Cálculo de variables termodinámicas de la difusión de especies iónicas dentro de los poros de un recubrimiento bioactivo mediante espectroscopia de impedancia electroquímica

Abstract

La investigación en el área de los biomateriales, apunta hacia el desarrollo de nuevos materiales aplicables en implantes médicos. Uno de los biomateriales más usados en la actualidad es el acero inoxidable 316L, ya que es un material que a pesar de su bajo costo presenta unas condiciones satisfactorias de uso en cuanto a su baja velocidad de corrosión; sin embargo, a pesar de considerarse inoxidable cuando se expone a atmósferas tan corrosivas como los fluidos corporales presenta un proceso de degradación del material, permitiendo la liberación de iones dentro del organismo causando a su vez la degradación del tejido circundante al mismo. Con el fin de reducir este efecto se están proponiendo modificaciones superficiales a los biomateriales metálicos, consistentes en recubrimientos con biomateriales activos específicamente, fases apatíticas, las cuales son aplicadas por distintos métodos entre los cuales se encuentra la técnica sol-gel. Teniendo como finalidad el aumento de la resistencia a la corrosión y con el fin de impulsar la osteointegración y la bioactividad de los implantes de acero inoxidable AISI 316L, se depositaron por inmersión-extracción recubrimientos híbridos doble capa, de sílice con partículas de wollastonita dispersas, usando como precursores en la preparación del sol alcóxidos de tetraetilortosilicato (TEOS) y metil-trietoxsilano (MTES). La aplicación de cada una de las capas, la primera de sílice y la segunda de sílice con un 10% p/p de partículas de wollastonita dispersas en el vidrio de sílice, se hizo mediante inmersión-extracción a una velocidad de 4cm/min. Para estabilizar las partículas en suspensión, se utilizo el éster de fosfato como agente dispersante. Una vez obtenido el recubrimiento vítreo bioactivo de composición silícea, se investigó su comportamiento electroquímico, para diferentes tiempos de inmersión en Fluido Fisiológico Simulado (SBF) en un intervalo de tiempo que va desde las 24horas hasta 18 días, para un potencial de circuito abierto. Se realizaron medidas de curvas de polarización a 25°C, 37°C y 56°C y 8 días de envejecimiento de la muestra en SBF y de esta manera, se predijo un comportamiento termodinámico del sistema. Para la temperatura corporal específica, 37°C, se realizaron medidas de impedancia que permitieron modelar la interfase sustrato/recubrimiento por medio de un circuito eléctrico equivalente y a partir de los datos obtenidos de EIS (espectroscopia de impedancia electroquímica) se calculó el valor de la Resistencia de Transferencia de Carga, se determinó el valor de la corriente de corrosión y se obtuvo un valor de energía de activación como variable termodinámica. /Abstract Research in the area of biomaterials, aimed at developing new materials applied in medical implants. One of the most widely used biomaterials is now 316L stainless steel as a material that despite its low cost presents a satisfactory standard for use in their low corrosion rate, however, although considered stainless when exposed to corrosive atmospheres such as body fluids presents a material degradation process, allowing the release of ions in the body while causing degradation of the tissue surrounding it. To reduce this effect are proposing amendments to the biomaterials surface metal coatings consisting of active biomaterials specifically apatitic phases, which are applied by different methods among which is the sol-gel. Taking aim of increasing the corrosion resistance and to promote osseointegration and bioactivity of stainless steel implants AISI 316L were deposited by dip-extraction double-layer hybrid coatings of silica particles dispersed wollastonite, using as precursors in the preparation of alkoxide sol of tetraethylorthosilicate (TEOS) and methyl-trietoxsilano (MTES). The implementation of each of the layers, the first and second silica silica with 10% w / w of wollastonite particles dispersed in the silica glass was made by immersion-extraction 4cm/min speed. To stabilize the particles in suspension, was used as the phosphate ester dispersing agent. Once the coating composition bioactive vitreous silica, we investigated its electrochemical performance for different periods of immersion in simulated body fluid (SBF) at an interval of time ranging from 24 hours to 18 days for an open circuit potential. Measurements of polarization curves at 25 ° C, 37 ° C and 56 ° C and 8 days of aging of the sample in SBF and in this way, it was predicted thermodynamic behavior of the system. For specific body temperature, 37 ° C, impedance measurements were performed for modeling the interface substrate / coating by means of an equivalent electrical circuit and from the data obtained from EIS (electrochemical impedance spectroscopy) was calculated the value of Charge Transfer Resistance, we determined the value of the corrosion current and obtained a value of activation energy as a thermodynamic variable.