[FPI2019] Degradación y protección superficial de biomateriales metálicos

El aumento de la esperanza de vida en los países desarrollados lleva asociado una mayor incidencia de patologías crónicas que deterioran la salud y que, a la larga, ocasionan discapacidad. El envejecimiento, lamentablemente, va ligado a un aumento en la probabilidad de sufrir artrosis o fracturas debido a la pérdida de calidad ósea, circunstancia que tiene aún mayor incidencia en la población femenina que padecen osteoporosis. La utilización de materiales metálicos como prótesis articulares es uno de los procedimientos más exitosos en ortopedia que alivia la dolencia del paciente y restaura la función normal de la articulación, con una repercusión directa en la salud y bienestar del paciente, que puede recuperar su autonomía. Sin embargo, los materiales metálicos que se utilizan como implantes articulares necesitan, en un elevado número de casos, ser sustituidos en el plazo de 15-25 años. Una de las principales causas que provocan la sustitución de la prótesis es la lenta pero continua acumulación de productos generados como consecuencia de procesos de desgaste-corrosión que suceden en las superficies de contacto de la prótesis, los cuales generan una respuesta inflamatoria mediada primeramente por células del sistema inmune, como son los macrófagos. Ante este escenario, de gran impacto social, económico y científico, resulta necesario y relevante diseñar nuevas estrategias que permitan obtener materiales metálicos que, siendo biocompatibles, permitan una mayor durabilidad de las prótesis articulares implantadas.

El análisis de las superficies metálicas en las sustituciones de articulación metal-metal retiradas de pacientes ha revelado la presencia de películas tribológicas compuestas por compuestos grafíticos que parecen estar implicadas en la disminución de la tasa de desgaste a largo plazo. Por otro lado, el grafeno tiene unas propiedades mecánicas excepcionales lo que le convierte en un candidato idóneo como lubricante sólido en procesos de desgaste-corrosión de prótesis metálicas, que disminuya la tasa de desgaste desde el primer momento de implantación, y mejore la durabilidad una vez implantado. En este proyecto, la investigación se centrará en el estudio del comportamiento a desgaste-corrosión de sistemas multicapas de base grafeno, obtenidas mediante métodos químicos y/o electroquímicos, y funcionalizados con ácido hialurónico sobre sustratos de CoCr. Se estudiará el espesor, la composición y la adherencia de las multicapas de base grafeno funcionalizadas sobre el CoCr. Se analizará la influencia de los parámetros de las condiciones del ensayo de desgaste-corrosión, como la fuerza normal, la velocidad de deslizamiento y la distancia de deslizamiento o el tiempo de ensayo. El efecto de lubricación de las capas procesadas se estudiará en un medio sinovial simulado compuesto de ácido hialurónico y fosfolípidos. El fenómeno de lubricación de las capas procesadas se estudiará buscando superlubricidad a escala macro, a través de la comprensión de los mecanismos de deslizamiento que ocurren en micro zonas entre las superficies de contacto. Además, se estudiará la biocompatibilidad y la respuesta inflamatoria de los materiales obtenidos considerando la modificación producida en la superficie después de los ensayos de desgaste en fluido sinovial simulado. La biocompatibilidad se estudiará considerando la respuesta de macrófagos y el efecto secundario inducido sobre condrocitos y osteoblastos, sobre las superficies desgastadas por procesos tribológicos de las multicapas funcionalizadas de óxido de grafeno reducido.