APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

This study focuses on improving the properties of pure grade 2 titanium for use in bone implants. The Direct Ink Writing (DIW) 3D printing technique was used to produce samples treated with silver and calcium, to promote osseointegration and improve antibacterial resistance. The samples were then sterilised by autoclaving, gamma irradiation and ethylene oxide and compared with unsterilised samples to evaluate the effect of the sterilisation process on material properties. To investigate the effect of sterilisation, surface characterisation was carried out using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to ensure that the expected structure was produced. Ion release test, microbiological tests and cell adhesion tests were performed to evaluate the antimicrobial capacity and biocompatibility of the samples. In addition, the different mechanical properties of titanium were analysed and studied to justify the choice of this material and the Honeycomb (HC) pattern. The results showed some influence of the 3D printing technique, but it was the thermochemical treatments that had the biggest effect on the properties of the samples. Although some effect of the sterilisation method was observed, the main differences between sterilised and non-sterilised samples were related to the previous processes. It is suggested that the accuracy of 3D printing be improved, and SEM controls be carried out at different stages of the thermochemical treatments. This would help to determine the different properties and improve the quality of the bone grafts.

Aquest estudi s'enfoca a millorar les propietats del titani pur de grau 2 per al seu ús en implants ossis. Es va utilitzar la tècnica d'impressió 3D Direct Ink Writing (DIW) per a fabricar mostres, les quals van ser tractades amb plata i calci per a estimular l'osteointegració i millorar la resistència antibacteriana. Posteriorment, es van esterilitzar mitjançant autoclau, radiació gamma i òxid etilè i es van comparar amb mostres que no van ser esterilitzades, per a avaluar l'efecte del procés d'esterilització en les propietats del material. Per a estudiar l'efecte de l'esterilització, es va realitzar una caracterització superficial mitjançant microscòpia electrònica de rastreig (SEM) i espectroscopía de fotoelectrons de raigs X (XPS), assegurant així que es genera l'estructura esperada. Es van realitzar assajos d'alliberament d'ions, proves microbiològiques i assajos d'adhesió cel·lular amb la finalitat d'avaluar la capacitat antimicrobiana i biocompatibilitat de les provetes. Addicionalment s'analitzen i s'estudien les diferents propietats mecàniques del titani, per a així justificar la selecció d'aquest material i del patró Honeycomb (HC). Els resultats van destacar una certa influència de la tècnica d'impressió 3D, però els tractaments termoquímics van ser els que van repercutir més en les propietats de les mostres. Encara que es va observar un cert impacte del mètode d'esterilització, les diferències principals entre les mostres esterilitzades i no esterilitzades estaven relacionades amb processos previs. Se suggereix millorar la precisió de la impressió 3D i realitzar controls mitjançant la tècnica SEM, en diferents etapes dels tractaments termoquímics. Això ajudaria a determinar les diferents propietats i milloraria la qualitat dels empelts ossis.

Through the years, the medicine has been modernized to reach today a complex science complying diagnosis, treatments and prevention of illness. This project is focused on the orthopedic surgery and more particularly on medical implants. Medical implants are medical devices which are incorporated in the human body in order to support or replace a missing biological structure. The human body is fragile, and it is necessary to pay attention to the biocompatibility of the medical implants in order to avoid contamination or poisoning. This is why medical implants are mostly made, nowadays, in biocompatible materials such as ceramics, polymers or specific metal alloys as titanium alloys or Nickel alloys. These materials present good corrosion resistance or even are completely inert towards the human body. This project will be focused on titanium orthopedic implants. Titanium and its alloys present interesting properties as a high strength to density ratio, a good corrosion resistance due to the combination of the different surface-formed oxide layers and offer an excellent biocompatibility. This unique combination of properties makes them ideal materials for medical implants. However, titanium implants present issues regarding long-term performances due to a mismatch in mechanical properties between the implant and natural bone. These differences can enhance stress shielding effect. To avoid this mismatch, the solution is to adjust the mechanical properties of titanium so that they are as similar as possible to those of bone. This is achieved by the introduction of a sufficient amount of porosity. Indeed, by controlling the porosity, it is possible to tailor the mechanical properties of a solid material. In order to confer a superior bone-bonding property to titanium implants, attempts have been made to coat their surfaces with a thin layer of bone-bonding ceramic, such assodium titanate, by the means of chemical and heat treatments To avoid infection, caused by the introduction of a foreign body in human body, silver ions, known for their antibacterial activity, may be incorporated to the medical implant. Beside silver ions, Gallium ions also present good antibacterial activity but they're mostly known for their impact on bone resorption. The aim of this study is to produce comparative studies of corrosion resistance with different samples of titanium implants. Will be studied the impact of the heat treatment and the introduction of the antibacterial ions on the electrochemical behavior.

A relevant aspect in the biomedical field is the research for optimizing the bone-implant coupling in order to avoid the stress-shielding effect. Bone requires a mechanical stimulus for growth; hence, in a bone-implant coupling, it is essential to use materials with stiffness properties similar to bone for improving the load-transfer and favoring bone healing and remodeling. One alternative method of lowering the elastic is developing porous materials (metallic foams) that have demonstrated their potential to allow rapid bone ingrowth. Another important aspect of the use of biomaterials is linked with medical device-related infections. These infections may cause an implant failure, with the corresponding implant revision or removal process and the associatedpatient's pain and costs. Recently, it has been shown that functional metal ions such as Ca, Sr, Mg and Ag can be incorporated into the Ti surface by modifying the conditions or the thermochemical treatment [35]. In this regard, silver (Ag)-based compounds have been used in this project to obtain porous titanium with antibacterial properties. AMES, a company in automotive is willing to expend its market to the biomedical domain. They want to launch their first functionalized prosthesis in titanium 3D printed and industrialize it. The bioactivation of the titanium process must be effective, cheap and as short as possible. There are many processes to bioactivate the titaniumlike the apatite plasma coatingor calcium phosphate deposition by sputtering, butthethermochemical treatment can homogeneously cover complex shapes so is the most adapted for industrializationof porous prostheses.This thermochemical process chosen by AMESis composed of 2 steps after cleaning the sample, attack the samplewith a 5M NaOH solution at 60°C for 24h and finally a 600°C heat treatment for 1 hour. The first step is the most time consumer,therefore,the first aim was to optimize the time process of alkaline etching. Three timeshave beenexperimented:6, 10 and 24 hours at 60°C under constant agitation.The surface topography has been characterized by SEM and showed a feather-like structureaccording to the literature.The chemical characterization has been done with Raman spectroscopyshowingthat 10 hours of chemical attack gave similar composition that 24 hours. Moreover, the bioactivity(bone bonding ability)has been experimented by soaking the samples into simulated body fluid (SBF). Both, SEM studiesand Raman spectroscopy corroborate the formation of hydroxyapatite after 3 days in SBF. To address concerns regarding deep infection during orthopedic surgery, the second aim was to modify the thermochemical treatment incorporating Ag+ions to impart antibacterial properties. The use of calcium acetate instead of calcium chloride during the treatment has allowed to introduce simultaneously and easily silver ions into a thin calcium titanate layer. The porous titanium samples formed apatite on their surface in an SBF, released 179ppb Ag+ion into the Hanks solution within 72h, without cytotoxicity, and exhibited a strong antibacterial effect against Staphylococcus epidermidis and Pseudomonas. The efficiency of the antibacterial coating has been carried out by the halo of inhibition test for both bacteria.

El campo de los biomateriales ha crecido sustancialmente en los últimos años desde que en 1969 se realizase la primera conferencia sobre biomateriales en la universidad de Clemson, Carolina del Sur. Se definió entonces biomaterial como cualquier material natural o artificial utilizado para crear soportes o implantes que permitan reemplazar estructuras biológicas perdidas o enfermas, restaurando así su forma y función [01]. Para entender el gran foco de atención que ha recibido el campo de los biomateriales es necesario comprender las causas que han llevado a la comunidad científica a la necesidad de desarrollar nuevos materiales para cumplir con las necesidades biológicas que este nuevo campo requiere. Así, según datos de la American Academy of Othopedics Surgeons se estima que un 90% de la población mayor de 40 años sufre enfermedades degenerativas asociadas con la perdida de funcionalidad en estructuras biológicas tales como huesos, órganos o tejidos. Si a esto se le suma que, según las previsiones de las naciones unidas [02], la población en Europa mayor de 60 años se estima duplicará su número en 2050 pasando de 962 millones en 2017 a más de 2100 millones en 2050, se espera que en los próximos años más de un 25% de la población requiera de soluciones contra los problemas degenerativos relativos al cuerpo. Así, si la atención se centra en el campo de la ortopedia, donde se ha producido un mayor impacto en el número de enfermedades y problemas degenerativos, se calcula que en 2030 el número total de reemplazos de cadera crecerá un 174%, alcanzando la alarmante cifra de 572.000 operaciones por año, mientras que la demanda en reemplazos parciales y totales de rodilla crecerá un 673%, con un total de 3,48 millones de procedimientos esperados [02]. Estas enfermedades degenerativas relativas a los huesos suelen ser debido a una carga excesiva o una ausencia del proceso biológico de regeneración y llevan, normalmente, a una degradación de las propiedades mecánicas de los mismos huesos, siendo a largo plazo la sustitución del hueso dañado por un implante, la solución más efectiva. En consecuencia, se ha incrementado la demanda de implantes en el campo de la ortopedia, así como en otros campos de la medicina como el dental o el vascular. Aun así, los implantes no están exentos de problemáticas que limiten su uso, así como su esperanza de vida dentro del cuerpo y por ello se están realizando numerosas investigaciones para intentar optimizar las propiedades de los materiales que los componen para mejorar la compatibilidad de los mismos dentro del ecosistema humano. Así, aquellos materiales que presenten propiedades mecánicas similares al hueso, excelente aceptación por parte del ambiente corporal, así como nula toxicidad o propensión a inflamación, serán candidatos idóneos para optimizar la aceptación del implante por parte del hueso y así prolongar la vida útil del mismo evitando el tan temido fallo aséptico o mecánico del mismo.

Las enfermedades bucodentales, como la caries dental o la periodontitis, son un problema de salud de alcance mundial. Además, una población cada vez más envejecida, un incremento de la concienciación sobre la importancia de la salud oral y un aumento de los estándares estéticos, han provocado un aumento en el número de implantes dentales que se colocan al año. Este hecho, junto con la posibilidad de fallo de los implantes dentales a largo plazo, inducen la necesidad de crear nuevas estrategias que permitan aumentar el éxito de los implantes dentales. En este sentido, con el presente proyecto se ha intentado crear una estrategia que permita aumentar la osteointegración de los implantes. Para ello se ha desarrollado un tratamiento de foto-activación superficial mediante luz ultravioleta que permite aumentar la mojabilidad del implante para estimular la respuesta celular cuando se implanta. Este tratamiento se ha desarrollado con la intención de realizarlo en la misma clínica del implantólogo, de este modo el propio cirujano podría seleccionar el implante óptimo y aplicarle el tratamiento justo antes de implantarlo. Para ello, se ha realizado también una selección preliminar de materiales que permitiría la aplicación del tratamiento a través suyo y que podría actuar como envase del implante. Los resultados sugieren que el tratamiento de foto-activación aumenta considerablemente la mojabilidad sobre el titanio y aumenta la adsorción de proteínas en su superficie. Este hecho favorecería la cascada de eventos que ocurre tras la implantación. No obstante, las muestras tratadas (con texturizarían superficial) no presentan diferencias significativas en los resultados celulares. Por otro lado, la selección de materiales realizada indica que es posible encontrar algún material vítreo técnico que permita la aplicación del tratamiento in situ.

El titani és un biomaterial àmpliament usat en biomedicina gràcies a les seves propietats, les quals el converteixen en un material adient per la fabricació d'implants ortopèdics i dentals. De totes maneres, encara presenta inconvenients com l'apantallament de tensions, una difícil fixació a l'os (osteointegració) i les infeccions bacterianes. L'objectiu d'aquest treball és millorar les propietats del titani, utilitzant geometries tridimensionals i recobriments que ajudin a reduir l'absorció de l'os deguda a l'apantallament de tensions, afavorir l'osteointegració i presentar un efecte antimicrobià. Es proposa treballar amb estructures poroses de titani, confeccionades per mitjà de tècniques d'impressió 3D, alhora que amb les estructures llises que ja han estat motiu d'estudi en projectes anteriors. Es proposa el recobriment del material amb una plataforma peptídica que contingui el motiu d'adhesió cel·lular RGD i un pèptid antibacterià derivat de la lactoferrina. Les mostres de titani llis i poroses són funcionalitzades usant diferents concentracions d'aquesta biomolècula. Per demostrar la presència d'aquesta plataforma en els nostres materials, es presenten tres mètodes de caracterització: la microscòpia de fluorescència confocal, espectroscòpia Raman i espectroscòpia de fotoelectrons emesos per raig X (XPS). Finalment, es prova l'eficàcia bactericida de la plataforma mitjançant assajos amb diferents soques bacterianes (S. aureus i E. coli), els quals es duen a terme per mitjà de la tècnica Live/Dead. Els resultats demostren que la tècnica de funcionalització emprada permet ancorar de manera exitosa la plataforma a les superfícies de titani, tant 2D com 3D. Els resultats dels estudis d'adhesió bacteriana corroboren el potencial bactericida de la molècula tant per soques Gram positiu com negatiu.

En el present Treball de Final de Grau es fa un estudi d'una possible tècnica de millora de la integració dels implants dentals de titani amb el teixit cel·lular, i tracta específicament l'opció de crear una superfície de titani el més antibacteriana possible. Mitjançant un atac de caràcter àcid, la superfície del titani queda modificada creant una nanoestructura que segons l'article Surface Nanoporosity has a greater influence on osteogènic and bacterial cell adhesion than crystallinity and wettability [1] esdevé antibacteriana. Així doncs, l'objectiu del projecte és replicar aquesta superfície que per si sola és antibacteriana i a més a més, tal com diu l'altre article Anhydride-functional silane immobilized onto titanium surfaces induces osteoblasts cell differentiation and reduces bacterial adhesion and biofilm formation [2], afegir un silà anomenat TESPSA que també té un efecte antibacterià; de forma que amb la combinació d'ambdós efectes, poder obtenir una superfície del titani idònia, pel seu caràcter antibacterià, pels implants dentals. Com a objectiu extra del projecte, s'intenta, també, optimitzar el temps de producció de la superfície de titani creada segons el primer dels articles [1]. Per a dur a terme aquest projecte cal un treball de laboratori que consta en la preparació de mostres de titani llises, fer sobre elles un atac àcid amb una solució anomenada Piranha, silanitzar les mostres amb TESPSA, fer una caracterització de la superfície atacada i finalment, realitzar assaigs amb bacteris amb l'objectiu de verificar si es tracta d'una superfície antibacteriana o no. A l'hora de procedir amb aquest treball de laboratori, s'ha pogut fer tot el proposat, tot i que els resultats d'alguns assajos no han estat els esperats. L'intent de rèplica de la superfície del titani de l'article de Rodriguez-Contreras, et al. 2018 [1], no ha resultat en la superfície antibacteriana esperada. De totes formes, s'ha procedit amb el projecte usant una variant de superfície que es va extreure a partir d'una variació en l'atac amb Piranha, per verificar l'efectivitat antibacteriana del TESPSA.

This project is a part of the development of biomaterials for bone tissue engineering for type 2 diabetic patients. The latters show a higher rejection implant rate than healthy people. When people are affected by type 2 diabetes they develop insulin resistance and the glucose accumulates in blood. Hyperglycemia leads to the ROS (reactive oxygen species) production. The ROS takes part of an equilibrium (redox biology). They are used by cells in several mechanisms such as signal transduction, cellular proliferation or differentiation and development. However if they are overproduced, they become cytotoxic and leads to oxidative stress. ROS have an impact on bone remodeling and enhance the resorption of bones. In the case of implant, a local treatment of ROS is needed to help the bone to form around the implant. To counterbalance the oxidative stress from the ROS, the nifedipine will be used for its anti-oxidative properties. But this drug is light sensitive and poorly soluble in water and it affects its bioavailability. To protect it and have a local treatment, silica mesoporous nanoparticles are used. Thanks to their high surface area and their high pore volume, it is possible to load a large quantity of drug inside the pores via adsorption. And the nanoparticles can bring a protection to the drug. The aims of the project is to chose the best way to load nanoparticles among different methods and to choose a release method between three ones. The first step of this project has been the synthesis of nanoparticles. The technique used is a sol-gel process where silica is obtained by the hydrolysis of TEOS on CTAB in a basic medium. A co-condensation was driven with APTES, the functionalization. The second step was the loading of the nanoparticles with nifedipine. Four methods have been studied. The characterization has been done by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and thermogravimetric analysis (TGA). The FTIR gives evidence of the presence of nifedipine and the TGA allows to quantify it. The results show different percentage of loading which depend on the method used. The third step was to study the release of nifedipine. Three different methods have been used: dialysis, USP apparatus and tubes. The characterization of the release has been processed by UV-vis NIR spectrophotometry at 238 nm. The three methods show a release of the drug but one is preferred.

Bones can suffer from damages due to ageing or traumatisms like fractures. When they are too damaged or if the fracture is too important, bones often need an exterior help to recover: the implants. The ideal implant maintains bone parts together and could promote bone regeneration and osseointegration. However, after placing the implant into the body, bone healing and regeneration sometimes don't work through properly. Indeed, the current bone implants sometimes lead to failure especially with patients suffering from diabetes mellitus (DM). In fact, it has been shown that DM is linked to the phenomenon called oxidative stress. The latter induces an accumulation of reactive oxygen species (ROS) which can cause dysfunction of the bone regenerating cells, the osteoblasts. Titanium and its alloys are a well-known for their performances as biomaterials. The idea to prevent the implantation failure is to develop new functionalized implants. These implants must act like drug-carrier and be able to release the appropriate amount of drug locally. Many studies proposed different coatings for titanium that can be loaded with active principle. Among such coatings, the mesoporous silica nanoparticles (MSN) may be an efficient drug-carrying coating for titanium implants. The other coating techniques that have been studied involved weak bonds. However, the ideal coating needs to be bound strongly enough to remain stable on the titanium surface. Thus, the coating technique is a crucial parameter to obtain the ideal MSN coating. This project aimed to develop MSN coating on titanium substrate. The process chosen for such coating was based on the silanization reaction. Silanized titanium substrates would react with functionalized MSN. This kind of reaction would induce the covalent bonding that is required between the nanoparticles and the titanium substrate to provide the right mechanical strength for the coating. In this study, titanium substrate silanization process has been reviewed to be enhanced. Different conditions and parameters were tested: the activation technique, the coating time, the MSN coating solution concentration and two different silanes. The first trials were at first realized with the 3-(Triethoxysilyl)propyl isocyanate (ICPTES) as the silane precursor. Then the reaction was studied with 3-(Triethoxysilyl)propyl isocyanate (TESPSA). For each silane precursors, three activation techniques were tried: UV activation, NaOH solution attack and dioxygen plasma. In addition, ultrasound device was used to check the coating stability of the samples. Each sample was controlled using the scanning electron microscopy (SEM) to study MSN coating morphology on the titanium plates. The best coating was obtained with an overnight coating reaction using TESPSA (2%, v/v), the MSN solution concentration was 5 g/L and the titanium sample was activated with dioxygen plasma.

El titanio es un material muy utilizado en el campo de la biomedicina por sus buenas propiedades mecánicas y su gran biocompatibilidad. Como todos los metales, presenta un problema para actuar como biomaterial: el apantallamiento de tensiones. Para reducir el módulo elástico del titanio se han construido muestras porosas con la técnica de impresión 3D. El titanio no presenta bioactividad, por eso se ha biofuncionalizado con 4 biopolímeros diferentes tipo elastina (ELPs). Estos biopolímeros con fragmentos de elastina y cada uno tiene diferentes motivos celulares para caracterizar funciones biológicas distintas. 1K no tiene ningún motivo celular, H3 tiene el motivo celular DDDEE4 que favorece la mineralización, HRGD contiene el motivo celular RGD que promueve la adhesión y H4R4 contiene los dos motivos. La adhesión de los polímeros a las estructuras de titanio se ha realizado mediante la silanización, creando así un enlace covalente entre el biopolímero y el titanio. Se han realizado ensayos in vitro de adhesión tras 4h de incubación, de proliferación, mineralización y diferenciación para 4h, 7 días, 14 días, 21 días y 28 días de incubación. La caracterización celular del ensayo de adhesión se ha hecho mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), donde se ha observado que las células con una mejor adhesión se encontraban en la muestra funcionalizada con HRGD. El ensayo de proliferación se ha realizado midiendo la actividad de la enzima lactato deshidrogenasa (LDH) y se ha observado que la muestra que más ha proliferado ha sido la funcionalizada con HRGD. El ensayo de diferenciación se ha realizado midiendo la actividad de la enzima fosfato alcalina (ALP) y se ha observado que las células que han diferenciado más a los 14 días de incubación han sido las que se encontraban en las muestras funcionalizadas con H3. El ensayo de mineralización se ha realizado con Alizarin Red - S (AR-S) y la muestra dónde las células han mineralizado más han sido las funcionalizadas con H3.

Los biomateriales se hacen cada vez más importante en la medicina moderna y se utilizan para curar a millones de personas, gracias al avance de la investigación. Estos materiales están diseñados para interactuar beneficiosamente con los sistemas biológicos. Después de varias décadas de investigación, uno de los mayores problemas sigue siendo la biocompatibilidad, que es la capacidad del material para llevar a cabo su función(es) con una respuesta apropiada del huésped en una situación específica. Este proyecto tiene como objetivo participar en la investigación global de mejorar la biocompatibilidad de biomateriales estudiando particularmente una propiedad de la superficie, que puede tener una gran influencia, llamado mojabilidad. Traduce como un fluido va a reaccionar en contacto con la superficie del material y depende de las interacciones intermoleculares entre los dos. Más específicamente, hemos trabajado en el control de la mojabilidad haciendo microestructuras en placas de acero inoxidable, después de estudiar los tres modelos de mojabilidad descritos por los científicos Young, Wenzel y ambos Cassie y Baxter. Esta investigación contiene tres partes. En la primera, intentamos producir estructuras de micro pilares con un Focused Ion Beam (FIB) con el fin de probar las capacidades y los límites de este proceso y teniendo en cuenta que tal vez le usaremos en un proceso de estampación de microestructuras. En una segunda parte se utilizó un dispositivo de micro-­‐corte, equipado con una herramienta de diamante, para hacer estructuras de micro ranuras y luego, estructuras de micro pilares sobre áreas suficientemente grandes para que sea posible probar su mojabilidad. Al mismo tiempo, un trabajo teórico se ha hecho con el fin de comparar las mojabilidades teorética y experimental. Por último, hemos diseñado la geometría y el proceso con el FIB de dos herramientas de diamante borde múltiples que optimizarán el proceso de micro corte en las siguientes obras. El FIB no parecía ser adecuado con nuestro trabajo. De hecho, a pesar de que hicimos pequeñas microestructuras muy precisos, este dispositivo requiere demasiado tiempo para procesar superficies buenas y comprobables, es por eso que seguimos el trabajo con la máquina de micro corte. En primer lugar, cavamos ranuras (desde 1 hasta 10 μm de profundidad) con la herramienta de diamante. Hemos demostrado que cuando la estructura de ranura pone la superficie en el modelo de Cassie-­‐Baxter, podemos bajar significativamente su mojabilidad. Los resultados fueron aún más relevantes con estructuras de pilares : aumentamos el ángulo de contacto de una superficie de acero inoxidable de 86,6 ° a 149,3 °. Sin embargo, hemos visto que el proceso de corte de tan pequeña profundidad es difícil de controlar y no tan neta y clara como deseable. Finalmente, hemos diseñado y hecho, con el FIB, dos herramientas de diamante borde múltiples que mejoraran el proceso de corte para los siguientes investigadores.

En este trabajo se estudia el efecto de la inclusión de micropartículas y nanopartículas de distintos tipos de cerámicas (dióxido de titanio con formas critalinas de rutilo y anatasa, y carburo de silicio)en láminas de polietilentereftalato, teniendo en cuenta el efecto de la concentración de cerámicas y dispersante, el tamaño y tipo de partícula. Las láminas se someten a ensayos mecánicos de tracción y flexión. Se realiza la caracterización térmica a través de calorimetría diferencial de barrido y análisis termomecánico. Se aplican las técnicas de diseño de experimentos y de análisis estadístico de resultados para modelizar la influencia de las variables del proceso en las respuestas, y determinar valores óptimos. Una vez optimizadas las propiedades (valores máximos de características mecánicas, máxima estabilidad térmica) se derivan conclusiones prácticas para futuras aplicaciones que se puedan hacer sobre estos materiales compuestos de polietilentereftalato en aplicaciones tanto textiles como de materiales técnicos de aplicación industrial, además de indicar futuras líneas de interés para este tipo de materiales.

With the evolution of human civilization, the field of biomaterials evolved relating different materials with a simple focus: to extend human life and improve the quality of life. Materials used for biomedical applications must exhibit specific properties. Titanium is well-known to be a material used for implants because of its high strength, biocompatibility and high resistance corrosion. It can be used as hard tissue implant, such as artificial bone, hip joint, dental and bone plate. Nevertheless, a relevant aspect of the use of biomaterials is linked with medical device-related and post-operative infections. A promising approach for reducing the occurrences of infections is to provide the surfaces of biomedical devices and implants with features that are unfavourable for bacterial attachment and proliferation. Therefore, the aim of the present work is focused to develop a new method to combine the antibacterial properties of antibiotic-loaded Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) nano- and microspheres, and poly(ethylene glycol) (PEG) as an antifouling agent, with titanium, as the base material for implants, in order to obtain biomimetic surfaces with antibacterial activity. The titanium surfaces were linked to both PHB particles and PEG by covalent bond. This attachment was carried out by firstly activating the titanium surfaces with either plasma or sodium hydroxide. Further functionalization of the activated surfaces were carried out with two different alkoxysilanes which provided the titanium surfaces different organofunctional groups that allowed the reaction with PHB particles or with PEG. A difunctionalized PEG was used in one last step, which allowed the covalent attachment with the PHB particles. Therefore, the antifouling properties of PEG were related with the antibacterial ones of the PHB spheres. Finally, the different steps of the process were evaluated. The success of the surfaces functionalization as well as the different superficial linkages was confirmed by means of the following characterization methods: contact angle, field emission scanning electron microscopy (FESEM), atomic force microscopy (AFM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The antibacterial properties of the titanium treated surfaces were tested by means of an in vitro antibacterial assay using a Gram + and Gram – bacteria. Finally, it was confirmed that the titanium surfaces achieved the antibacterial properties by combining antibiotic-loaded PHB nano- and micro-spheres, and PEG as an antifouling agent.

Con el propósito de obtener una aleación de Ti libre de Ni que posea bajo módulo elástico y/o memoria de forma, el presente trabajo tiene como objetivo la caracterización y optimización de dos aleaciones del sistema Ti-Nb-Hf-Zr. Ambas aleaciones fueron diseñadas mediante un método de diseño de orbitales moleculares establecido recientemente, para posteriormente ser fabricadas en un horno de arco eléctrico en atmósfera controlada de Ar. Las aleaciones conseguidas se sometieron a un proceso de homogeneización a 1100ºC durante 12 horas, para después ser templadas en agua con hielo y recocidas a 1000ºC durante 1,5 horas. A las nuevas aleaciones generadas se les realizó caracterización química mediante fluorescencia de rayos X, microestructural mediante microscopía óptica, microscopía electrónica de transmisión y difracción de rayos X, térmica mediante calorimetría diferencial de barrido y por último, mecánica mediante nanoindentación instrumentada. Además, ambas aleaciones han sido sometidas a un proceso de optimización por trabajo en frío, con el fin de evaluar la influencia de dicho procedimiento en las propiedades estructurales y mecánicas del material, recurriendo, en este caso, al mismo proceso de caracterización. La aleación Ti-24.8Nb-16.2Hf-1Zr presenta un valor de módulo elástico de 65 GPa, aunque dicho valor disminuye cuando la aleación es trabajada en frío, hasta un valor mínimo de 46 GPa. Además, esta aleación presenta transformación martensítica termoelástica inducida por tensión como consecuencia de la laminación en frío. En el caso de la aleación Ti-35Nb-9Hf- 1Zr, presenta un módulo elástico de 58GPa, que aumenta al ser trabajada en frío. Las diferentes fases, microestructuras generadas, así como propiedades mecánicas de ambas aleaciones o derivadas del proceso de trabajo en frío, se analizan y discuten en profundidad en el presente documento. Palabras clave: Ti libre de Ni, módulo elástico, memoria de forma, transformación martensítica termoelástica, optimización por trabajo en frío, nanoindentación instrumentada.

Con el propósito de obtener una aleación de Titanio libre de Níquel, que posea memoria de forma y además, un módulo elástico bajo, el presente trabajo estudia la microestructura y el comportamiento termo-mecánico de aleaciones de Ti-Ta-Nb y Ti-Zr-Nb. Las aleaciones fueron diseñadas mediante un método teórico basado en orbitales moleculares y posteriormente, se llevó a cabo la fabricación de las mismas en horno de arco eléctrico con atmósfera controlada de Ar. Los materiales obtenidos fueron homogenizados a 1100ºC por 12 horas, recocidas a 1000ºC y templadas en agua con hielo. El material fue caracterizado a través de Microscopía Óptica, Calorimetría Diferencial de Barrido, Fluorescencia de Rayos X, Difracción de Rayos X, Micro- y Nanoindentación Instrumentada. La aleación Ti-8.3Zr-24.5Nb presenta transformación martensítica termoelástica entre 35ºC y 45º y la aleación Ti-24.6Ta-21.5Nb muestra un módulo elástico de 68GPa. Las diferentes fases, temperaturas de b transus, ensayos de dureza a escala micro y nano y módulos elásticos han sido estudiados y discutidos en este documento. Palabras claves: Titanio libre de níquel, módulo elástico, memoria de forma, nanoindentación.