Efecto de parámetros geométricos en las prestaciones mecánicas de estructuras porosas cerámicas y estructuras hibridas interpenetradas cerámico/polímero fabricadas mediante moldeo robotizado

Abstract

Esta Tesis Doctoral se enmarca en una línea de investigación del Grupo Especializado de Materiales de la Universidad de Extremadura (GEMA-UEx) que se orienta hacia el diseño, fabricación y optimización mecánica de nuevos biomateriales para aplicaciones ortopédicas. Concretamente, se trata de estructuras porosas fabricadas mediante la técnica de moldeo robotizado (robocasting). Estas estructuras consisten en una red tridimensional de barras cerámicas obtenidas capa a capa por extrusión a través de una punta inyectora de suspensiones coloidales altamente concentradas (tintas). Hasta la fecha, se han desarrollado tintas, apropiadas para la técnica de robocasting, a partir de polvos de fosfatos cálcicos (hidroxiapatita y fosfato tricálcico) y biovidrios (45S5 y 13-93) con las que se ha conseguido fabricar estructuras porosas con propiedades mecánicas superiores a las de estructuras obtenidas por otros grupos de investigación utilizando técnicas de fabricación más convencionales. Además, se ha conseguido un aumento adicional de las prestaciones mecánicas mediante la infiltración o el recubrimiento de la estructura cerámica porosa con polímeros bioabsorbibles. Con esta Tesis Doctoral se pretende avanzar aún más en la mejora de las prestaciones mecánicas de biomateriales constituidos por un esqueleto cerámico fabricado por moldeo robotizado, mediante la optimización de la arquitectura de poros de la estructura cerámica. Para ello, se determinará experimentalmente el efecto de diferentes párametros geómetricos en la respuesta mecánica bajo tensiones de compresión de estructuras porosas de fosfato tricálcico (TCP) fabricadas mediante robocasting y de estructuras híbridas interpenetradas obtenidas mediante infiltración con ácido poliláctico (PLA) de las estrucuras porosas de TCP.

This PhD Thesis is part of a line of research of the materials research group GEMA of the University of Extremadura that focuses on the design, manufacturing and mechanical optimization of new biomaterials for orthopaedic applications. Specifically, it involves the optimization of porous structures fabricated by robocasting. These structures consist of a three-dimensional network of ceramic rods obtained layerwise by extrusion through a nozzle of highly concentrated colloidal suspensions (inks). To date, appropriate inks for robocasting technique have been developed from calcium phosphate (hydroxyapatite and tricalcium phosphate) and bioglasses (45S5 and 13-93) powders that have enabled the fabrication of porous structures with mechanical properties superior to structures obtained by other research groups using more conventional manufacturing techniques. In addition, a further increase of mechanical performance has been achieved through infiltration or coating of the porous ceramic structures with bioabsorbable polymers. This Thesis aims to further advance in the improvement of the mechanical performance of biomaterials consisting of a ceramic skeleton manufactured by robocasting, by optimizing the pore architecture of the ceramic structure. To do so, the effect shall be determined of different geometrical in the mechanical response under compression stress of porous structures of tricalcium phosphate (TCP) manufactured by robocasting and interpenetrated hybrid structures obtained by infiltration with polylactic acid (PLA) of the porous TCP structures.