Desarrollo de prototipo de implante bioabsorbible de aleaciones binarias y ternarias de Mg-Ca nanoestructuradas por Deformación Plástica Severa

El diseño de implantes bioabsorbibles se ha desarrollado como una solución innovadora en la medicina que busca resolver la necesidad de cirugías posteriores para el reemplazo o remoción de piezas implantadas y mejorar la calidad de vida de los pacientes. Este proyecto se centra en la investigación y desarrollo de prototipos de implantes ortopédicos fabricados con aleaciones de magnesio-calcio (Mg-Ca) nanoestructuradas por torsión a alta presión (HPT, por sus siglas en inglés), así como la adición de elementos aleantes como el zinc (Zn) y estroncio (Sr) para mejorar sus propiedades mecánicas, biocompatibilidad y respuesta electroquímica. La metodología incorpora la fabricación de aleaciones de Mg-Ca y otros elementos Zn y Sr, con distintas concentraciones integradas en la matriz a través del procesamiento por HPT. Asimismo, se realiza la caracterización de las aleaciones antes y después del procesamiento por medio de microscopía electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés) complementado con espectroscopía de rayos X de energía dispersiva (EDS, por sus siglas en inglés) y calorimetría diferencial de barrido (DSC, por sus siglas en inglés). Por otra parte, se realiza la caracterización cristalográfica por medio microscopía electrónica de transmisión (TEM, por sus siglas en inglés) y la difracción de rayos X (XRD, por sus siglas en inglés) y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR, por sus siglas en inglés) para el estudio de los productos de corrosión. Adicionalmente, se evalúan las propiedades mecánicas a través de mediciones microdureza Vickers, ensayos de tracción y fatiga.
Además, se realizará el diseño de un modelo computacional del prototipo de implante con el software CAD Solidworks y se realizarán simulaciones que repliquen comportamientos mecánicos y electroquímicos. Una vez diseñado el prototipo, se realizará el maquinado del material nanoestucturado con Electroerosionado con corte por hilo (EDM, por sus siglas en inglés) y se llevarán a cabo estudios in vitro del prototipo para evaluar la biocompatibilidad y el comportamiento en corrosión de los implantes; en caso de que sea factible, se realizará el estudio in vivo para evaluar los mismos comportamientos. Las actividades serán realizadas en el Centro de Investigación y Extensión en Materiales (CIEMTEC), en el Laboratorio de Microscopia, en la Escuela de Química ubicadas en el Campus Central del Instituto Tecnológico de Costa Rica.
Finalmente, el objetivo es fabricar un implante que cumpla con los requisitos mecánicos necesarios para aplicaciones ortopédicas y una tasa de degradación controlada para favorecer la regeneración ósea sin repercusiones negativas en los pacientes.

Fabricar y caracterizar las aleaciones Mg-x%Ca, Mg-x%Ca Zn y Mg-x%Ca-x%Sr nanoestructuradas por HPT para desarrollar un prototipo de implante bioabsorbible con una tasa de corrosión controlada, propiedades mecánicas similares al hueso y biocompatibilidad.

1. Tecnologías avanzadas para el desarrollo y aplicación de materiales.
2. Caracterización de Materiales y Ensayos no-destructivos.
3. Degradación y Protección de Materiales.