Nuevos materiales compuestos polímero-cerámica para la regeneración y reparación ósea

Abstract

Se obtuvieron dos grupos de materiales compuestos polímero-sílice usando la técnica sol-gel in situ, los cuales fueron caracterizados en sus propiedades morfológicas y físicas. Un primer grupo, incluye un material híbrido de poli (hidroxietil acrilato)-sílice en el cual se forman micro- y nano- partículas de sílice. Para su producción se usó un método con dos pasos: un primer paso implicó la síntesis de la red porosa del hidrogel por polimerización por radicales libres, usando cantidades variables de etanol; seguido de la absorción de una solución del precursor de sílice (Tetraetilortosilicato). Se obtuvieron así una serie de materiales compuestos con un contenido de sílice de hasta un ~60 % m/m. La sílice se presenta en forma de una fase continua, en donde una fracción se encuentra ocupando los poros mientras otra parte de ella forma nanopartículas dispersas en la red del polímero. El segundo grupo de materiales compuestos obtenidos, consistió en un composite policaprolactona-sílice, logrado a partir de membranas porosas y scaffolds del polímero PCL. En este proceso, el primer paso fue la producción de membranas/scaffolds de PCL usando la técnica de extracción en congelación (freeze extraction). Como segundo paso, se introdujo la fase inorgánica en la estructura porosa de polímero, por medio de una reacción sol-gel vía catálisis ácida o básica; empleando una solución precursora de sílice (TEOS) y un sistema al vacío. En medio ácido, se obtuvo una capa uniforme de sílice que recubre las paredes de los poros de la membrana o del scaffold de la policaprolactona logrando un contenido de sílice de hasta un 60 % m/m; mientras que en el medio básico, la sílice fue producida como macropartículas dentro de los poros, obteniéndose un contenido de sílice mucho menor. Para evaluar si los materiales compuestos presentaban un mejor desempeño mecánico y de bioactividad con relación al polímero puro y para conocer el efecto de la porosidad de los materiales poliméricos de partida; se evaluó la microestructura del composite obtenido y su relación con el catalizador empleado y el material polimérico de partida. Se caracterizaron las propiedades mecánicas, además de realizar pruebas de bioactividad in vitro y otros ensayos físicos.

Abastract. Two groups of polymer matrix composites using an in situ sol-gel reaction were produced and characterized. A first group of composites comprised a set of hybrids of poly (hydroxyethyl acrylate) and silica presented as micro- and nano-particles. For that, a two-step method production involved the porous hydrogel network synthesis by the radical polymerization using diverse amounts of ethanol, followed by the absorption of a silica precursor solution (Tetraethylorthosilicate). In that way composites with a content of silica up to ~60% by weight, in the form of a continuous phase with a fraction of the silica phase occupying the pores while another part was in the form of nanoparticles dispersed in the polymer phase, were obtained. The second group of composites materials consisted of polycaprolactone-silica porous membranes and scaffolds. In that case, first step was the PCL membranes/scaffolds production by freeze extraction and the second step was the sol-gel synthesis via acid or base catalysis of the inorganic phase thru the use of a solution of silica precursor and a vacuum system for introducing it into the porous polymer matrix. In acidic medium, a uniform coating of the silica inside the polycaprolactone pore walls was obtained with silica content up to 60% m/m, whereas in basic medium, lower content of silica was produced in the form of micro particles inside the pores. For assessing the better mechanical and bioactivity performance of the composites regarding the pure polymer, and aiming to judge the effect of porosity in agreement with the initial polymer matrix; it was evaluated the microstructure of the final material conferred as a result of the catalyst used and a characterization was made through the analysis of the mechanical properties, in vitro bioactivity tests and some other physical assays.