Search

Se ha obtenido una capa de fosfato de calcio del mismo contenido mineral que el hueso en la superficie del implante dental de titanio, que tiene como consecuencia una muy rápida y eficaz osteointegración. Esta capa se ha obtenido mediante un método biomimético por vía termoquímica. La capa se une al substrato por enlace químico. Este hecho evita todos los inconvenientes de los métodos de recubrimiento convencionales (plasma spray, ablación láser...) cuya unión es por interacción mecánica, lo cual provocaba que hubiese espacio vacío entre el substrato y la capa facilitando la colonización bacteriana (periimplantitis) y un desprendimiento y degradación acelerados de la misma. Con la formación de la capa por el método termoquímico, sobre la superficie rugosa del implante, el tiempo de convalecencia se reduce significativamente ya que colocamos una estructura en la superficie del implante que las células reconocen, facilitando el crecimiento óseo alrededor del implante dental. A esta capacidad de formar capas cerámicas de fosfato de calcio en la superficie del biomaterial se la conoce como bioactividad y, anteriormente, era una habilidad que sólo tenían algunas cerámicas y vidrios. El desarrollo y obtención de estos implantes de titanio con una rugosidad optimizada y bioactivos combina una magnífica fijación mecánica con la rapidez del crecimiento del hueso, con lo que se consigue un implante con mejor osteointegración tanto a corto como a largo plazo.

Laser-induced forward transfer LIFT is a laser direct-write technique that offers the possibility of printing patterns with a high spatial resolution from a wide range of materials in a solid or liquid state, such as conductors, dielectrics, and biomolecules in solution. This versatility has made LIFT a very promising alternative to lithography-based processes for the rapid prototyping of biomolecule microarrays. Here, we study the transfer process through the LIFT of droplets of a solution suitable for microarray preparation. The laser pulse energy and beam size were systematically varied, and the effect on the transferred droplets was evaluated. Controlled transfers in which the deposited droplets displayed optimal features could be obtained by varying these parameters. In addition, the transferred droplet volume displayed a linear dependence on the laser pulse energy. This dependence allowed determining a threshold energy density value, independent of the laser focusing conditions, which acted as necessary conditions for the transfer to occur. The corresponding sufficient condition was given by a different total energy threshold for each laser beam dimension. The threshold energy density was found to be the dimensional parameter that determined the amount of the transferred liquid per laser pulse, and there was no substantial loss of material due to liquid vaporization during the transfer. © 2006 American Institute of Physics. DOI: 10.1063/1.2191569 Recent advances in genetic and molecular biology have prompted the development of highly integrated and miniaturized biosensors. Such devices are powerful tools for application in cell biology research, medical diagnostics, therapeutic studies, detection of pathogenic agents, and tissue engineering. Although pattern-transfer techniques such as photolithography are adequate for the large-scale production of miniaturized biosensors, they are not versatile enough for rapidprototyping applications. Direct-write technologies represent an interesting alternative when a fast and inexpensive production of the operative prototype is required. However, the more conventional direct-write techniques use pins and printing headers 1,2 that, due to their size and arrangement, restrict both the spatial resolution and the versatility of such techniques. Laser-induced forward transfer LIFT is a noncontact direct-writing technique that has emerged as an alternative for rapid-prototyping applications due to its capacity to overcome various difficulties associated with conventional direct-write techniques. In addition, LIFT allows the transfer of a wide range of materials, in air and at room temperature. All of these characteristics make LIFT suitable for the preparation of integrated biosensors through a unique process that includes several serial steps, and, consequently, a significant reduction in the production time of the biosensors can be achieved. In the LIFT technique, a focused laser beam removes a tiny amount of the material to be transferred from a precursor film deposited on a transparent support. The material is then deposited on a receptor substrate placed alongside the precursor film. The short separation between the precursor film and the receptor substrate, and the reduced dimensions of the focused laser beam provide this technique with the desired spatial resolution. Since its development by Bohandy et al., 3 the feasibility of LIFT for the deposition of inorganic materials in a solid state has been repeatedly demonstrated. 4‐6 In this case, the heating caused by the laser in the precursor film leads to the vaporization of the material, which recondenses in the receptor substrate following the transfer. Under these conditions, the transfer of biomolecules is clearly not possible due to the irreversible damage to the biomaterial caused by a direct interaction with the laser radiation. The possibility of using LIFT to transfer biomolecules in a solution without a decomposition of the transferred biomolecules was reported by Wu et al. 7 When applying LIFT to the transfer of biomolecules in a solution, the laser pulse causes an expulsion of a part of the liquid, which is then deposited on the substrate. In this case, the solvent acts as a transport vector and at the same time prevents the decomposition of the biomolecules. Accordingly, various biological materials, including proteins, 8‐10 DNA, 11‐13 and cells 14‐16 have been trans

El éxito clínico de los implantes dentales, fabricados en titanio comercialmente puro (Ti c.p.), está basado en la consecución de la osteointegración, es decir, la conexión directa estructural y funcional entre el hueso vivo, ordenado, y la superficie del implante. La mejora de la osteointegración a corto y largo plazo es función de múltiples factores, de entre los cuales, la calidad superficial del implante (fisicoquímica y topográfica) es de gran importancia. De hecho, todas las interacciones biológicas y mecánicas que se dan entre el implante y los tejidos circundantes son a través de la interfaz creada entre dichos tejidos y la superficie del material implantado.En este trabajo se estudian y desarrollan distintos tratamientos aplicados sobre la superficie de los implantes dentales con el objetivo final de obtener implantes con una mejor osteointegración, tanto a corto como a largo plazo. En la primera parte se obtienen superficies rugosas por medio del tratamiento del granallado.La rugosidad de las superficies de Ti c.p. granalladas depende no sólo del tamaño de las partículas abrasivas de proyección empleadas (125 - 300 m; 425 - 600 m; 1000 - 1400 m), sino también de su naturaleza química (Al2O3, SiC, TiO2 y ZrO2) y su forma. Esta rugosidad se debe cuantificar con, al menos, dos parámetros, uno de altura (Ra) y otro de espaciado (Pc). Además, cualquiera que sea la naturaleza química de las partículas empleadas, quedan restos de las mismas sobre las superficies tratadas. Con estas premisas, las propiedades de la superficie del Ti c.p. granallado se han podido optimizar, ya que la respuesta de adhesión y diferenciación de los osteoblastos está influenciada por la rugosidad y la naturaleza de las partículas de proyección. Además, aunque el aumento de rugosidad y las tensiones residuales que se inducen con el granallado influyen sobre el comportamiento electroquímico del material, éste es adecuado con respecto a su resistencia a la corrosión, de acuerdo a su posible utilización como material para la fabricación de implantes dentales.En la segunda parte se obtienen superficies rugosas y bioactivas por medio de un tratamiento en dos pasos: en primer lugar se granalla el implante (con las condiciones óptimas determinadas en la primera parte); y después se aplica un tratamiento termoquímico. El tratamiento termoquímico consiste en atacar el metal con NaOH y obtener en su superficie un gel hidratado de titanato de sodio. Este gel se deshidrata y densifica con un tratamiento térmico a 600 oC. En estas condiciones, el Ti c.p. es bioactivo.Las superficies de Ti c.p. granalladas con Al2O3 y tratadas termoquímicamente, demuestran su potencial bioactividad porque hacen crecer por vía química in vitro, sobre su superficie, una capa de apatita; y la confirman, al crecer también in vivo. Sin embargo, la presencia de los restos de partículas de SiC sobre la superficie del metal inhibe su bioactividad. Estas superficies rugosas y bioactivas se estudian de forma comparativa, in vitro e in vivo, con otras no rugosas y/o bioinertes. La respuesta de diferenciación de los osteoblastos y la osteointegración a corto y medio plazo se ven favorecidas por la combinación sinérgica de la rugosidad y la bioatividad del metal. Como consecuencia, los implantes rugosos y bioactivos son candidatos preferenciales para ser utilizados en los procedimientos clínicos de carga inmediata.

This study examined the roughness and bonding strength of the chemical-made apatite layer in comparison with the titanium surface and the plasma-sprayed apatite. Commercially pure titanium plates were heated and chemically treated to deposit crystalline apatite on their surface. The roughness of the titanium surface of the original samples and the apatite surface was analyzed by a roughness surface tester. A scratch test was used to compare the adhesion of the chemical apatite layer to the titanium with the adhesion of a plasma-sprayed layer. A dense bone-like apatite layer was formed on the surface of the titanium by a simple chemical method. The surface roughness test showed that the chemical apatite coating increased the roughness of the samples. The scratch test showed that the bonding strength of the chemical-made apatite coatings to the titanium substrate was higher than the plasma-sprayed apatite coatings. The apatite layer produced by chemical treatment did not show a lower roughness than the titanium substrate. This chemical apatite layer also bonded tighter to the titanium than the plasma-sprayed apatite. This chemically made apatite coating is expected to provide a long-term implant-bone fixation.

El aumento de tratamientos prostodónticos implantosoportados para restituir la perdida de dientes supone que la cirugía de implantes sea una actividad habitual en las clínicas odontológicas, por ello la operación de colocación de los implantes debe garantizar el éxito teniendo en cuenta unas recomendaciones importantes entre las que destaca evitar el calentamiento excesivo del hueso durante la perforación del lecho óseo que puede provocar desnaturalización de proteínas y necrosis ósea.También es necesaria la máxima biocompatibilidad en la prótesis ha realizar sobre los implantes de titanio debido a la corrosión galvánica que existe por el contacto de metales de distinta naturaleza dentro de un medio conductor como es la saliva, para evitar esto se usa titanio como metal para prótesis, pero existen dificultades de manipulación y de unión con la cerámica que dificultan su aceptación clínica generalizada.El primer tema de investigación fue el estudio in vitro del control de la temperatura del hueso durante el fresado del lecho óseo. Se fabricaron tres fantomas para valorar las diferencias que pueden existir entre diversos sistemas impulsión de suero fisiológico y de irrigación del lecho óseo en función del diseño de las fresas. Se observó que las condiciones en que el suero fisiológico va desde la botella hasta la zona quirúrgica influyen en su calentamiento, encontrando diferencias estadísticamente significativas entre las bombas de impulsión usadas, no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre fresas cortas y largas con irrigación interna cerca de la punta de la fresa. También se valoró in vitro la eficacia de tres sistemas de irrigación (externa, interna en la base de fresa e interna en la punta de la fresa) para hacer llegar un volumen de suero adecuado en el fondo del lecho fresado y su influencia en la evolución de la temperatura del hueso fresado. Se observó que la irrigación interna cerca de la punta de la fresa obtuvo los mejores resultados con diferencias estadísticamente significativas respecto los otros sistemas de refrigeración.El segundo tema de investigación fue valorar la adhesión entre las estructuras protésicas fabricadas en diversos tipos de titanio y algunas cerámicas cocidas sobre él, mediante ensayos mecánicos de flexión en tres puntos. Un estudio preliminar permitió valorar si las diferencias entre el titanio grado 2 y el grado 4, que tienen propiedades mecánicas y químicas distintas, podían influir en la unión con las cerámicas y en su comportamiento mecánico. A partir de los resultados se definió el grado de titanio y el tratamiento superficial que optimiza la adhesión con las cerámicas para realizar un segundo estudio de comparación entre titanio colado y mecanizado. Para el estudio preliminar se fabricaron unos modelos de simulación con distintas combinaciones de titanio y cerámicas, que se ensayaron mecánicamente y se observaron con microscopio electrónico para analizar las fracturas. En este estudio obtuvo mejores resultados de resistencia a la flexión la combinación de titanio grado 4 y cerámica, pero se observó que era mejor la adhesión entre el titanio grado 2 y la cerámica debido a la mayor micro-rugosidad superficial del titanio grado 2.La comparación entre titanio colado y mecanizado se realizó de acuerdo a la Norma Europea EN ISO 9693:1999 publicada en español en septiembre de 2.000. Se usaron combinaciones de Cr-Ni y Cr-Co con cerámica a modo de control negativo.Los valores de resistencia a flexión del titanio colado y mecanizado no presentaron diferencias estadísticamente significativas entre ellos, además superaron ampliamente los mínimos exigidos para la aplicación clínica de una combinación de materiales.

Se colaron las muestras en titanio, en cromo cobalto y en aleación de oro. Se miró el ajuste de estos colados a una pieza mecanizada de titanio sin cementar y cementadas a ella. Sin cementar ambas piezas se determinó de forma significativa que las muestras coladas en titanio mostraban un desajuste mayor que las fabricadas en cromo-cobalto y en oro. Una vez cementadas se determinó que las muestras de titanio mostraban un desajuste mayor que las de cromo-cobalto, pero no en las de oro. Posteriormente se comprobó la retención del cemento entre el colado y la pieza mecanizada. No se determinaron diferencias significativas en la resistencia a la torsión dependiendo del material usado para el colado., Es van colar mostres en titani, en crom cobalt i en aleació d'or. Es va mirar l'ajust d'aquests colats a una peça mecanitzada de titani sense cementar i cementades a ella. Sense cementar les peces es va determinar de forma significativa que les mostres colades en titani mostraven un desajust més gran que les fabricades en corm-cobalt i en or. Una vegada cementades es va determinar que les mostres de titani mostraven un desajust més gran que les de rom-cobalt, pero no que les d'or. Posteriorment es va comprovar la retenció del ciment entre el colat i la peça mecanitzada. NO es ven determinar diferències significatives en la resistència a la torsió depenent del material usat pel colat.

El titanio es un metal abundante en la Tierra que presenta buenas propiedades mecánicas, baja densidad, resistencia a la corrosión y, además, es biocompatible. Estas características hacen que el titanio y sus aleaciones sean muy utilizados en una gran variedad de aplicaciones tecnológicas, sobre todo en la industria médica, química, naval y aeroespacial. Asimismo, recientemente se ha introducido su uso como metal semi-noble en el ámbito de la joyería y de la bisutería. Para mejorar las propiedades superficiales del titanio se le puede someter al tratamiento superficial de oxidación que, además, puede originar una variedad de colores muy atractiva que amplía las posibilidades del titanio en el sector de la joyería y de la decoración. Existen distintas técnicas para llevar a cabo la oxidación superficial del titanio para producir su coloración, como son el tratamiento térmico, el procesado con plasma o la oxidación electrolítica. No obstante, existe una alternativa interesante: el tratamiento superficial con láser. Esta técnica presenta una gran resolución espacial, rapidez de procesado y ausencia de contacto material con la pieza a tratar. Además, la posibilidad de irradiar zonas de difícil acceso y la versatilidad de los sistemas de marcado proporcionan al láser una gran aplicabilidad en la coloración del titanio. El objetivo de este trabajo es el estudio de la coloración del titanio mediante la oxidación del titanio en aire con un láser de marcado de Nd:YAG (lambda = 1064 nm) así como la evaluación de la viabilidad industrial de esta técnica en la realización de motivos. Además, se estudian las causas del color de las muestras obtenidas mediante el procesado con láser. El estudio comprende el análisis de la morfología y la composición resultantes al irradiar con un solo pulso láser, al acumular pulsos con una frecuencia de repetición de 30 kHz, al realizar trazas láser en modo continuo y en modo pulsado mediante el desplazamiento del haz láser sobre la superficie de la muestra y, finalmente, al tratar áreas extensas por solapamiento de trazas. Asimismo, se lleva a cabo un estudio de viabilidad de esta técnica mediante la realización de motivos decorativos.El análisis morfológico del titanio tratado con láser revela cambios significativos en la morfología superficial debido a movimientos termocapilares del material fundido, a los elevados esfuerzos mecánicos que aparecen en el material, a la vaporización y a la formación de un plasma intenso durante el tratamiento. Por otro lado, las muestras presentan distintos colores que, en algunos casos, muestran una tonalidad secundaria. El análisis por microscopia óptica revela que el color de las muestras no es uniforme pues presentan zonas micrométricas de distintos colores. El análisis composicional pone de manifiesto que las muestras están formadas por Ti2O,gamma-TiO,beta-Ti2O3 y TiO2. El estudio de las propiedades ópticas y estructurales de las muestras tratadas con láser así como el análisis comparativo con muestras anodizadas indican que el color es originado esencialmente por fenómenos de interferencias en una capa fina superficial de TiO2 transparente influido, según el caso, por la composición debajo de éste y, en menor medida, por fenómenos de absorción óptica de los demás óxidos.Finalmente, el estudio del color llevado a cabo mediante la variación de los parámetros tecnológicos relacionados con el marcado con láser pone de manifiesto la viabilidad de esta técnica para la realización de motivos en color sobre titanio. Se han empleado distintos modos de operación para efectuar diseños vectoriales, motivos con áreas rellenas de colores y mapas de bits realizados a base de píxeles de colores. Estos modos de marcado permiten realizar diseños de gran calidad, con colores muy atractivos y uniformes.

Se han estudiado los endurecimientos superficiales que se producen en la aleación Ti 6Al 4V, mediante los procesos de anodización electroquímica y mediante diferentes tratamientos térmicos a distintas microestructuras de dicha aleación, así como los procesos de nitruración mediante difusión gaseosa.. Los resultados de la combinación de la anodización y los tratamientos térmicos producen endurecimientos superiores a 1000 HV lo que mejorará la resistencia al desgaste de estas aleaciones en sus aplicaciones para prótesis articulares. Mejores resultados ofrecen los valores de nitruración que pueden alcanzar las 1400 unidades Vickers.

En este trabajo se ha estudiado el proceso de gelificación desde un nuevo punto de vista: el seguimiento de la transición solgel mediante la evolución con el tiempo de la distribución de tiempos de relajación, que está directamente relacionada con la distribución de pesos moleculares. La técnica utilizada para la determinación de la distribución de tiempos de relajación es la reología. El proceso de gelificación se ha seguido de forma continua mediante dos ensayos reológicos distintos: (1) ensayos dinámicos u oscilatorios y (2) ensayos de retardo y recuperación, con el objetivo de caracterizar de forma completa la viscoelasticidad del sistema a lo largo de todo el proceso. El estudio ha abarcado todos los estadios de la gelificación: (a) el estadio pre-gel, (b) el propio estadio gel y (c) el estadio post-gel. Los procesos estudiados corresponden a soles poliméricos de titanio y de silicio. Los resultados obtenidos permiten evaluar la influencia de la composición de los soles, así como comparar los dos tipos de soles analizados. Además, permiten describir el tiempo de gelificación desde una nueva perspectiva, basada en la distribución de tiempos de relajación, ya que se observa que este momento corresponde a una distribución de polidispersidad máxima

En la presente tesis doctoral se ha estudiado y caracterizado la obtención de capas de nitruro en titanio y Ti6Al4V mediante tratamiento termoquímico de nitruración para la mejora de la dureza superficial y de la resistencia al desgaste del titanio y del Ti6Al4V.Tras un estudio estadístico de los parámetros ópticos y el efecto del tratamiento en los mecanismos de desgaste, se realizó un estudio químico y microestructural, así como de la cinética de nitruración, mediante diferentes técnicas, como rugosimetría, microscopia, difracción de electrones, de rayos X y espectroscopia Auger. El estudio de las propiedades mecánicas se realizó mediante ensayos mecánicos de tracción y de fatiga oligocíclica. Se procedió posteriormente a la caracterización electroquímica mediante técnicas de análisis electroquímico. Por último, se procedió a un estudio de la biocompatibilidad del tratamiento de nitruración.Las conclusiones obtenidas son que el tratamiento termoquímico de nitruración del titanio y de la aleación Ti6Al4V produce una capa lisa y homogénea en las muestras tratadas de titanio y de la aleación Ti6Al4V, con incrementos de la dureza superficial de hasta un 500% respecto al material no tratado, y con obtención de reducciones del coeficiente de desgaste de más de un orden de magnitud en las condiciones ensayadas.La capa de nitruros formada tiene un espesor de 1-2 ?m, formada por pequeños granos de nitruros con diámetros del orden de los 50-100 nm. El componente principal de la capa es nitruro de titanio (Ti2N). Las muestras nitruradas estudiadas exhiben un buen comportamiento electroquímico, con elevadas resistencias de transferencia de carga. A partir de los resultados obtenidos en los ensayos realizados el Ti6Al4V nitrurado no se apreciaron señales de toxicidad., In this thesis it has been studied and characterised the obtention of titanium and Ti6Al4V nitride layers by means of thermo-chemical nitriding processing for the improvement of the surface hardness and wear resistance. After statistical study of the optical parameters and the effect of nitriding in the wear mechanisms, chemical and microstructural characterisations were made, as well as the study of nitriding kinetics by means of different techniques, like profilometry, optical and electron microscopy, X-ray and electron diffraction techniques and Auger spectroscopy. The study of the mechanical properties was made by means of static and fatigue mechanical tests. Electrochemical characterisation was made by means of electrochemical analyses techniques. Finally, the biocompatibility of Ti6Al4V nitrided samples was studied. It was concluded that thermo-chemical nitriding of titanium and Ti6Al4V alloy produces a smooth and homogenous layer in the treated samples, with increments of surface hardness up to 500% compared to non-treated material. Reductions of the wear coefficient of an order of magnitude were also achieved in test conditions. The obtained nitride layer has a thickness of 1-2 micrometer, and it is formed by small nitride grains with diameters of the order of 50-100 nm. The main component of the layer is titanium nitride (Ti2N). The studied nitrided samples exhibit excellent electrochemical behaviour, with a high resistance to electric load transference. The results obtained in the toxicity tests did not show signals of toxicity of the nitrided Ti6Al4V.

Se ha demostrado que realizar el tratamiento de granallado sobre implantes mejora la fijación de los mismos, debido a la rugosidad superficial que adquieren. Variando el tamaño de las partículas de proyección del granallado, se varía el valor de rugosidad. Por otra parte, siempre quedan partículas adheridas en la superficie del implante, lo cual puede tener influencia en distintas propiedades, entre las cuales cabe destacar su resistencia a la corrosión. Este estudio determina el comportamiento a la corrosión, mediante mediciones potenciodinámicas, del titanio comercialmente puro granallado con diferentes materiales de partículas de proyección (Al2O3 y SiC) y con diferentes tamaños de partícula (200, 600 y 900 mm). La rugosidad no tuvo influencia significativa en los resultados de corrosión, pero sí la tuvo la naturaleza de las partículas de proyección. Así, los discos tratados con SiC, debido a la oxidación de estas partículas adheridas en la superficie del titanio, presentaron densidades de corriente un orden de magnitud mayores que los discos tratados con Al2O3, lo que les confiere peores características de resistencia a la corrosión. No obstante, todos los discos presentaron un adecuado comportamiento frente a la corrosión.

[spa] Las propiedades mecánicas que presentan las aleaciones Ni-Ti para su aplicación en Prótesis Parcial Removible son ya conocidas y se sabe también que el ciclado mecánico y térmico del material – comportamiento al que va a verse sometido en boca - altera las propiedades de superelasticidad del mismo. La aleación Ni-Ti-Cu constituye la nueva generación de materiales con memoria de forma biocompatible que actúa de una manera más estable en servicio, sin producir cambios tan significativos en las propiedades de los retenedores protésicos. Estos cambios son debidos a las variaciones de las tensiones y de las temperaturas en la cavidad oral. En el presente trabajo se pretende determinar cómo la adición de Cobre en la aleación Ni-Ti estabiliza el comportamiento a fatiga tanto mecánica como térmica y evita, además, el problema del envejecimiento. Con estas nuevas aleaciones de Ni-Ti-Cu, el clínico podrá conocer con exactitud las tensiones que los retenedores realizan sobre el diente para la correcta fijación. Estas tensiones se desean constantes a lo largo de la vida en servicio y se espera de la adición de Cobre el mantenimiento de las propiedades ante acciones cíclicas que ocurren en el interior de la boca a la temperatura de 37° C y en presencia de medio salivar.

El objetivo de este trabajo de investigación es la obtención de una capa de anodizado, que sea homogénea en toda la superficie del implante de titanio. Esta capa de óxido de titanio tendrá unas propiedades beneficiosas para el implante dental como son: 1. Limpieza de residuos tanto orgánicos como inorgánicos de la superficie del implante. 2. Mejora de la resistencia a la corrosión del implante. 3. Disminución de la liberación de iones del titanio al medio fisiológico. 4. Aumento de la dureza superficial así como de la resistencia al desgaste.

Puesto que en los momentos actuales se está usando el titanio de manera habitual como componente de todas las endoprótesis, y de manera cada vez más importante se está incluyendo en la fabricación de los implantes de osteosíntesis y estabilización osteoarticular, es necesario que los cirujanos ortopédicos nos acerquemos al conocimiento de sus bondades o de sus inconvenientes. Tratamos por ello de situarlo en sus coordenadas de aplicación clínica, resaltando sus virtudes en los aspectos biomecánicos, en las garantías de biocompatibilidad que permiten que se pueda realizar por parte del hueso receptor el fenómeno de la osteointegración, y en general en la respuesta del huésped ante este metal no desde el punto de vista de la unión al mismo, sino de las reacciones adversas o no, que pueda ocasionar sistémica o localmente. Desde el punto de vista biomecánico, su ductilidad y resistencia y su gran capacidad de autorreparación por el mecanismo de la pasivación inmediata anulando por tanto el fenómeno corrosivo, son sus mejores credenciales. Biológicamente, su compatibilidad con el medio que lo recibe permitiendo el crecimiento hístico a su alrededor sin interferirlo, junto a su baja o nula capacidad de reacción a cuerpo extraño y mucho menos en la producción de fenómenos de sensibilidad son las otras características que avalan su uso. Como material endoprotésico, junto a indudables constataciones clínicas y de laboratorio que le sitúan como el mejor metal proosteointegración, otras tratan de encontrar sombras para su empleo.

El recubrimiento de los implantes con hidroxiapatita (HA) viene realizandose desde que se descubriera su capacidad osteoconductora y aceleradora de la osteointegración. Sus ventajosas propiedades biológicas junto a las limitaciones metálicas hacen que sea un material válido para recubrir la superficie de los implantes metálicos. Nuestro objetivo ha sido diseñar un implante de titanio, Implante Osteointegrado Universal (IOU), recubierto de una fina capa de HA (3 a 6 micras de espesor), de forma que una vez cumplida su función, se reabsorba totalmente siendo la superficie metálica la que quede en contacto directo con hueso. En este trabajo describimos la composición analítica y las propiedades biomecánicas, del cuerpo y superficie en microesferas de titanio del IOU. Su importancia radica en que la respuesta biológica ante la desaparición de la cubierta de HA, viene determinada por las características de la superficie del metal subyacente.

Los diversos implantes de titanio, aunque basados todos ellos en los mismos principios de osteointegración, varían significativamente en su diseño, técnica quirúrgica de implantación, sistema de retención en el hueso, características químicas y mecánicas de su superficie. Desarrollamos, desde la perspectiva de la ciencia de los materiales, una exposición comparativa de los sistemas de implantes de mayor uso clínico en la actualidad, analizando los factores dependientes de sus biomateriales (diseño macroscópico, topografía de superficie, resistencia a la corrosión, química de superficie, recubrimientos superficiales), de su comportamiento biomecánico (propiedades mecánicas, relación volumen/superficie), y la repercusión de estos factores sobre las características biológicas de las interfases implanto-tisulares.

[EN] We report a new family of titanium-organic frameworks that enlarges the limited number of crystalline, porous materials available for this metal. They are chemically robust and can be prepared as single crystals at multi-gram scale from multiple precursors. Their heterometallic structure enables engineering of their photoactivity by metal doping rather than by linker functionalization. Compared to other methodologies based on the post-synthetic metallation of MOFs, our approach is well-fitted for controlling the positioning of dopants at an atomic level to gain more precise control over the band-gap and electronic properties of the porous solid. Changes in the band-gap are also rationalized with computational modelling and experimentally confirmed by photocatalytic H-2 production., This work was supported by the EU (ERC Stg Chem-fs-MOF 714122) and Spanish MINECO (MDM-2015-0538, MAT2016-75586-C4-4-P & CTQ2017-83486-P). C.M.-G. and J.C.-G. thank the Spanish MINECO for a Ramon y Cajal Fellowship and FPI Scholarship (CTQ2014-59209-P), respectively. N.M.P. thanks the Junta de Andalucia for post-doctoral fellowship (P10-FQM-6050). BSC-RES and UG-Alhambra are acknowledged for the computational resources and F. Lloret for helpful discussions.

The chemistry of metal–organic frameworks (MOFs) relies on the controlled linking of organic molecules and inorganic secondary building units to assemble an unlimited number of reticular frameworks. However, the design of porous solids with chemical stability still remains limited to carboxylate or azolate groups. There is a timely opportunity to develop new synthetic platforms that make use of unexplored metal binding groups to produce metal–linker joints with hydrolytic stability. Living organisms use siderophores (iron carriers in Greek) to effectively assimilate iron in soluble form. These compounds make use of hard oxo donors as hydroxamate or catecholate groups to coordinate metal Lewis acids such as iron, aluminum, or titanium to form metal complexes very stable in water. Inspired by the chemistry of these microorganisms, we report the first hydroxamate MOF prepared by direct synthesis. MUV-11 (MUV = materials of Universidad de Valencia) is a crystalline, porous material (close to 800 m2·g–1) that combines photoactivity with good chemical stability in acid conditions. By using a high-throughput approach, we also demonstrate that this new chemistry is compatible with the formation of single-crystalline phases for multiple titanium salts, thus expanding the scope of accessible precursors. Titanium frameworks are regarded as promising materials for photocatalytic applications. Our photoelectrochemical and catalytic tests suggest important differences for MUV-11. Compared to other Ti-MOFs, changes in the photoelectrochemical and photocatalytic activity have been rationalized with computational modeling, revealing how the chemistry of siderophores can introduce changes to the electronic structure of the frontier orbitals, relevant to the photocatalytic activity of these solids., This work was supported by Spanish MINECO (MDM-2015-0538, CTQ2017-83486-P, and ENE2016-79608-C2-1-R). C.M.-G., N.M.P., J.C.-G., and M.B. thank the Spanish MINECO for a Ramón y Cajal Fellowship (RYC-2012-10894),Marie Skłodowska Curie Fellowship (H2020-MSCA-IF-2016-GF-749359-EnanSET), FPI Scholarship (CTQ2014-59209-P), and Juan de la Cierva Fellowship (FJCI-2016-30567),respectively.

The improvement of the reliability of the contact between the osseous tissues and the implant materials has been tested by recovering the metallic implants with ceramic materials, usually calcium phosphates. In our study, the calcium phosphate recovering layers were deposited by means of a pulsed-laser deposition technique. Our aim was to to evaluate the tissue interactions established between cortical bone and titanium implants covered by five different layers, ranging from amorphous calcium phosphate to crystalline hydroxyapatite, obtained by altering the parameters of the laser ablation process. The surgical protocol of the study consisted in the simultaneous implantation of the five types of implants in both the tibial dyaphisis of three Beagle dogs, sacrificed respectively one, two and three months after the last surgical procedures. After the sacrifice, the samples were submitted to a scheduled procedure of embedding in plastic polymers without prior decalcification, in order to perform the ultrastructural studies: scanning microscopy with secondary and backscattered electrons (BS-SEM). Our observations show that both in terms of the calcified tissues appearing as a response to the presence of the different coatings and of time of recovering, the implants coated with crystalline calcium phosphate layers by laser ablation present a better result than the amorphous-calcium-phosphate-coated implants. Moreover, the constant presence of chondroid tissue, related with the mechanical induction by forces applied on the recovering area, strongly suggests that the mechanisms implied in osteointegration are related to endomembranous, rather than endochondral ossification processes

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 reviewed to be enhanced. Different conditions and parameters were tested: the activation technique, the coating time, the MSN coating solution concentration and two different silanes. The first trials were at first realized with the 3-(Triethoxysilyl)propyl isocyanate (ICPTES) as the silane precursor. Then the reaction was studied with 3-(Triethoxysilyl)propyl isocyanate (TESPSA). For each silane precursors, three activation techniques were tried: UV activation, NaOH solution attack and dioxygen plasma. In addition, ultrasound device was used to check the coating stability of the samples. Each sample was controlled using the scanning electron microscopy (SEM) to study MSN coating morphology on the titanium plates. The best coating was obtained with an overnight coating reaction using TESPSA (2%, v/v), the MSN solution concentration was 5 g/L and the titanium sample was activated with dioxygen plasma.

A novel approach to synthesize enantiomerically pure α-hydroxy carboxylic derivatives is reported. A highly stereoselective oxidation of titanium(IV) enolates from chiral N-acyloxazolidinones is performed with oxygen under simple experimental conditions that do not require any reducing steps. The success of this approach depends on the biradical character of titanium(IV) enolates.

Bacterial infection represents a major cause of implant failure in dentistry. A common approach to overcoming this issue and treating peri-implant infection consists in the use of antibiotics. However, the rise of multidrug-resistant bacteria poses serious concerns to this strategy. A promising alternative is the use of antimicrobial peptides due to their broad-spectrum activity against bacteria and reduced bacterial resistance responses. The aim of the present study was to determine the in vitro antibacterial activity of the human lactoferrin-derived peptide hLf1-11 anchored to titanium surfaces. To this end, titanium samples were functionalized with the hLf1-11 peptide either by silanization methods or physical adsorption. X-ray photoelectron spectroscopy analyses confirmed the successful covalent attachment of the hLf1-11 peptide onto titanium surfaces. Lactate dehydrogenase assay determined that hLf1-11 peptide did not affect fibroblast viability. An outstanding reduction in the adhesion and early stages of biofilm formation of Streptococcus sanguinis and Lactobacillus salivarius was observed on the biofunctionalized surfaces compared to control non-treated samples. Furthermore, samples coated with the hLf1-11 peptide inhibited the early stages of bacterial growth. Thus, this strategy holds great potential to develop antimicrobial biomaterials for dental applications

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 con H3.

Because of its unique properties, titania (TiO2) represents a promising candidate in a wide variety of research fields. In this paper, some of the properties and potential applications of titania within rolled-up nanotechnology are explored. It is shown how the structural and optical properties of rolled titania microtubes can be controlled by properly tuning the microfabrication parameters. The rolling up of titania films on different sacrificial layers and containing different shapes, achieving a control on the diameter of the fabricated titania microtubes, is presented. In order to obtain the more photoactive crystalline form of titania, one during-fabrication and two post-fabrication methods are demonstrated. Interesting applications in the fields of photocatalysis and photonics are suggested: the use of titania rolled-up microtubes as micromotors and optical microresonators is presented.

Installing bioactivity on metallic biomaterials by mimicking the extracellular matrix (ECM) is crucial for stimulating specific cellular responses to ultimately promote tissue regeneration. Fibronectin is an ECM protein commonly used for biomaterial functionalization. The use of fibronectin recombinant fragments is an attractive alternate to the use of full-length fibronectin because of the relatively low cost and facility of purification. However, it is necessary to combine more than one fragment, for example, the cell attachment site and the heparin binding II (HBII), either mixed or in one molecule, to obtain complete activity. In the present study, we proposed to install adhesion capacity to the HBII fragment by an RGD gain-of-function DNA mutation, retaining its cell differentiation capacity and thereby producing a small and very active protein fragment. The novel molecule, covalently immobilized onto titanium surfaces, maintained the growth factor-binding capacity and stimulated cell spreading, osteoblastic cell differentiation, and mineralization of human mesenchymal stem cells compared to the HBII native protein. These results highlight the potential capacity of gain-of-function DNA mutations in the design of novel molecules for the improvement of osseointegration properties of metallic implant surfaces.

Commercially pure (Grade 4) titanium specimens with two types of microstructure (coarse-grained and nanostructured by means of equal channel angular pressing) were joined by linear friction welding (LFW). Microhardness measurements, tensile and compression tests as well as fracture surface inspection by scanning electron microscopy revealed similarity in tensile properties and significant discrepancy in compression behavior of two types of Ti specimens. Tensile test shows that fracture occurs in both cases in a region of heat affected zone. Fracture surface analysis displayed mostly ductile mode. In case of compression test coarse-grained titanium linear friction welded demonstrates a pronounced strain hardening region without fracture but nanostructured LFW titanium shows typical plastic behavior with mixing of brittle-ductile mode of rupture in the welding zone.

A novel class of polyurethane-polyurea nanoparticles (PUUa NPs) to install multifunctionality on biomaterials is presented. Biofunctionalization of titanium with roxithromycin loaded RGD-decorated PUUa NPs results in an outstanding improvement of osteoblast adhesion and strong suppression of bacterial attachment. This strategy represents a powerful approach to enhance the osseointegration of implant materials. info:eu-repo/semantics/acceptedVersion

L'objectiu principal del treball és la fabricació d'estructures poroses a partir de pols de titani mitjançant manufactura additiva.