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Modificación superficial de aceros inoxidables

Recubrimientos protectores y bioactivos por sol-gel de base silicio sobre acero inoxidable de uso quirúrgico:

El presente tema de investigación se encuentra enmarcado en la línea de Biomateriales Metálicos

Los materiales metálicos utilizados como implantes permanentes intracorpóreos tienen muchas ventajas a nivel mecánico y estructural pero difieren de los materiales llamados bioactivos por su carencia de poder interaccionar con el medio y crear una unión ósea duradera entre la prótesis y el hueso preexistente.

En la Argentina, como en muchos países de Latinoamérica, los hospitales públicos siguen utilizando acero inoxidable AISI 316L como material de prótesis permanentes debido a razones económicas y de políticas de Salud nacionales. Por pedido expreso del grupo de traumatólogos con los cuales este grupo está trabajando hace más de diez años, quiere mejorarse la performance de acero inoxidable de uso quirúrgico para prótesis permanentes mediante un recubrimiento que actúe como barrera a la liberación de iones y productos de corrosión al medio, así como también con la posibilidad de ser funcionalizado con el agregado de partículas bioactivas.

En el caso del presente trabajo el agregado de partículas bioactivas del sistema SiO2-P2O5-CaO (vidrios bioactivos de Hench, vidrios dopados con estroncio y vitrocerámicos de apatita/wollastonita) le otorga a la prótesis de acero características extra: ser bioactiva y evitar la utilización de cementación o fijación externa.

También lo que se busca con estos recubrimientos es ser una barrera a la degradación y corrosión, y a la vez tener una resistencia mecánica óptima para la prestación (fricción, rayado, desgaste).

Todos los recubrimientos propuestos en este trabajo sobre aceros AISI 316L, se presentan como un medio para mejorar las prótesis existentes en el mercado. Dichos recubrimientos se sintetizan y depositan de manera sencilla, rápida y principalmente económica, con lo cual el costo de una prótesis recubierta sería más accesible sin alcanzar el costo de una prótesis de aleaciones de Ti o de Co-Cr.

Publicaciones seleccionadas:

  1. “Silica based sol-gel coatings with wollastonite particles as a way to promote osseo-integration of stainless steel implants”. Josefina Ballarre, Yifei Liu, Emigdio Mendoza, Hanna Schell, Facundo Díaz, Juan Carlos Orellano, Peter Fratzl, Claudia García, Silvia M. Ceré . Int. J. Nano and Biomaterials. ISSN 1752-8941. (2012) Vol. 4, No. 1, 33-57.
  2. “Morphologic and nanomechanical properties of tissue formed around bioactive sol-gel/ wollastonite coating on surgical grade stainless steel in dry and physiological conditions”. Josefina Ballarre, Rocío Seltzer, Emidgio Mendoza, Claudia García, Yiu-Wing Mai, Silvia M. Ceré. Materials Science and Engineering C ISSN 0928-4931, 31 (2011) 545-552.
  3. “Improving the osteointegration and bone-implant interface by incorporation of bioactive particles in sol-gel coatings of stainless steel implants”. Josefina Ballarre, Inderchand Manjubala, Wido Schreiner, Juan Carlos Orellano, Peter Fratzl, Silvia Ceré. Acta Biomaterialia  ISSN 1742-7061, 6 (2010) 1601-1609.
  4. “Mechanical characterization of nano-reinforced silica based sol-gel hybrid coatings on AISI 316L stainless steel using nanoindentation techniques”. Josefina Ballarre, Emilio Jimenez-Piqué, Marc Anglada, Sergio A. Pellice, Ana Lía Cavalieri. Surface and Coatings Technology ISSN 0257-8972, 203 (2009) 3325–3331.
  5. “Coatings containing silica nanoparticles and glass ceramic particles applied onto surgical grade stainless steel”. Josefina Ballarre, Sergio Pellice, Wido Schreiner, Silvia Ceré, Key Engineering Materials ISSN 1013-9826, 396-398 (2009) 311-314.
  6. “Protective and bioactive hybrid sol-gel coatings on surgical grade stainless steel: Surface Characterization”. Josefina Ballarre, Damián A. López, Wido H. Schreiner, Alicia Durán, Silvia M. Ceré. Applied Surface Science ISSN 0169-4332, 253 (2007) 7260-7264.
  7. In vivo and in vitro evaluation of silica coating on Co-Cr alloys for prosthetic devices”. Ballarre J., J.C. Orellano, C. Bordenave, P. Galliano, S. Ceré.  Journal of Non Crystalline Solids, 304 (2002) 279-286.

Proyectos:

  • CONICET – PIP 0434: “Optimización de proceso de deposición por pulverizado (spray) de películas de base sílice realizadas por sol-gel con fines biotecnológicos”. Dirección: Dr. Sergio Pellice – CoDirección: Dra. Josefina Ballarre. Período: 2012-2014.
  • Proposal 20110575 - Type: Standard. New hybrid silica-based sol-gel stainless steel implants for improving oseointegration and bone regeneration. Linea LUCIA - Synchrotron SOLEIL. Proyecto de cooperación con MinCyT-SOLEIL otorgado y financiado. Dirección: Dra. Josefina Ballarre. 2012.
  • Convenio de Cooperación Bilaterial MinCyT-DAAD Alemania, código DA0211. “Crecimiento Óseo En Implantes Metálicos Superficialmente Modificados: In Vitro E In Vivo Análisis En Las Interfases Metal/Recubrimiento/Hueso Utilizando Técnicas Mecánicas, Microscópicas Y Espectroscópicas, Así Como También Dispersión De Rayos X Combinada Con Tomografía Computada”. Dirección: Dra. Josefina Ballarre – Dr. Wolfgang Wagermaier. Período 2012-2013
  • Agencia de Promoción Científica y Tecnológica- PICT-2010-0917: “Formación y caracterización de componentes inorgánicos del tejido óseo in vitro e in vivo mediante el estudio de interfases metal/recubrimiento/tejido oseo”. Dirección: Dra. Josefina Ballarre. Período: 2011-2012.
  • Research Proposal D09B - XRF - 10691 -  Ca and P mapping of newly formed bone tissue around metallic implants by XRF measurements  (2011). Dirección: Dra. Josefina Ballarre. Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), Campinas, SP – Brasil. Mayo 2011.
  • UNMdP - 15/G270 ING276/10: “Modificación superficial de aleaciones de uso quirúrgico y odontológico para promover osointegración y fijación ósea”. Dirección: Dra. Silvia Ceré. Período: 2010-2011.
  • Research Proposal D11A-SAXS1-10004. (2010). Dirección: Dr. Sergio A. Pellice. GISAXS study of silver nanoparticles in hybrid organic-inorganic sol-gel coatings. Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), Campinas, SP – Brasil.

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