ES2310129A1

ES2310129A1 - Nueva superficie de implantes metalicos a base de titanio destinados a ser insertado en tejido oseo.

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Publication number: ES2310129A1
Application number: ES200701518A
Authority: ES
Inventors: Juan Carlos Garcia Saban; Francisco J. GARCIA SABAN
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-12-16
Anticipated expiration: 2027-06-01
Also published as: BRPI0721673A2; WO2008145768A1; ES2310129B1; JP2010528694A; MX2009012942A; EP2168527A1; CL2008001607A1; AR068791A1; CN101720209A; CA2689319A1; RU2009149207A; EP2168527A4; US20110218645A1; RU2435613C2; PE20090760A1

Abstract

Nueva superficie de implantes metálicos a base de titanio destinados a ser insertados en tejido óseo. La invención define una superficie de un implante metálico a base de titanio destinado a ser insertado en tejido óseo que comprende óxido de titanio sustancialmente puro y que tiene un espesor de 8-50 nm. Asimismo, la invención define un procedimiento para obtenerla, así como el implante metálico que la presenta. Dicha superficie presenta una buena rugosidad micrométrica, así como una composición prácticamente libre de impurezas y un espesor que es aproximadamente el triple del espesor de las superficies convencionales, características que le confieren muy buenas propiedades de osteointegración.

Description

Nueva superficie de implantes metálicos a base de titanio destinados a ser insertados en tejido óseo.

Campo de la invención

La invención se refiere al campo de los implantes metálicos para insertar en tejido óseo. En particular, la invención se refiere a una superficie de implante metálico que presenta una buena rugosidad, así como una composición química y un espesor optimizados que se traducen en una mejor respuesta celular y, por tanto, en una mejor unión implante-hueso. La invención se refiere, además, a un procedimiento para obtener dicha superficie, así como al implante metálico que la presenta.

Antecedentes de la invención

Como es bien conocido en el estado de la técnica, algunos metales o aleaciones metálicas, tales como titanio, circonio, hafnio, tántalo, niobio o aleaciones de los mismos, se usan para formar enlaces relativamente fuertes con el tejido óseo. En particular, los implantes metálicos de titanio y sus aleaciones se conocen desde aproximadamente 1950 por sus buenas propiedades de unión con el tejido óseo. Dicha unión fue denominada oseointegración por Branemark et al. (Branemark et al., "Osseointegrated implants in the treatment of the edentulous jaw. Experience from a 10-year period", Scand. J. Plast. Reconstr. Surg., II, suppl 16 (1977)).

Si bien la unión entre este metal y el tejido óseo es relativamente fuerte, es deseable mejorar dicha unión. Son diversos los métodos desarrollados en el estado de la técnica para tratar dichos implantes metálicos a fin obtener una superficie adecuada de los mismos que mejore su osteointegración. Por "superficie" se entiende la capa superficial o zona más externa de un implante compuesta principalmente por el óxido del metal correspondiente, cuyas diferencias físicas son claramente diferentes a las del material macizo de que está compuesto dicho implante.

Algunos de estos métodos van dirigidos a alterar la morfología de dicha capa superficial incrementando la rugosidad de la misma, a fin de proporcionar una mayor área de contacto y, por tanto de unión, entre el implante y el tejido óseo, lo que se traduce en una mayor fuerza y retención mecánica, es decir, en una mayor osteointegración del implante.

La razón que se encuentra detrás de estos procedimientos de aumento de la rugosidad superficial son los estudios realizados en los últimos años (Buser et al., "Influence of surface characteristics on bone integration of titanium implants. A histomorphometric study in miniature pigs", J Biom Mater Res, (1991), 25:889-902; Wennerberg et al., "Torque and histomorphometric evaluation of c.p. titanium screws blasted with 25- and 75-um-sized particles of Al_{2}O_{3}", J Biom Mater Res, (1996); 30:251-260; Buser et al., "Removal torque value of titanium implants in the maxilla of miniature pigs", J Oral Maxillofac Implants (1998) 13:611-619; y Lazzara et al., "Bone response to dual acid-etched and machined titanium implant surfaces", Bone Engineering, cap.34 (2000) J. E. Davies eds.), que demuestran que la osteointegración del implante a corto y medio plazo se ve favorecida por una superficie rugosa de orden
micrométrico.

Por otro lado, otros estudios (Buser et al. 1991, supra; Cochran et al., "Attachment and growth of periodontal cells on smooth and rough titanium", Int. J Oral Maxillofac Implants (1994) 9:289-297; Martin et al., "Effect of titanium surface roughness on proliferation, differentiation, and protein synthesis of human osteoblast-like cells (MG63)", J Biom Mat Res (1995) 29:389-401; Lazzara et al. 2000, supra; y Orsini et al., "Surface analysis of machined vs sandblasted and acid-etched titanium implants", J. Oral Maxillofac Implants (2000) 15:779-784) han demostrado que la existencia en la capa superficial del implante de una rugosidad de orden micrométrico favorece la expresión celular de los osteoblastos, dando lugar a una mayor diferenciación celular y a una mayor expresión de los osteoblastos. Este efecto tiene como consecuencia una mejor osteointegración y una mayor formación de
hueso.

Además, los fabricantes con mayor dedicación a la investigación, como Nobel Biocare, han diseñado dichos tratamientos de superficie de forma que se aumente el espesor y la cristalinidad de la capa obtenida de óxido de titanio, ya que algunos estudios parecen sugerir una relación entre el grado de cristalinidad y la mayor osteointegración conseguida en un implante (Sul et al., "Oxidized implants and their influence on the bone response", J Mater Sci: Mater in Medicine (2002); 12:1025-1031).

Los métodos utilizados en el estado de la técnica para incrementar la rugosidad superficial del implante son muy diversos, entre los que cabe destacar la aplicación de un recubrimiento sobre la superficie, el granallado de la superficie con partículas y el ataque químico de la superficie.

Los métodos de recubrimiento habituales de la superficie del implante metálico consisten en aplicar una capa metálica, normalmente de titanio, o una capa cerámica, normalmente de hidroxiapatita, mediante diversas técnicas conocidas tal como la pulverización o "spray" de plasma (Palka, V. et al., "The effect of biological environment on the surface of titanium and plasma-sprayed layer of hydroxylapatite". Journal of Materials Science: Materials in Medicine (1998) 9, 369-373).

En el caso del granallado de la superficie, se emplean partículas de diversos materiales y tamaños que se proyectan sobre la superficie del implante de modo que alteran la morfología de la misma. Habitualmente se emplean partículas de corindón (alúmina) (Buser et al. 1991, supra; Wennerberg et al. 1996; supra), o partículas de óxido de titanio (Gotfredsen,K. et al., Anchorage of TiO2-blasted, "HA-coated, and machined implants: an experimental study with rabbits"., J Biomed Mater Res (1995) 29, 1223-1231).

Por otro lado, el ataque químico de la superficie del implante se efectúa empleando diversos ácidos minerales tales como ácido fluorhídrico, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, etc. Así, por ejemplo, en una serie de patentes en Estados Unidos de Implant Innovations Inc. (US 5,603,338; US 5,876,453; US 5,863,201 y US 6,652,765) se describe un tratamiento ácido en dos etapas que se usa para obtener la superficie comercial Osseotite®. En la primera etapa se usa ácido fluorhídrico acuoso para eliminar el óxido natural sobre la superficie metálica, en la segunda etapa se usa una mezcla de ácido clorhídrico y ácido sulfúrico para obtener una superficie rugosa micrométrica. En la solicitud de patente europea EP 1477 141, también de Implant Innovations Inc., se describe una variación de este método en el que se emplea una mezcla de ácido fluorhídrico y ácido clorhídrico en la segunda etapa para tratar superficies de implantes a base de aleaciones de titanio y Ti6Al4V.

Asimismo, se ha descrito el uso combinado de ambas técnicas, es decir, el granallado de la superficie del implante seguido de un ataque químico. Así, Buser (Buser et al. 1991, Buser et al. 1998, supra) menciona, entre otros métodos, un granallado con alúmina de grano medio seguido de un decapado con una mezcla de ácido fluorhídrico y ácido nítrico; así como un granallado con alúmina de grano grueso seguido de un tratamiento químico con una mezcla de ácido clorhídrico y ácido sulfúrico. Igualmente, Cochran (Cochran et al. 1994, supra), emplea un granallado con partículas de corindón de grano fino o grueso seguido de un tratamiento químico con ácido clorhídrico y ácido sulfúrico para tratar una superficie de titanio. Análogamente, Choi Seok et al. (KR 2003007840) describe un granallado con partículas de fosfato cálcico seguido de un tratamiento con una mezcla de ácido clorhídrico y ácido sulfúrico. Igualmente, en el documento WO 2004/008983 de Astra Tech se describe un método de tratamiento superficial de implantes que combina un granallado con partículas de óxido de titanio, finas y gruesas, seguido de un tratamiento con ácido fluorhídrico. Asimismo, Franchi (Franchi et al., (2004) "Early detachment of titanium particles from various different surfaces of endosseous dental implants", Biomaterials 25, 2239-2246) y Guizzardi (Guizzardi et al., (2004) "Different titanium surface treatment influences human mandibular osteoblast response", J Periodontol 75, 273-282) mencionan el granallado con partículas de zirconia de grano fino y grueso seguidas de un tratamiento ácido sin
especificar.

Por lo que se refiere al tratamiento térmico, Browne (Browne et al. (1996), "Characterization of titanium alloy implant surfaces with improved dissolution resistance", Journal of Materials Science: Materials in Medicine 7, 323-329) y Lee (Lee et al. (1998), "Surface characteristics of Ti6Al4V alloy: effect of materials, passivation and autoclaving", Journal of Materials Science: Materials in Medicine 9, 439-448) describen el tratamiento de una aleación de titanio no tratada previamente con aire caliente a 400°C durante 45 minutos para conseguir una mejor resistencia a la disolución y un mayor espesor de la capa de óxido; si bien el espesor conseguido es de tan sólo unos
4 nm.

Mediante dichos métodos, por tanto, se obtienen superficies con rugosidad micrométrica pero con un espesor de capa de óxido de titanio superficial muy reducido lo que conlleva las desventajas de no tener una capa de óxido de titanio muy estable, y no reducir la liberación de iones metálicos al medio.

Continúa existiendo en el estado de la técnica, por tanto, la necesidad de métodos alternativos para tratar la capa superficial de implantes metálicos que proporcionen una superficie con una rugosidad micrométrica y con una composición química y espesor mejorados para optimizar, así, el proceso de osteointegración de dichos implan-
tes.

Sorprendentemente, los presentes inventores han descubierto que la proyección de partículas de óxido de zirconio a presión para granallar el área externa de los implantes, junto con una combinación particular de ácidos para el tratamiento químico posterior y un tratamiento térmico final adecuado permite obtener superficies con una rugosidad micrométrica adecuada, una composición prácticamente libre de impurezas y un espesor que es aproximadamente el triple del espesor de las superficies convencionales. Dicha superficie, además, presenta una buena porosidad y una morfología muy similar a la del hueso esponjoso, características muy ventajosas en cuanto a optimizar el proceso de osteointegración y de anclaje del hueso.

El uso de una mezcla de ácido sulfúrico y ácido fluorhídrico, así como la combinación de estos tres tratamientos no se han descrito hasta la fecha. Además, la selección del tratamiento térmico adecuado de las superficies granalladas y tratadas posteriormente con ácidos tampoco se ha descrito.

Por tanto, el método de la presente invención que combina estas características técnicas permite obtener superficies de implantes metálicos a base de titanio con muy buenas propiedades de osteointegración y respuesta celular. Adicionalmente, el aumento tan importante del espesor de la capa superficial de óxido de titanio supone grandes ventajas en cuanto a una reducción de los iones metálicos liberados, una composición de óxido de titanio casi estequiométrica, y una mayor humectabilidad de la misma.

Objeto de la invención

La presente invención, por tanto, tiene por objeto proporcionar una superficie de un implante metálico a base de titanio destinado a ser insertado en tejido óseo que comprende óxido de titanio sustancialmente puro y que tiene un espesor de 8-50 nm.

Otro objeto de la invención es proporcionar un implante metálico a base de titanio destinado a ser insertado en tejido óseo, que presenta dicha superficie.

Asimismo, otro objeto de la invención es proporcionar un procedimiento para obtener dicha superficie.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra una micrografía (150x) de la superficie de acuerdo con la invención.

La figura 2a muestra la rugosidad en tres dimensiones de la superficie de acuerdo con la invención obtenida por microscopía confocal.

La figura 2b muestra la reconstrucción del sector de zona plana apical y la medida de la rugosidad correspondiente.

La figura 3 muestra el espectro de energía dispersiva de rayos X (EDS) de la superficie de acuerdo con la invención.

La figura 4 muestra la viabilidad celular a 12, 24 y 72 horas como indicador de la citotoxicidad de la superficie de acuerdo con la invención (03/136/15) con respecto a la de otras superficies convencionales.

La Figura 5, muestra la actividad fosfatasa alcalina a los 6 días de cultivo como indicador de la producción de matriz ósea por los osteoblastos sembrados en la superficie de acuerdo con la invención (03/136/15) con respecto a la de otras superficies convencionales.

Descripción detallada de la invención

La presente invención proporciona una superficie de un implante metálico a base de titanio destinado a ser insertado en tejido óseo que comprende óxido de titanio sustancialmente puro y que tiene un espesor de 8-50 nm, en adelante "superficie de la invención".

Como se ha señalado anteriormente, la superficie de un implante a base de titanio es la capa superficial o zona más externa del mismo compuesta principalmente por óxido de titanio.

En una realización particular, la superficie de la invención tiene un espesor de 10-30 nm. En una realización preferida, la superficie de la invención tiene un espesor de 15 nm.

Dicho espesor, que es casi el triple del espesor de las superficies convencionales, supone una mayor osteointegración del implante, además de una importante reducción de las impurezas, tal y como se ha indicado previamente.

Así, en el contexto de la invención el término "óxido de titanio sustancialmente puro" se refiere a que la superficie de la invención comprende una composición casi estequiométrica de óxido de titanio, de aproximadamente un 98% en peso. (porcentaje medido mediante XPS, o espectrometría de fotoemisión, tras un 1 minuto de "sputtering", o bombardeo con iones acelerados, para eliminar la contaminación presente en el área externa de la superficie obtenida, que es inherente al método de análisis, y obtener la composición real de la misma).

Adicionalmente, la superficie de la invención presenta una buena rugosidad micrométrica y, por tanto, muy buenas propiedades de osteointegración y respuesta celular. Efectivamente, la morfología de la superficie tratada es similar al hueso trabecular, optimizada para el inicio de la reparación ósea. Asimismo, sus características de porosidad y rugosidad permiten la homogeneización de las tensiones residuales, la adhesión y fijación de las proteínas iniciales, así como la adhesión, proliferación y maduración celular y la estabilidad de la matriz extracelular.

En otro aspecto de la invención, por tanto, se proporciona un implante metálico a base de titanio destinado a ser insertado en tejido óseo que presenta la superficie de la invención descrita previamente.

En una realización particular, dicho implante metálico es un implante de titanio o de una aleación de titanio. El titanio puede ser titanio comercialmente puro, por ejemplo. Igualmente, la aleación de titanio puede ser cualquier aleación de titanio adecuada tal como la aleación de titanio, aluminio y vanadio Ti6Al4V, por ejemplo.

Dicho implante metálico a base de titanio es adecuado para ser insertado en tejido óseo por lo que puede ser un implante dental, ortopédico, etc., dependiendo del tejido óseo en el que se desea insertar.

Así, en una realización particular, dicho implante metálico es un implante dental.

En otro aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para obtener una superficie de un implante metálico a base de titanio destinado a ser insertado en tejido óseo, en adelante "procedimiento de la invención", que comprende las siguientes etapas:

(a): proyectar partículas de óxido de zirconio a presión sobre el área externa del implante;

(b): tratar químicamente el área externa del implante granallada con una composición ácida que comprende ácido sulfúrico y ácido fluorhídrico; y

(c): tratar térmicamente el área externa del implante granallada y tratada químicamente mediante calentamiento a una temperatura de 200-450°C durante 15-120 min.

En una realización particular de dicho procedimiento, la proyección de las partículas de óxido de zirconio sobre el área externa del implante de la etapa (a) se efectúa a una presión de 2-10 atm. En una realización preferida, la proyección de las partículas de óxido de zirconio se efectúa a una presión de 6 atm.

En otra realización particular del procedimiento de la invención, las partículas de óxido de zirconio empleadas en la etapa (a) tienen un tamaño de partícula de 25-500 \mum. En una realización preferida, dichas partículas de óxido de zirconio tienen un tamaño de partícula de 125 \mum.

Al granallar con partículas de óxido de zirconio se consigue que no se produzcan problemas de biocompatibilidad en caso de que quedaran restos de las mismas al final de proceso, ya que es un material muy biocompatible. Además, las partículas de este material y tamaño son bastante redondeadas, lo que, combinado con la presión de trabajo del granallado, produce un punto de impacto de forma cóncava, ideal para la buena respuesta celular.

Para efectuar el granallado, u homogenización de tensiones de mecanizado, con partículas de óxido de zirconio se puede emplear cualquier dispositivo adecuado, tal como un equipo de granallado modelo Basic Quattro de la marca Renfert. Dicho equipo está conectado a un circuito de aire a presión, el cual proyecta la granalla de zirconia con la que se carga la máquina. Finalizado el granallado, se limpia la superficie mediante cualquier método de la técnica adecuado, tal como aplicando aire a presión y posterior tratamiento de limpieza con ultrasonidos.

En una realización particular del procedimiento de la invención, la composición ácida empleada en la etapa (b) comprende un 15-50% (v/v) de ácido sulfúrico y un 0,01-1% (v/v) de ácido fluorhídrico. En una realización preferida, dicha composición ácida comprende un 28,8% (v/v) de ácido sulfúrico y un 0,024% (v/v) de ácido fluorhídri-
co.

Esta particular combinación de ácidos produce una rugosidad y una morfología particulares que, combinadas con la composición química superficial obtenida sin apenas impurezas, producen una óptima respuesta celular.

En otra realización particular del procedimiento de la invención, el tratamiento químico de la etapa (b) se efectúa a una temperatura de 50-110°C durante 4-60 min. En una realización preferida, dicho tratamiento químico se efectúa a una temperatura de 75°C durante 12 min.

Para el ataque químico se utiliza utillaje estándar de laboratorio, dentro de una campana de extracción (campana de aire modelo 9001-GH de la marca Cruma, por ejemplo) para evitar los vapores de los ácidos. Tras el tratamiento químico, el implante se retira del baño ácido, se lava para retirar el ácido restante, y posteriormente se limpia mediante ultrasonidos y se seca. Para el secado, se puede usar un dispositivo de secado convencional adecuado tal como una estufa de secado de marca Renfert.

En otra realización particular del procedimiento de la invención, el tratamiento térmico de la etapa (c) se efectúa a una temperatura de 285°C durante 60 min.

Este tratamiento térmico a la temperatura indicada y durante el tiempo estipulado produce una reestructuración de la capa superficial de óxido de titanio, con un incremento de la cristalinidad y una reducción de las impurezas, lo que conlleva una mejora de la respuesta celular. Además, dicho tratamiento térmico incrementa el espesor de la capa superficial del óxido de titanio. En condiciones normales, el titanio expuesto a la atmósfera se oxida y genera una capa de óxido de titanio de unos 5 nanómetros de espesor. Esta capa de óxido protege al resto del titanio de oxidarse. Así, interesa obtener una capa de óxido de titanio de espesor incrementado, pero no tanto como para que la fragilidad de dicha capa pueda producir la generación de micropartículas al friccionar con el hueso al insertar el implante. El rango de espesores obtenido por el procedimiento de la invención de 8 a 50 nm es aceptable en este
sentido.

Así pues, para obtener el espesor mencionado, el tratamiento térmico debe hacerse a una temperatura suficiente para acelerar la difusión del oxígeno atmosférico en el material, y no tan elevada como para producir una oxidación en el titanio visible por el cambio de color. Por ello, la temperatura de trabajo seleccionada varía entre 200°C y
450°C.

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Finalmente, el tiempo de tratamiento es el segundo parámetro que debe controlarse. Un tiempo muy reducido no permite la difusión efectiva del oxígeno. Un tiempo demasiado largo produce incrementos excesivos en el espesor de la capa y no es industrializable. Un rango razonable entre estos dos extremos se situaría entre los 15 minutos y las 24 horas, en función de la temperatura de tratamiento. Por ello, el tiempo de trabajo seleccionado varía entre 15 y 120 minutos.

Este tratamiento térmico se realiza mediante medios convencionales, empleando un horno Memmert modelo UM-100 de baja temperatura, por ejemplo.

En otro aspecto de la invención, se proporciona una superficie obtenible por el procedimiento descrito previamente. Dicha superficie comprende óxido de titanio sustancialmente puro y tiene un espesor de 8-50 nm, tal y como se ha indicado. En una realización particular, dicha superficie tiene un espesor de 10-30 nm. En una realización preferida, dicha superficie tiene un espesor de 15 nm.

En otro aspecto de la invención, se proporciona un implante metálico a base de titanio destinado a ser insertado en tejido óseo, que presenta la superficie obtenible por el procedimiento descrito previamente. En una realización particular, dicho implante metálico es un implante de titanio o de una aleación de titanio. En otra realización particular, dicho implante metálico es un implante dental.

Los siguientes ejemplos ilustran la invención y no deben ser considerados como limitativos del alcance de la misma.

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Ejemplo 1

Obtención de un implante dental de titanio con una superficie de acuerdo con la invención

Se sometió un implante endoóseo cilindro-cónico roscado Defcon TSA de titanio comercialmente puro a una proyección de partículas de zirconia de 125 \mum a una presión de 6 atm, colocando la boquilla de salida perpendicular a la superficie a tratar, a una distancia de entre 2 y 3 cm. Tras el granallado, se limpió con aire a presión y se sumergió posteriormente en agua pura en ultrasonidos durante 10 minutos. Después, se secó mediante aire
comprimido.

Se preparó a continuación una disolución acuosa con la siguiente composición: 28,8% en volumen de ácido sulfúrico y 0,024% en volumen de ácido fluorhídrico. Se depositó el vaso de precipitados con el reactivo en un baño térmico, fijando a 75°+/-2°C la temperatura a alcanzar por el reactivo. Una vez alcanzada la temperatura deseada del reactivo, se procedió al tratamiento químico mediante inmersión del implante previamente granallado en la disolución de reactivo durante 12 minutos (+/- 15 segundos). Finalizado dicho tratamiento, se retiró el implante del baño ácido y se diluyó mediante agitación durante unos 15 segundos en dos baños de agua pura de forma consecutiva. Después, se sumergió en agua pura en ultrasonidos durante unos 10 minutos y posteriormente se secó en
estufa.

Finalmente el implante así tratado, se sometió a un tratamiento térmico final a una temperatura de 285°C (+/-20°C) durante 60 minutos en un horno Memmert modelo UM-100 de baja temperatura.

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Ejemplo 2

Caracterización de la superficie obtenida en el ejemplo 1 Morfología

Se estudió la morfología de la superficie obtenida en el ejemplo 1 mediante micrografías de superficie y medición de la rugosidad por microscopía confocal.

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Micrografías de superficie

Las micrografías de superficie fueron realizadas en un microscopio electrónico de barrido JEOL JSM 840, con una potencial de haz de barrido de 15 kV.

La figura 1 muestra una micrografía (150x) de dicha superficie donde se aprecia que la superficie presenta una rugosidad superficial muy característica, con valores de rugosidad R_{a} (rugosidad media) de alrededor de 1 \mum, caracterizada por una morfología redondeada con bordes externos agudos y presencia de una porosidad profunda distribuida de forma homogénea, debida a la acción del ataque ácido sobre la superficie.

Este nivel de rugosidad permite cumplir los requerimientos que diversos artículos científicos (Buser et al. 1991, Cochran et al. 1994, Martin et al. 1995, Wennerberg et al. 1996, Wennerberg et al. 1997, Buser et al. 1998, Lazzara et al. 2000, Orsini et al. 2000, supra) han señalado respecto a la necesidad de tener en la superficie del implante una rugosidad que permita un buen anclaje de las células.

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Medición de la rugosidad por microscopía confocal

La medición de rugosidad en 3D se realizó con un microscopio confocal conectado al software PL\mu, desarrollado por el Departamento de Óptica de la Escuela Técnica Universitaria de Terrassa (Universitat Politécnica de Catalunya). Las mediciones se hicieron según el estándar DIN 4768, con un filtro gaussiano de cut-off de 800 \mum.

La figura 2a muestra la rugosidad en tres dimensiones de la superficie obtenida mediante esta técnica. Asimismo, la figura 2b muestra la reconstrucción del sector de zona plana apical y la medida de la rugosidad correspondiente según un perfil transversal de la superficie.

Los valores de rugosidad obtenidos dan unos valores medios de R_{a} (rugosidad media) de 1,0 \mum, con un espaciado entre picos S_{m} de 12 \mum. Estos valores se sitúan cercanos a los valores citados como deseables en la bibliografía referida en el apartado anterior.

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Composición química superficial

El análisis de la composición química superficial se realizó mediante dos técnicas diferentes: análisis por energía dispersiva de rayos X (EDS), y análisis mediante espectrometría de fotoelectrones (XPS).

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Análisis por energía dispersiva de rayos X (EDS)

Esta técnica permite determinar la composición cuantitativa de una superficie en un espesor de aproximadamente 1 \mum con una elevada resolución espacial. El EDS permite detectar la presencia de átomos con un peso atómico comprendido entre el boro y el uranio, y cuantificar su presencia en la superficie estudiada.

Las mediciones de EDS fueron realizadas en los Servicios Científico-Técnicos de la Universitat de Barcelona. Se empleó para ello un SEM Leica Electroscan 360, con un equipo EDS Link-Inca capaz de detectar átomos con peso atómico igual o superior al del boro. La figura 3 muestra el espectro de energía dispersiva de rayos X (EDS)
obtenido.

Los análisis realizados mediante EDS sólo han mostrado la presencia de titanio y de oxígeno en la superficie de la muestra de titanio tratada, con alguna traza ocasional de zirconio. La presencia del zirconio se debe a los efectos del tratamiento de homogenenización de tensiones previo, que puede dejar algunas partículas de óxido de zirconio adheridas en la superficie. Los diferentes análisis muestran que este comportamiento se da en toda la superficie del implante tratado.

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Análisis por espectrometría de fotoemisión (XPS)

Los análisis de XPS fueron realizados por la Unidad de análisis ESCA y TEM de los Servicios Científico-Técnicos de la Universitat de Barcelona. Los resultados se muestran en la Tabla 1, junto a una comparación con análisis XPS citados en la bibliografía de varios implantes dentales (Wieland et al., "Measurement and evaluation of the chemical composition and topography of titanium implant surfaces", Bone Engineering, cap.14 (2000) J. E. Davies eds; Massaro et al., "Comparative investigation of the surface properties of commercial titanium dental implants. Part I: chemical composition". J Mat Sci: Mat in Medicine (2002) 13: 536-548).

TABLA 1 Resultados del análisis de la superficie de las muestras realizado con XPS, comparados con los de la superficie de otros implantes comerciales

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La comparación de resultados muestra que la composición química de la superficie de las muestras analizadas es perfectamente homologable a la que presentan otros implantes presentes en el mercado, incluso con una menor presencia de impurezas de carbono o silicio (Wennerberg et al. 1996, supra; Wieland et al. 2000, supra; y Sittig et al., "Surface characterization of implant materials c.p. Ti, Ti6Al7Nb and Ti6Al4V with different pretreatments", J Mater Sci: Mater in Medicine (1999), 10:35-46).

La presencia de algunos elementos en la superficie, como el nitrógeno, se debe al proceso de tratamiento térmico. No se ha detectado la presencia de otros contaminantes comunes en otros procesos, como el silicio o el sodio. El % residual hasta el 100% se debe al argón detectado (no indicado), que es un residuo del proceso de medición con
XPS.

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Ejemplo 3

Respuesta celular de la superficie de una muestra de titanio obtenida por un procedimiento análogo al descrito en el ejemplo 1

Se realizó un estudio por parte del grupo de investigación 063-13 (Dpto. de Farmacología, Facultad de Medicina y Odontología, Univ. Santiago de Compostela, España) de evaluación biológica de muestras de titanio (discos de titanio comercialmente puro de 5 mm de diámetro) tratadas mediante un procedimiento análogo al descrito en el ejemplo 1.

Se sembraron osteoblastos humanos en muestras de trabajo (8x10^{3} células/disco por triplicado) en medio de cultivo Dulbecco modificado, con 10% de suero bovino fetal y 1% de solución antibiótica. Se midió la bioactividad celular (indicador de la citotoxicidad de la superficie) y la producción de fosfatasa alcalina (indicador de la producción de matriz ósea por parte de los osteoblastos) de la superficie de la invención (código 03/136-15) frente a las de una superficie del mismo titanio sin tratar mecanizada (código 03/136-07), otra superficie del mismo titanio sin tratar sometida a granallado (pulida con papel de pulir de carburo de silicio de unos 5 micrómetros) (código 03/136-18) y una superficie sin tratar sometida a granallado más tratamiento ácido similar a la superficie ITI SLA (código 03/136-09).

La figura 4 muestra los resultados de la medición de viabilidad celular a 12, 24 y 72 horas en dichas muestras. La figura 5, por su parte, muestra los resultados de la medición de la actividad fosfatasa alcalina a los 6 días de cultivo de dichas muestras.

La actividad fosfatasa alcalina se ha asociado desde hace tiempo con la calcificación biológica. Así, la expresión mejorada de esta enzima parece ser necesaria antes del inicio de la mineralización de la matriz ósea, proporcionando el enriquecimiento localizado de fosfato inorgánico para la nucleación y proliferación de los cristales de hidroxiapatita, componente principal del tejido óseo.

Como puede verse en dichas figuras 4 y 5, los resultados obtenidos muestran una mejor respuesta celular por parte de la superficie de la invención (código 03/136/15) con respecto a la superficie de los controles de mecanizado (código 03/136/07) y granallado (código 03/136/18). Por otro lado, los resultados de respuesta celular de la superficie de la invención son equivalentes a los del control de granallado y tratamiento ácido (código 03/136/09).

Claims

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1. Superficie de un implante metálico a base de titanio destinado a ser insertado en tejido óseo, caracterizada porque comprende óxido de titanio sustancialmente puro y porque tiene un espesor de 8-50 nm.
2. Superficie según la reivindicación 1, caracterizada porque tiene un espesor de 10-30 nm.
3. Superficie según la reivindicación 2, caracterizada porque tiene un espesor de 15 nm.
4. Implante metálico a base de titanio destinado a ser insertado en tejido óseo, caracterizado porque presenta la superficie definida en las reivindicaciones 1-3.
5. Implante según la reivindicación 4, caracterizado porque es un implante de titanio o de una aleación de titanio.
6. Implante según la reivindicación 4, caracterizado porque es un implante dental.
7. Procedimiento para obtener una superficie de un implante metálico a base de titanio destinado a ser insertado en tejido óseo, caracterizado porque comprende las etapas de:

(a)

proyectar partículas de óxido de zirconio a presión sobre el área externa del implante;

(b)

tratar químicamente el área externa del implante granallada con una composición ácida que comprende ácido sulfúrico y ácido fluorhídrico; y

(c)

tratar térmicamente el área externa del implante granallada y tratada químicamente mediante calentamiento a una temperatura de 200-450°C durante 15-120 min.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la proyección de las partículas de óxido de zirconio sobre la superficie de la etapa (a) se efectúa a una presión de 2-10 atm.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque la proyección de las partículas de óxido de zirconio sobre la superficie de la etapa (a) se efectúa a una presión de 6 atm.
10. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque las partículas de óxido de zirconio empleadas en la etapa (a) tienen un tamaño de partícula de 25-500 \mum.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque las partículas de óxido de zirconio empleadas en la etapa (a) tienen un tamaño de partícula de 125 \mum.
12. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la composición ácida empleada en la etapa (b) comprende un 15-50% (v/v) de ácido sulfúrico y un 0,01-1% (v/v) de ácido fluorhídrico.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque la composición ácida empleada en la etapa (b) comprende un 28,8% (v/v) de ácido sulfúrico y un 0,024% (v/v) de ácido fluorhídrico.
14. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el tratamiento químico de la etapa (b) se efectúa a una temperatura de 50-110°C durante 4-60 min.
15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque el tratamiento químico de la etapa (b) se efectúa a una temperatura de 75°C durante 12 min.
16. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el tratamiento térmico de la etapa (c) se efectúa a una temperatura de 285°C durante 60 min.
17. Superficie obtenible por el procedimiento de las reivindicaciones 7-16, caracterizada porque comprende óxido de titanio sustancialmente puro y porque tiene un espesor de 8-50 nm.
18. Superficie según la reivindicación 17, caracterizada porque tiene un espesor de 10-30 nm.
19. Superficie según la reivindicación 18, caracterizada porque tiene un espesor de 15 nm.
20. Implante metálico a base de titanio destinado a ser insertado en tejido óseo, caracterizado porque presenta la superficie definida en las reivindicaciones 17-19.
21. Implante metálico según la reivindicación 20, caracterizado porque es un implante de titanio o de una aleación de titanio.
22. Implante metálico según la reivindicación 20, caracterizado porque es un implante dental.