tecnología de deposición térmica por plasma atmosférico y posteriormente se caracteriza microestructuralmente y se ensaya el conjunto recubrimiento/sustrato con el fin de conocer qué sustrato proporciona una mayor resistencia a la adherencia. Este proceso permite llegar a la conclusión, de que es necesaria una rugosidad de alrededor de 60 µm para poder conseguir unos resultados aceptables., L'esperança de vida de l'ésser humà ha augmentat considerablement al llarg dels anys i això requereix de l'augment en la durabilitat dels materials implantables amb la finalitat de substituir-los el menor nombre de vegades possibles al llarg de la vida de l'individu. Això motiva una línia de recerca científica basada en el procés de recobrir el titani utilitzat per a pròtesi de maluc i implants dentals amb hidroxiapatita, el material que forma la part mineral de l'os. En aquesta línia es basa el següent TFG amb l'objectiu de modificar superficialment una làmina de Ti6Al-*7Nb amb la finalitat d'induir rugositat sobre aquesta. Aquesta modificació superficial es duu a terme mitjançant dues tècniques diferents, una tècnica mecànica (desbastament) i una altra tèrmica (ablació làser). Posteriorment, es recobreix aquesta superfície mitjançant la tecnologia de deposició tèrmica per plasma atmosfèric i posteriorment es caracteritza microestructuralment i s'assaja el conjunt recobriment/substrat amb la finalitat de conèixer quin substrat proporciona una major resistència a l'adherència. Aquest procés permet arribar a la conclusió, que és necessària una rugositat al voltant de 60 µm per a poder aconseguir uns resultats acceptables., Human life expectancy has increased considerably over the years and this requires an increase in the durability of implantable materials in order to replace them as few times as possible throughout the individual's life. This motivates a line of scientific research based on the process of coating the titanium used for hip prostheses and dental implants with hydroxyapatite, the material that forms the mineral part of bone. The following TFG is based on this line with the aim of superficially modifying a Ti-6Al-7Nb sheet in order to induce roughness on it. This surface modification is carried out using two different techniques, a mechanical technique (grinding) and a thermal technique (laser ablation). Subsequently, said surface is coated using atmospheric plasma thermal deposition technology and subsequently it is microstructurally characterized and the coating/substrate assembly is tested in order to know which substrate provides greater resistance to adhesion. This process allows us to reach the conclusion that a roughness of around 60 µm is necessary to achieve acceptable results.

En aquest estudi s’ha analitzat la toxicitat de les partícules de titani que es generen durant el procés conegut com a implantoplàstia dental. Les partícules metàl·liques generades durant el procés de implantoplàstia poden comportar greus complicacions per al correcte funcionament de l’implant dental implantat, com ara la pèrdua de densitat òssia del teixit circumdant a l’implant que donaria lloc a una pèrdua de fixació de l’implant i al conseqüent increment del risc d’infecció. Entre els principals factors que poden condicionar l’efecte en l’organisme de les partícules metàl·liques, destacarien el tipus de material, la mida de partícula, la superfície específica, la geometria, entre d’altres. Per això, en aquest treball per tal de caracteritzar aquestes partícules s’han dut a terme un conjunt d’assajos com ara microscòpia electrònica de rastreig (SEM), anàlisi d’alliberació d’ions (IONRELEASE), granulometria làser, espectroscòpia de raig X i assaigs biològics de citotoxicitat cel·lular. Finalment, s’ha observat com, a l’estudiar els resultats obtinguts del conjunt d’assajos, s’ha pogut establir certa relació entre la mida de partícula i la corresponent superfície especifica, amb l’alliberació d’ions al medi i en conseqüència la toxicitat que representa per l’organisme. Així doncs, a menor mida de partícula, també és menor el percentatge de supervivència cel·lular., En este estudio se ha analizado la toxicidad de las partículas de titanio que se generan durante el proceso de la implantoplàstia dental. Las partículas metálicas generadas durante el proceso de implantoplàstia pueden conllevar graves complicaciones para el correcto funcionamiento del implante dental implantado, como la pérdida de densidad ósea del tejido circundante al implante que daría lugar a una pérdida de fijación del implante y al consecuente incremento del riesgo de infección. De entre los principales factores que pueden condicionar el efecto en el organismo de las partículas metálicas, destacarían el tipo de material, el tamaño de partícula, la superficie específica, la geometría, entre otros. Por ello, en este trabajo con el fin de caracterizar estas partículas se han llevado a cabo un conjunto de ensayos tales como microscopía electrónica de barrido (SEM), análisis de liberación de iones (ION-RELEASE), granulometría laser, espectroscopía de rayos X y ensayos biológicos de citotoxicidad celular. Finalmente, se ha observado como, al estudiar los resultados obtenidos del conjunto de ensayos, se ha podido establecer cierta relación entre el tamaño de partícula y la correspondiente superficie específica, con la liberación de iones al medio y en consecuencia la toxicidad que representa para el organismo. Así, a menor tamaño de partícula, también es menor el porcentaje de supervivencia celular., This study looked at the toxicity of titanium particles that are generated during the process known as dental implantoplasty. Metal particles generated during the implantoplasty process can lead to serious complications for the proper functioning of the implanted dental implant, such as the loss of bone density of the tissue surrounding the implant that would result in a loss of fixation of the implant and the consequent increase in the risk of infection. Among the main factors that can condition the effect on the body of metal particles are the type of material, particle size, specific surface area, geometry, among others. Therefore, in this study, in order to characterize these particles a set of tests such as scanning electron microscopy (SEM), ion release, laser granulometry, X-ray spectroscopy and biological tests for cellular cytotoxicity. Finally, the study of the results obtained after the experiments, allowed to establish a certain relation between the particle size and its specific surface, with the ion release and the toxicity that represents for the organism. Therefore, the smaller the particle size is, the less percentage of cellular viability exists.

Through the years, the medicine has been modernized to reach today a complex science complying diagnosis, treatments and prevention of illness. This project is focused on the orthopedic surgery and more particularly on medical implants. Medical implants are medical devices which are incorporated in the human body in order to support or replace a missing biological structure. The human body is fragile, and it is necessary to pay attention to the biocompatibility of the medical implants in order to avoid contamination or poisoning. This is why medical implants are mostly made, nowadays, in biocompatible materials such as ceramics, polymers or specific metal alloys as titanium alloys or Nickel alloys. These materials present good corrosion resistance or even are completely inert towards the human body. This project will be focused on titanium orthopedic implants. Titanium and its alloys present interesting properties as a high strength to density ratio, a good corrosion resistance due to the combination of the different surface-formed oxide layers and offer an excellent biocompatibility. This unique combination of properties makes them ideal materials for medical implants. However, titanium implants present issues regarding long-term performances due to a mismatch in mechanical properties between the implant and natural bone. These differences can enhance stress shielding effect. To avoid this mismatch, the solution is to adjust the mechanical properties of titanium so that they are as similar as possible to those of bone. This is achieved by the introduction of a sufficient amount of porosity. Indeed, by controlling the porosity, it is possible to tailor the mechanical properties of a solid material. In order to confer a superior bone-bonding property to titanium implants, attempts have been made to coat their surfaces with a thin layer of bone-bonding ceramic, such assodium titanate, by the means of chemical and heat treatments To avoid infection, caused by the intro, Incoming

Quan un os pateix una patologia o fractura, en molts casos necessita ajuda externa per reparar-se i regenerar-se completament per tornar a ser funcional. La demanda de dispositius de substitució òssia ha augmentat al llarg dels anys, degut a l’augment de l’esperança de vida de la població. Actualment, existeixen diferents biomaterials utilitzats per a la regeneració del teixit ossi. L’ús de transplantaments (o grafts) és una de les vies més utilitzades, però a poc a poc, la demanda de materials sintètics per reparació òssia va prenent més importància. Aquests últims presenten diversos avantatges front els grafts, com per exemple la disminució de possibilitat d’infecció o resposta immunològica. Per contra, un dels principals problemes de l’ús de materials sintètics és la falta de bioactivitat, per la qual cosa, s’han desenvolupat tècniques de modificació superficial per millorar la interacció entre l’implant i l’entorn fisiològic. L’ús de biomolècules que imiten la matriu extracel·lular per recobrir els materials està sent àmpliament investigat amb aquesta finalitat. Per augmentar la bioactivitat i osteoinducció de biomaterials usats en aplicacions òssies, com és el cas del titani, es va descriure recentment una nova molècula multifuncional que conté el motiu RGD i un pèptid derivat de la BMP-2 (DWIVA). Estudis previs amb aquesta plataforma han mostrat un augment de l’adhesió cel·lular i la mineralització d’osteoblasts sobre substrats de vidre i titani. Un aspecte cabdal en la funcionalització de superfícies és l’estudi de la interacció entre els recobriments i el substrat. En aquest treball, s’ha utilitzat la molècula DOPA per ancorar la plataforma peptídica als diversos materials. Aquesta molècula es troba present a les proteïnes secretades pels mol·luscs per ancorar-se a les roques en condicions humides, i presenta un gran potencial per unir-se a diverses superfícies. En particular, la DOPA conté un grup catecol que permet una forta unió amb òxids metàl·lics. L’av

El campo de los biomateriales ha crecido sustancialmente en los últimos años desde que en 1969 se realizase la primera conferencia sobre biomateriales en la universidad de Clemson, Carolina del Sur. Se definió entonces biomaterial como cualquier material natural o artificial utilizado para crear soportes o implantes que permitan reemplazar estructuras biológicas perdidas o enfermas, restaurando así su forma y función [01]. Para entender el gran foco de atención que ha recibido el campo de los biomateriales es necesario comprender las causas que han llevado a la comunidad científica a la necesidad de desarrollar nuevos materiales para cumplir con las necesidades biológicas que este nuevo campo requiere. Así, según datos de la American Academy of Othopedics Surgeons se estima que un 90% de la población mayor de 40 años sufre enfermedades degenerativas asociadas con la perdida de funcionalidad en estructuras biológicas tales como huesos, órganos o tejidos. Si a esto se le suma que, según las previsiones de las naciones unidas [02], la población en Europa mayor de 60 años se estima duplicará su número en 2050 pasando de 962 millones en 2017 a más de 2100 millones en 2050, se espera que en los próximos años más de un 25% de la población requiera de soluciones contra los problemas degenerativos relativos al cuerpo. Así, si la atención se centra en el campo de la ortopedia, donde se ha producido un mayor impacto en el número de enfermedades y problemas degenerativos, se calcula que en 2030 el número total de reemplazos de cadera crecerá un 174%, alcanzando la alarmante cifra de 572.000 operaciones por año, mientras que la demanda en reemplazos parciales y totales de rodilla crecerá un 673%, con un total de 3,48 millones de procedimientos esperados [02]. Estas enfermedades degenerativas relativas a los huesos suelen ser debido a una carga excesiva o una ausencia del proceso biológico de regeneración y llevan, normalmente, a una degradación de las propiedades mecánicas de lo

En el present Treball de Final de Grau es fa un estudi d’una possible tècnica de millora de la integració dels implants dentals de titani amb el teixit cel·lular, i tracta específicament l’opció de crear una superfície de titani el més antibacteriana possible. Mitjançant un atac de caràcter àcid, la superfície del titani queda modificada creant una nanoestructura que segons l’article Surface Nanoporosity has a greater influence on osteogènic and bacterial cell adhesion than crystallinity and wettability [1] esdevé antibacteriana. Així doncs, l’objectiu del projecte és replicar aquesta superfície que per si sola és antibacteriana i a més a més, tal com diu l’altre article Anhydride-functional silane immobilized onto titanium surfaces induces osteoblasts cell differentiation and reduces bacterial adhesion and biofilm formation [2], afegir un silà anomenat TESPSA que també té un efecte antibacterià; de forma que amb la combinació d’ambdós efectes, poder obtenir una superfície del titani idònia, pel seu caràcter antibacterià, pels implants dentals. Com a objectiu extra del projecte, s’intenta, també, optimitzar el temps de producció de la superfície de titani creada segons el primer dels articles [1]. Per a dur a terme aquest projecte cal un treball de laboratori que consta en la preparació de mostres de titani llises, fer sobre elles un atac àcid amb una solució anomenada Piranha, silanitzar les mostres amb TESPSA, fer una caracterització de la superfície atacada i finalment, realitzar assaigs amb bacteris amb l’objectiu de verificar si es tracta d’una superfície antibacteriana o no. A l’hora de procedir amb aquest treball de laboratori, s’ha pogut fer tot el proposat, tot i que els resultats d’alguns assajos no han estat els esperats. L’intent de rèplica de la superfície del titani de l’article de Rodriguez-Contreras, et al. 2018 [1], no ha resultat en la superfície antibacteriana esperada. De totes formes, s’ha procedit amb el projecte usant una variant de superfície

Bones can suffer from damages due to ageing or traumatisms like fractures. When they are too damaged or if the fracture is too important, bones often need an exterior help to recover: the implants. The ideal implant maintains bone parts together and could promote bone regeneration and osseointegration. However, after placing the implant into the body, bone healing and regeneration sometimes don’t work through properly. Indeed, the current bone implants sometimes lead to failure especially with patients suffering from diabetes mellitus (DM). In fact, it has been shown that DM is linked to the phenomenon called oxidative stress. The latter induces an accumulation of reactive oxygen species (ROS) which can cause dysfunction of the bone regenerating cells, the osteoblasts. Titanium and its alloys are a well-known for their performances as biomaterials. The idea to prevent the implantation failure is to develop new functionalized implants. These implants must act like drug-carrier and be able to release the appropriate amount of drug locally. Many studies proposed different coatings for titanium that can be loaded with active principle. Among such coatings, the mesoporous silica nanoparticles (MSN) may be an efficient drug-carrying coating for titanium implants. The other coating techniques that have been studied involved weak bonds. However, the ideal coating needs to be bound strongly enough to remain stable on the titanium surface. Thus, the coating technique is a crucial parameter to obtain the ideal MSN coating. This project aimed to develop MSN coating on titanium substrate. The process chosen for such coating was based on the silanization reaction. Silanized titanium substrates would react with functionalized MSN. This kind of reaction would induce the covalent bonding that is required between the nanoparticles and the titanium substrate to provide the right mechanical strength for the coating. In this study, titanium substrate silanization process has been review

El proyecto desarrollado se basa en la comparación de las propiedades que presentan las estructuras porosas de titanio fabricadas por dos métodos de manufactura aditiva: la impresión 3D y el sinterizado laser. Además de las dos técnicas de fabricación, se han comparado dos tipos de geometrías: filamentos ortogonales y filamentos en forma de panel de abeja. El estudio se ha centrado en la fabricación de las muestras en el laboratorio mediante la extrusión de la tinta creada con polvo de titanio irregular comercialmente puro de grado 2 y copolímero Pluronic F127, elemento aglutinador que le proporciona la viscosidad necesaria a la mezcla. Posteriormente han sido sometidas a un post-procesado de sinterizado y eliminación del aglutinante proporcionando una mejora de las condiciones mecánicas de la pieza. Tras la fabricación de las muestras y la obtención de las piezas manufacturadas a láser gracias un proveedor externo, se ha procedido a la caracterización física, química y biológica de las estructura. Se han realizado ensayos mecánicos de compresión, ensayos de microdureza y metalografía para analizar las propiedades mecánicas de las muestras. Posteriormente, se ha comprobado la composición química de cada una de las variedades de estructura y se ha procedido al recubrimiento de fosfato de calcio por electrodeposición. Se han caracterizado las piezas con microscopia electrónica y se han ensayado a compresión para ver los efectos mecánicos del recubrimiento en las muestras. Seguidamente, se ha añadido nitrato de plata al recubrimiento anterior para comprobar las reacciones antibacterianas que tienen las estructuras, ya que la plata es conocida por tener propiedades bactericidas. Finalmente, se ha logrado la comparación de las propiedades analizadas de las cuatro variedades de muestras, se ha alcanzado con éxito el recubrimiento de las piezas con una capa de fosfato de calcio, óptimo para promover la osteointegración y osteoconducción del sistema implante-hueso y se ha c

Las superficies de los implantes son un foco para la colonización de bacterias, ya sean externas, o se encuentren dentro del organismo. El problema reside en que pueden provocar infecciones severas, con consecuencias devastadoras para el organismo. La dificultad reside en que los implantes son zonas muy poco vascularizadas y tanto los antibióticos, como los antígenos del sistema inmune tienen muy difícil el acceso. Por ello se está estudiando que el propio implante ya lleve consigo propiedades antibacterianas. En concreto, en este proyecto se estudia que implantes de titanio puedan ir recubiertos de un film polimérico con algún principio activo incrustado, que provoque la inhibición de proliferación bacteriana sobre la superficie del implante. Este proyecto contempla la posibilidad de que creando multicapas se pueda ralentizar el proceso de difusión y por tanto, alargar el efecto antibacteriano. Como principios activos empleados para el estudio se ha seleccionado el Carvacrol, un aceite esencial con propiedades antibacterianas y la Doxiciclina, un antibiótico perteneciente al grupo de las tetraciclinas. De esta forma se estudia como varia el proceso de difusión y la caracterización de las superficies de las diferentes muestras dependiendo de las moléculas empleadas.

Aquest treball tracta de la fabricació d’ estructures poroses obertes de titani per rapid prototyping, concretament de la caracterització de les mostres que es fabriquin. Aquest estudi s’ ha centrat en la impressió 3D, en el cas del titani es requereix un binder(Pluronic) o aglutinant que en mesclar-se originin una tinta extrudible, i posteriorment sigui eliminat abans de la sinterització a 1350ºC durant 3 hores. Amb la porositat de les mostres s’ assolirà un mòdul de Young aparent més petit i per tant es reduirà l’ apantallament de tensions en el suposat del titani com a implant biomèdic en contacte amb teixit dur. Les mostres estaran realitzades a partir de dos tipus de pols de titani: irregular (3 g de Pluronic per cada 6,66 g Ti ) i esfèric ( optimitzada a 2g de Pluronic per 6,66 de Ti). A més de les dues tintes es compararan diferents dissenys R90, W90 i H120. Els dissenys han estat realitzats amb Simplify3D. La caracterització de la combinació de tintes i mostra serà de aspectes mecànics com assaig a compressió i de duresa i d’ altres estudiaran si la morfologia que presenten les tintes influeixen sobre el comportament cel·lular mitjançant un assaig d’ adhesió cel·lular, seguint el protocol LDH. També s’ estudiaran altres paràmetres com la contracció, la porositat i les dimensions de les mostres .La contracció va ser major a les mostres elaborades per tinta irregular Com a resultats vam obtenir un major mòdul de Young aparent i resistència mecànica per al disseny R90 elaborat a partir de tinta irregular, pot ser degut la unió entre les partícules irregular. Tot i això va demostrar una fractura fràgil , que pot ser degut a la microporositat del filament, a diferència de la tinta esfèrica que va mostrar un comportament dúctil en la fractura. La tinta esfèrica també va demostrar una major duresa tot i que els resultats no són concloents, degut al excés de porositat del fil irregular. En el que respecta a l’ adhesió cel·lular no es van observar diferències signifi

El titanio es un material muy utilizado en el campo de la biomedicina por sus buenas propiedades mecánicas y su gran biocompatibilidad. Como todos los metales, presenta un problema para actuar como biomaterial: el apantallamiento de tensiones. Para reducir el módulo elástico del titanio se han construido muestras porosas con la técnica de impresión 3D. El titanio no presenta bioactividad, por eso se ha biofuncionalizado con 4 biopolímeros diferentes tipo elastina (ELPs). Estos biopolímeros con fragmentos de elastina y cada uno tiene diferentes motivos celulares para caracterizar funciones biológicas distintas. 1K no tiene ningún motivo celular, H3 tiene el motivo celular DDDEE4 que favorece la mineralización, HRGD contiene el motivo celular RGD que promueve la adhesión y H4R4 contiene los dos motivos. La adhesión de los polímeros a las estructuras de titanio se ha realizado mediante la silanización, creando así un enlace covalente entre el biopolímero y el titanio. Se han realizado ensayos in vitro de adhesión tras 4h de incubación, de proliferación, mineralización y diferenciación para 4h, 7 días, 14 días, 21 días y 28 días de incubación. La caracterización celular del ensayo de adhesión se ha hecho mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), donde se ha observado que las células con una mejor adhesión se encontraban en la muestra funcionalizada con HRGD. El ensayo de proliferación se ha realizado midiendo la actividad de la enzima lactato deshidrogenasa (LDH) y se ha observado que la muestra que más ha proliferado ha sido la funcionalizada con HRGD. El ensayo de diferenciación se ha realizado midiendo la actividad de la enzima fosfato alcalina (ALP) y se ha observado que las células que han diferenciado más a los 14 días de incubación han sido las que se encontraban en las muestras funcionalizadas con H3. El ensayo de mineralización se ha realizado con Alizarin Red - S (AR-S) y la muestra dónde las células han mineralizado más han sido las funcionalizadas c

Tot i que actualment els implants dentals de titani tenen un baix percentatge de fallada, encara hi ha diverses causes que poden provocar dificultats. Dues de les causes més rellevants i comunes són la baixa velocitat d’osteointegració i la creació de film bacterià a la superfície de l’implant. Per tal de millorar aquestes dificultats s’ha demostrat que diferents pèptids com l’RGD, són capaços de millorar l’osteointegració i altres com la hLf1-11 reduir l’adhesió bacteriana. Fins a la data, aquestes dificultats s’han tractat de forma separada. Actualment, però, hi ha diverses investigacions que estudien poder combinar aquestes dues estratègies per poder resoldre els problemes de forma simultània. Una d’aquestes estratègies és l’adhesió sobre la superfície de titani d’una plataforma dual que contingui els pèptids que realitzen la funció desitjada. En el aquest projecte es vol, mitjançant diverses caracteritzacions físiques, químiques i biològiques de la superfície del titani, demostrar la funcionalitat d’una plataforma dual amb els pèptids RGD i hLf1-11.

La presencia de malalties periodontals generalment comença amb la deposició d’una gran quantitat de colònies Bacterianes, que, conjuntament amb altres factors (com ferides, etc.) afecten a la salut buco dental. Les bactèries interactuen entre elles formant el Bio-film Bacterià que es transformarà en la placa Bacteriana. Aquesta última es la encarregada de danyar el teixit tou que protegeix les unions dentals i començar el procés d’una possible malaltia periodontal. Degut això el present projecte ha estudiat el comportament antibacterià d’un recobriment sobre la superfície de Titani (Ti), davant l’hipotètic cas d’una pèrdua dental i el seu procés de reemplaçament (implant). Per aquests motiu, la zona d’acció del recobriment que s’ha estudiat en aquests projecte, correspon a la zona de contacte entre el Ti i geniva. Les condicions estudiades han sigut, quitosà dopat amb nano partícules d’Argent i Carvacrol ( component actiu de la farigola), degut a la propietat antibacteriana de l’argent i a les respostes antibacterianes, antiinflamatòries del Carvacrol.

En aquest projecte es desenvolupa un recobriment de hidroxiapatita mitjançant electrodeposició per polsos, i a la vegada aquest recobriment es fa servir com a transport per l’alliberació d'un agent antibacterià, en concret el digluconat de Clorhexidina. La primera part del projecte s’optimitzen els paràmetres del procés d'electrodeposició. L'interès es centra sobretot en la millora de l’adherència i la uniformitat de la capa. Els factors sobre els que s’ha actuat són: el sistema de subjecció de la mostra, la densitat de corrent, la temperatura de treball, el pretractament de la mostra i el temps del polsos. El control de l’adherència s’ha dut a terme per ultrasons i la caracterització dels recobriments obtinguts s’ha realitzat mitjançant SEM, difracció de raigs X i la rugositat per microscòpia interferomètrica. Els millors resultats s’han obtingut treballant a 40ºC, amb una densitat de corrent de 2mA/cm2, time on=1s i toff=2s, amb un pretractament previ de la mostra amb hidròxid de sodi. Sota aquestes condicions s’observa també que creixen cristalls de hidroxiapatita sobre el recobriment després de ser immers en SBF, el que suggereix un possible comportament bioactiu in vivo. La segona part es centra en la incorporació de digluconat de clorhexidina al recobriment per dues vies: per co-diposició i per absorció, afegint una quantitat controlada de digluconat de clorhexidina sobre el recobriment. Per comprovar que l’agent antibacterià no modifica la morfologia de la superfície del recobriment, es caracteritzen les mostres per SEM. La morfologia obtinguda és la mateixa, només en el cas de la co-deposició, la capa obtinguda és més gruixuda i més cohesionada, el digluconat de clorhexidina actua com agent de nucleació. Finalment es realitzen proves de citotoxicitat per comprovar la biocompatibilitat del recobriment. Es detecta que les mostres amb Digluconat de Clorhexidina amb dilucions 1:10 i superiors no son citotòxiques. L’assaig de difusió en Agar es realitza amb Strep

To obtain a regeneration and integration of gingival tissues onto the dental implant surface, is essential to achieve an appropriate cellular response. To promote an appropriate cellular response, materials surface has been frequently coated with a number of proteins, peptides and other biomolecules with similar properties to those of extracellular matrix proteins, which provides cell binding sites. Thus, the strategy proposed in this work to promote the integration of the gingival tissue over the implant is the biofunctionalization of titanium surface with type I collagen, which has GFOGER amino acid sequences that promote fibroblast response and thereby significantly reducing recovery time of the tissues post-implantation is expected. The studies performed in this work analyzed in depth the influence of both the method of metal surface activation (plasma or acid attack), such as collagen-binding method (physisorption or covalent bond by silanes), on the amount, stability and conformation of collagen layer immobilized on titanium, and ultimately the influence of collagen on fibroblast adhesion, proliferation, and activation, as well as the influence on the beginning of secretion and reorganization of extracellular matrix., El éxito clínico de los implantes dentales depende de una satisfactoria integración de la superficie del material con los tejidos que lo rodean. Dicha integración depende de dos tipos de interacciones interfaciales: una es la interacción con el tejido del hueso, denominada como osteointegración y la otra es la interacción con los tejidos blandos de la encía sobre el cuello del implante, denominado sellado biológico. Un buen sellado biológico evita el paso de bacterias y gérmenes a través de la interfaz implante-tejido, y previene por tanto el posterior aflojamiento y perdida del implante. La mejora del sellado biológico a corto y largo plazo, dependerá de las propiedades físico-químicas de la superficie del material y de su capacidad para promover y/o acelerar los procesos de curación y restauración de los tejidos de la encía después de la implantación. En este trabajo se propuso la biofuncionalización de superficies de titanio con colágeno tipo I, como estrategia para mejorar el sellado biológico de implantes dentales. El colágeno tipo I es el principal componente de la matriz extracelular de los tejidos de la encía, y ha sido reportado como un excelente promotor de la adhesión de diferentes tipos de células gingivales. En este estudio se analizó la posibilidad de utilizar silanos como agentes de acoplamiento para formar un enlace covalente entre el metal y la molécula orgánica, y obtener una mayor estabilidad a largo plazo en comparación con la fisisorción. Se llevó a cabo un estudio de las distintas etapas del proceso de inmovilización de colágeno sobre la superficie de titanio: i) limpieza y activación de la superficie, mediante procedimientos físicos (plasma de oxígeno) o químicos (ataque con solución piraña); ii) silanización con dos silanos distintos, 3-cloropropil- trietoxi-silano (CPTES) y 3-glicidiloxipropil-trietoxi-silano (GPTES); iii) inmovilización de colágeno tipo I sobre las superficies previamente tratadas. El estudio se llevó a cabo por medio de di, Postprint (published version)

L'ús d'implants dentals ha suposat un dels avenços més importants en la pràctica odontològica. Tot i això, no estan exempts de problemes. Un dels principals factors de risc és l'aparició d'infeccions bacterianes en el teixit periimplantari que condueixin a la pèrdua de l'implant. Per això, es busca minimitzar la formació de biofilms bacterians mitjançant recobriments antifouling. En aquest projecte s'han estudiat i realitzat tractaments antifouling de polietilenglicol (PEG) de la superfície de titani d'implants dentals mitjançant polimerització per plasma, electrodeposició i silanización. Cada tractament permet la unió del polímer PEG a la superfície de l'implant dental amb diferents característiques. A més, s'ha demostrat la capacitat de funcionalitzar aquests recobriments utilitzant el pèptid RGD. S'ha procedit a la caracterització fisicoquímica i biològica dels recobriments obtinguts. Per a això, s'han determinat la humectabilitat, la rugositat i la composició química superficial dels mateixos, així com el seu comportament enfront de l'adsorció de proteïnes, a l'adhesió cel·lular i l'adhesió de soques bacterianes presents al biofilm bucal. També s'ha realitzat un assaig de citotoxicitat cel·lular per determinar la seva biocompatibilitat. Finalment, s'ha determinat el tractament que presenta les millors característiques, considerant el processat aplicat i els resultats obtinguts.

Actualment, segueix existint un cert percentatge d‟implants que fracassen a causa de ser rebutjats pel cos. Per tal de reduir la taxa de fracàs hi ha diverses investigacions en marxa igual, que el present projecte, on es biofuncionalitza la superfície de discs de titani per tal de millorar l‟osseointegració mitjançant modificacions químiques amb àcid nítric o plasma i posteriorment, unint covalentment o per fisisorció, un pèptid el qual conté una seqüència d‟adhesió cel·lular. La primera part de la memòria es centra en la caracterització física i química dels diferents tractaments que s‟apliquen a la superfície del titani, mitjançant l‟angle de contacte, l„energia superficial i la rugositat. En la segona part es caracteritza biològicament com afecten les modificacions superficials a l‟adhesió cel·lular a través d‟anàlisis immunohistoquímics. Cal destacar que aquest estudi forma part d‟un projecte de major abast que té com a objectiu modifica la superfície del titani per estimular l‟adhesió d‟osteoblasts i així, augmentar la taxa d‟èxit les implants.