Investigadores de la Escuela de Ciencia e Ingeniería en Materiales publican un artículo científico en una revista de alto impacto.
Un grupo de investigación de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de los Materiales en materiales nanoestructurados mediante deformación plástica severa, ha publicado un artículo científico en una importante revista de alto impacto, en colaboración con la Universidad de Kyushu, Japón.
El B.Sc. Alexánder Campos Quirós, como parte de su práctica dirigida para optar por el grado académico de bachillerato en Ingeniería en Materiales de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, logró realizar la síntesis mecánica y caracterización de diversas aleaciones de titanio-niobio (Ti-Nb) mediante la técnica de Torsión por Alta Presión (HPT, por sus siglas en inglés), las cuales presentan un alto potencial para su uso como biomateriales. Esto fue posible gracias a una pasantía realizada por 3 meses en el International Institute for Carbon-Neutral Energy Research (I2CNER), de la Universidad de Kyushu, Japón, el pasado 2019. Esta investigación ha colaborado al brindar un mejor entendimiento y desarrollo de la técnica, la cual es recientemente implementada en el Centro de Investigación y Extensión de TEC (CIEMTEC).
Los estudios iniciaron con la selección de los materiales, en este caso polvos metálicos de Ti y Nb, los cuales en forma de aleación no son tóxicos para el cuerpo humano. La principal característica de estas aleaciones es que presentan una elasticidad similar al hueso humano, lo que las hace aptas para ser utilizadas en aplicaciones como implantes óseos y dentales. El B.Sc. Alexánder Campos Quirós (primer autor) y el Dr. Jorge Cubero Sesin participaron por parte del equipo de trabajo del TEC, con la colaboración del Dr. Kaveh Edalati del I2CNER.
La revista “Materials Science and Engineering: A” es categorizada como Q1, tiene un factor de impacto de 4.652 para el 2020 según Journal Citation Reports 2020, de Web of Science. La cita completa de la publicación es:
Alexánder Campos-Quirós, Jorge M. Cubero-Sesin, Kaveh Edalati. Synthesis of nanostructured biomaterials by high-pressure torsion: Effect of niobium content on microstructure and mechanical properties of Ti-Nb alloys, Materials Science and Engineering: A. 795, 139972 (2020); doi:10.1016/j.msea.2020.139972; Submitted: 27 Mar 2020. Accepted: 19 Jul 2020. Published Online: 1 Aug 2020.
El artículo puede ser leído o descargado desde SienceDirect utilizando el siguiente link:
https://authors.elsevier.com/a/1bVC23HXkRiRwV
Detalles de la publicación.
Las aleaciones beta (β) de Ti-Nb son de gran interés en el sector biomédico debido a su excelente resistencia a la corrosión y buena biocompatibilidad con el cuerpo humano. Adicional a esto, la presencia de la fase β confiere propiedades elásticas al material similares al hueso humano, por lo que la transferencia de esfuerzos cuando son implementados en implantes óseos es óptima. En la mayoría de los casos, la forma de obtener la fase β en el Ti-Nb es por medio de tratamientos térmicos que producen pobres propiedades mecánicas y la presencia de fases frágiles que comprometen la elasticidad del material. Por esta razón, se implementó el método de síntesis de aleación mecánica asistida por Torsión a Alta Presión, un proceso que parte de polvos elementales y se lleva a cabo a temperatura ambiente.
Luego de la síntesis de las distintas aleaciones, los resultados por difracción de rayos-X (XRD) confirmaron la transformación de fase de α-Ti + β-Nb a β-TiNb. Además, los análisis por microscopía electrónica de transmisión (TEM) indicaron una exitosa nanoestructuración de las muestras, ya que el tamaño de grano fue refinado por debajo de los 100 nm gracias al procesamiento por HPT. Por último, gracias a la técnica de nanoindentación se logró determinar que los materiales sintetizados presentaron una alta dureza y un bajo módulo elástico similar al hueso humano, lo que sugiere que estas aleaciones pueden ser buenas candidatas para su uso en aplicaciones biomédicas.
Financiamiento y apoyo de la institución
La publicación es resultado del proyecto VIE 1490019: “Producción de aleaciones de titano
nanoestructuradas por deformación plástica severa con recubrimientos biofuncionalizados para su aplicación en dispositivos médicos”, el cual concluye en 2021 y se desarrolla principalmente en el Centro de Investigación y Extensión en Materiales (CIEMTEC), con el apoyo, en este caso, del International Institute for Carbon-Neutral Energy Research (I2CNER).
Además, con el apoyo del Programa de Investigación en Bioingeniería y el Programa de Pasantías para la Movilidad Estudiantil del sistema CONARE se sufragaron parcialmente los gastos para realizar la pasantía mediante el fondo destinado a este propósito. Actualmente se trabajan pruebas de biocompatibilidad gracias a la colaboración del Laboratorio de Ingeniería de Tejidos (LAINTEC) del Centro de Investigación en Biotecnología (CIB). Estos análisis proveerán información acerca del crecimiento de cultivos celulares sobre la superficie de los materiales metálicos, para así predecir el comportamiento que tendrían las aleaciones al ser implantadas en el cuerpo humano como parte de nuevos dispositivos médicos.