ES2251312A1 - Nuevo tratamiento de oxidacion en aleaciones de niti para la disminucion de la liberacion de iones ni y la mejora de la biocompatibilidad. - Google Patents
Nuevo tratamiento de oxidacion en aleaciones de niti para la disminucion de la liberacion de iones ni y la mejora de la biocompatibilidad.Info
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Abstract
Nuevo tratamiento de oxidación en aleaciones de NiTi para la disminución de la liberación de iones Ni y la mejora de la biocompatibilidad. La presente invención consiste en un tratamiento térmico realizado sobre aleaciones de NiTi a baja presión de Oxígeno obteniendo así una superficie libre de Ni con un óxido estequiométrico TiO2 de mayor espesor que los obtenidos con los tratamientos clásicamente aplicados (electroquímicos, anodización, ataques químicos oxidantes, etc.). Esta invención disminuye drásticamente la liberación de los iones Ni al medio evitando así las reacciones alergogénicas y se mejora la biocompatibilidad a largo plazo de la aleación.
Description
Nuevo tratamiento de oxidación en aleaciones de
NiTi para la disminución de la liberación de iones Ni y la mejora
de la biocompatibilidad.
Materiales para odontología, traumatología o
cualquier material que sea implantable o en contacto con el cuerpo
de manera temporal o permanente.
La aleación NiTi es una aleación que conjuga las
propiedades de los materiales metálicos convencionales con otras
propiedades específicas como son el efecto memoria de forma (simple
y doble), la superelasticidad, y una gran capacidad de
amortiguamiento. El efecto memoria de forma es la capacidad del
material de "recordar" su forma original, al variar su
temperatura, después de haber sufrido una determinada deformación.
Es decir que el material recupera completamente su forma por un
simple calentamiento para el efecto simple y en el caso del efecto
doble, el material es capaz de recordar dos formas distintas (fría y
caliente) y puede pasar de una u otra con calentamientos y
enfriamientos sucesivos. En cuanto a la superelasticidad, es la
capacidad del material de deformarse elásticamente hasta valores
del 10%, estas deformaciones son recuperables al descargar el
material de la tensión aplicada. Este rango elástico es más amplio
que el de los materiales metálicos convencionales (1%).
Estas propiedades, además de su buen
comportamiento a corrosión y biocompatibilidad hacen del NiTi un
excelente candidato para aplicaciones biomédicas. De hecho, estas
aleaciones están siendo utilizadas de manera muy satisfactoria en
ortodoncia, y han dado paso a diferentes aplicaciones en los campos
de traumatología, cirugía maxilofacial, cardiovascular, etc.
Sin embargo, al tener alrededor de un 50% atómico
de Ni, la implantación de este material en el cuerpo exige tomar
precauciones a causa de la liberación de iones níquel al medio que
pueden provocar reacciones alérgicas y/o tóxicas. Estas reacciones
dependen de la cantidad de iones que se liberan al medio, en
particular de los iones Ni^{2+}, la cual está relacionada con la
cantidad de níquel que hay en la superficie del material. Por esta
razón, la preparación superficial del NiTi es primordial, sobre
todo para su aplicación como material implantable, y a pesar de que
haya sido estudiada no existe todavía ningún tratamiento
estandarizado completamente satisfacto-
rio.
rio.
El problema de la liberación de los iones Ni y
sus consecuencias en personas sensibles a este ión hace que estas
aleaciones superelásticas y con memoria de forma no se apliquen de
manera más extensiva en Medicina. Este tratamiento permitirá evitar
el temor al sector sanitario sobre las posibles reacciones
alergogénicas y podrán tratarse a los pacientes con dispositivos
fabricados de la aleación NiTi de manera más eficaz que como hasta
ahora, en muchos casos. Una de las aplicaciones concretas donde
esta invención puede tener mayor incidencia es en la aplicación de
stents cardiovasculares, donde las propiedades de superelasticidad
y memoria de forma hacen de estas aleaciones las más adecuadas y
eficaces este tipo de aplicación. Su aplicación como stents está muy
extendida en cirugía cardiovascular pero quedaban excluidas de esta
posibilidad las personas sensibles al níquel (18% de mujeres y 12%
de hombres). Con este tratamiento de inhibición superficial de
níquel se universaliza su aplicación.
Se sabe que los buenos resultados de corrosión y
biocompatibilidad obtenidos para estas aleaciones son consecuencias
de la formación de una capa de óxido de titanio (TiO_{2}) en la
superficie del material. Esta capa actúa como una barrera contra la
difusión de los iones y es inerte a un gran número de medios.
Sin embargo, la eficiencia de esta capa de óxido
de titanio depende del modo de oxidación, de la composición, de la
estructura y de la rugosidad del material. Además, antes de
formarse esta capa en la superficie, ocurre una primera disolución
preferencial de iones Ni en el medio, que obviamente hay que evitar
por las razones indicadas anteriormente.
Asimismo, se observó in vivo que
aleaciones de Ti con un mayor espesor de óxido en superficie llevan
a una mejor diferenciación y crecimiento de células formadoras de
hueso, a una velocidad mayor de formación de hueso, y a un grado
superior de mineralización.
En las reivindicaciones de esta patente, se
presenta un nuevo tratamiento de oxidación del NiTi que conlleva a
la formación de un óxido de titanio protector libre en níquel, que
permite disminuir la liberación de iones Ni al medio y mejorar la
respuesta biológica de la aleación.
La invención consiste en un tratamiento térmico
para realizar sobre las aleaciones de NiTi a baja presión de
oxígeno para fomentar la oxidación selectiva del Ti y su migración
en superficie, obteniendo así una superficie libre de Ni con un
óxido estequiométrico TiO_{2} de mayor espesor que los obtenidos
con los tratamientos clásicamente aplicados (electroquímicos,
anodización, ataques químicos oxidantes...). De este modo se
disminuye drásticamente la liberación de los iones Ni al medio de
manera significativa, se evitan las reacciones alergogénicas
producidas por el catión en gran medida y se mejora la
biocompatibilidad a largo plazo de la aleación.
Adicionalmente, se puede sumergir el material en
un baño de agua hirviendo tras el tratamiento térmico, proceso que
se denomina Sellado. De este modo, la liberación de iones al medio
queda aun más reducida hasta ser inexistente a partir de 24 horas,
ya que la capa de óxido de titanio queda densificada.
Este nuevo tratamiento de oxidación se puede
aplicar a todas las aleaciones de NiTi que se usan, o que se
podrían usar, en distintos campos biomédicos, como pueden ser los
campos de implantología oral, prótesis, traumatología, ortopedia,
cirugía maxilofacial, cardiovascular, etc.
Se introducen las piezas de NiTi en un horno en
el cual se puede controlar la presión de aire. El material puede
ser de cualquier composición química o cualquier fase (austenita,
martensita, fase R, o mezclas), y puede tener cualquier tipo de
topografía (de pulido especular a mucha rugosidad).
Después de conseguir una presión del aire de
entre 1\cdot10^{-3} mbar y 1\cdot10^{-1} mbar en el
interior del horno, se someten las piezas a un calentamiento a una
temperatura inferior a 600°C.
El tiempo del tratamiento debe ser superior a 20
min.
Las piezas se dejan enfriar en el horno, siempre
controlando la presión de aire.
A continuación, las piezas se pueden sumergir en
un baño de agua hirviendo entre 20 minutos y 3 horas.
Claims (2)
1. Tratamiento superficial aplicado en aleaciones
con memoria de forma NiTi para mejorar la resistencia a la
corrosión, disminuir la liberación de iones Ni en el medio
exterior, y mejorar la biocompatibilidad caracterizado por
someter a la aleación a una oxidación térmica (< 600°C, > 20
min) a baja presión de aire (1\cdot10^{-3} - 1\cdot10^{-1}
mbar) para favorecer la oxidación preferencial del Ti y formar un
TiO_{2} libre de Ni en la superficie de la aleación. Esto
reducirá y evitará los problemas de alergia, toxicidad y
sensibilidad de los pacientes a los que se implante el material.
2. Tratamiento superficial aplicado en aleaciones
con memoria de forma NiTi según reivindicación 1
caracterizado por poder sumergir la aleación, tras la
oxidación térmica, dentro de un baño de agua hirviendo para
disminuir aún más la liberación de iones Ni al medio.
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- 2004-10-04 ES ES200402404A patent/ES2251312B1/es not_active Expired - Lifetime
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| US11208720B2 (en) | 2018-10-08 | 2021-12-28 | Jozef Stefan Institute | Method for treatment medical devices made from nickel-titanium (NiTi) alloys |
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|---|---|
| ES2251312B1 (es) | 2007-07-01 |
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