CÉLULA ELECTROLÍTICA PARA ESTUDIO DE LA INTERFASE FORMADA POR UN IMPLANTE METÁLICO EN MEDIO CELULAR Y PROCEDIMIENTO DE UTILIZACIÓN DE DICHA CÉLULA ELECTROLÍTICA.

Célula electrolítica para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular y procedimiento de utilización de dicha célula electrolítica.

Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular y procedimiento de utilización de dicha célula electrolítica (1), comprendiendo la célula electrolítica (1) una base (2), un electrodo de trabajo (4) horizontal; una conexión eléctrica para el electrodo de trabajo (4); unos medios de sujeción del electrodo de trabajo (4); una cubierta (5) hermética; y una pluralidad de bocas para electrodos (6) y para adición (9) del medio celular. El procedimiento comprende esterilizar los componentes de la célula electrolítica (1); montarla en una campana de flujo laminar, añadiendo parte del medio celular; introducirla en un incubador; volver a introducirla en la campana de flujo laminar, añadiendo el resto del medio celular; conectar unos medios de termostatización; suministrar una atmósfera de aire con CO2; y conectar los electrodos (4, 20, 21) a un potenciostato.

Célula electrolítica para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular y procedimiento de utilización de dicha célula electrolítica.

Objeto de la invención

El objeto principal de la presente invención consiste en una célula electrolítica para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular y procedimiento de utilización de dicha célula electrolítica, utilizables para evaluar el comportamiento frente a la corrosión y las propiedades de la interfase electroquímica de biomateriales metálicos mediante medidas electroquímicas in situ.

Antecedentes de la invención

Las medidas electroquímicas in situ para evaluar el comportamiento frente a la corrosión y las propiedades de la interfase electroquímica de biomateriales metálicos y los medios fisiológicos son métodos muy utilizados.

Los biomateriales metálicos se emplean en diversas aplicaciones: como vástagos de prótesis parciales o totales de cadera, implantes dentales, sustituciones en las uniones de vértebras, placas craneales, etc.

Entre los distintos tipos de biomateriales metálicos convencionales, se pueden utilizar el Ti y sus aleaciones, acero inoxidable y aleaciones de base Co. El Cu modificado superficialmente, micro y/o nanoestructurado se puede utilizar en aplicaciones en dispositivos intrauterinos. Como materiales metálicos en vías de desarrollo, también se estudia el Mg y sus aleaciones en aplicaciones como dispositivos cardiovasculares, para sintetizar fracturas y/o como material de relleno en cavidades óseas.

Es necesario experimentar y estudiar la interfase que se forma entre los posibles biomateriales metálicos y los distintos medios celulares donde pueden ser utilizados. Así por ejemplo, se ensayan líneas celulares que se encuentran en el entorno fisiológico en el que va a ser implantado el biomaterial, tales como líneas celulares procedentes de tejido óseo, líneas establecidas de fibroblastos, líneas celulares endoteliales, líneas celulares procedentes del endometrio (CHO-K1, procedentes de ovario de hamster) y/o líneas celulares del sistema inmune. En general, cualquier biomaterial metálico (modificado, recubierto o funcionalizado) debería ser ensayado en presencia de las células del entorno biológico (osteoblastos, fibroblastos, etc) .

Los estudios de comportamiento frente a la corrosión de biomateriales metálicos se llevan a cabo mediante células electrolíticas convencionales, que básicamente constan de un recipiente en el que se dispone un electrodo de trabajo del biomaterial en contacto directo con una solución que contiene las células, estudiando la interfase que se forma entre el biomaterial y la solución, mediante la medición de diversos parámetros electroquímicos, tales como el potencial de corrosión, resistencia de polarización y/o impedancia electroquímica. En la actualidad, estas células electrolíticas comprenden un cuerpo de vidrio con dos partes consistentes en un tronco y una cabeza, ubicándose en la cabeza los necesarios electrodos de referencia y auxiliar que se emplean para efectuar las mediciones electroquímicas.

Las células electrolíticas con la configuración descrita no permiten el estudio in situ del comportamiento frente a la corrosión de biomateriales metálicos en contacto con el medio celular, ya que el electrodo de referencia, normalmente de calomelanos o de cloruro de plata, no soporta las elevadas temperaturas de esterilización y la experimentación no se realiza en un medio completamente esterilizado.

Otro inconveniente de las células electrolíticas convencionales es la disposición vertical del electrodo de trabajo objeto de estudio, es decir el biomaterial metálico, que imposibilita la adhesión celular y por tanto el estudio del mecanismo y cinética de corrosión del biomaterial en contacto con el medio celular.

Descripción de la invención

La célula electrolítica de la invención sirve de una manera óptima para llevar a cabo estudios de la interfase de un biomaterial con el medio celular en el que está destinado a implantarse, subsanando las deficiencias descritas.

La célula electrolítica de la invención presenta, entre otras, las siguientes ventajas:

De acuerdo con la invención, la célula electrolítica comprende una base; al menos, un electrodo de trabajo de biomaterial metálico sujetable horizontalmente en dicha base; una conexión eléctrica accesible exteriormente para el electrodo de trabajo; unos medios de sujeción horizontal del electrodo de trabajo en la base de modo que quede en contacto eléctrico con la conexión eléctrica accesible exteriormente; una cubierta de cierre dispuesta sobre el electrodo de trabajo, provista de medios de cierre herméticos; y una pluralidad de bocas para electrodos y adición del medio celular.

Por cada electrodo de trabajo de biomaterial metálico a estudiar, se emplea un electrodo de referencia, y un electrodo auxiliar, para su conexión a un potenciostato en una configuración de tres electrodos. Así, el electrodo de referencia mide el potencial al que está el implante, y el electrodo auxiliar recoge la corriente procedente del electrodo de trabajo. El electrodo de trabajo es fácilmente desmontable y montable desde el exterior de la célula electrolítica.

La célula electrolítica de la invención también puede comprender unas bocas de entrada y salida para gases, que serán utilizadas para proporcionar una atmósfera con un porcentaje en CO2 conveniente para la preservación con vida de las células; y también unos medios de termostatización del medio celular, mediante los que igualmente se consigue mantener la vida de las células hasta finalizar el ensayo.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1. Muestra un alzado de conjunto montado de la célula electrolítica de la invención, seccionado por un plano vertical que pasa por dos bocas para electrodos.

Figura 2. Muestra una vista en planta de la base de la célula electrolítica de la invención.

Figura 3. Muestra una vista en planta del prensor de la célula electrolítica de la invención.

Figura 4. Muestra una vista en alzado seccionado de un despiece del conjunto base-prensor-conexión eléctrica o chapa de cobre-electrodo de trabajo-junta del prensor.

Figura 5. Muestra una vista en alzado de la cubierta de la célula electrolítica de la invención.

Figura 6. Muestra una vista en planta de la cubierta de la célula electrolítica de la invención.

Figura 7. Muestra una vista de la cubierta de la célula electrolítica de la invención según un alzado seccionado por un plano que pasa por las conexiones de entrada y salida de la cámara de circulación del fluido termostatizador.

Realización preferente de la invención

La célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular de la invención comprende: una base (2) ; un electrodo de trabajo (4) , que se trata concretamente de una porción del biomaterial metálico a estudiar, sujetable horizontalmente en dicha base (2) ; una conexión eléctrica accesible exteriormente para dicho electrodo de trabajo (4) , e implementada en este ejemplo de la invención mediante una chapa de cobre (3) , dispuesta inferiormente y en contacto respecto a dicho electrodo de trabajo (4) , y que sobresale exteriormente de la base (2) ; unos medios de sujeción horizontal...

1. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular caracterizada porque comprende: una base (2) , un electrodo de trabajo (4) de biomaterial metálico sujetable horizontalmente en dicha base (2) ; una conexión eléctrica accesible exteriormente para dicho electrodo de trabajo (4) ; unos medios de sujeción horizontal en la base (2) del electrodo de trabajo (4) en contacto eléctrico con la conexión eléctrica accesible exteriormente; una cubierta (5) de cierre dispuesta sobre el electrodo de trabajo (4) , y provista de medios de cierre herméticos; y una pluralidad de bocas para electrodos (6) y de bocas de adición (9) del medio celular.

2. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según reivindicación 1 caracterizada porque adicionalmente comprende bocas de entrada y salida (7) para gases.

3. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según reivindicaciones 1 o 2 caracterizada porque adicionalmente comprende unos medios de termostatización del medio celular.

4. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque los medios de sujeción horizontal en la base (2) del electrodo de trabajo (4) comprenden: un prensor (10) horizontal que se encuentra cubriendo íntegramente el electrodo de trabajo (4) ; una ventana de exposición (11) superior implementada en dicho prensor (10) ; una junta del prensor (12) , dispuesta sobre dicho electrodo de trabajo (4) y circundando la ventana de exposición (11) en orden a exponer un área determinada de dicha electrodo de trabajo (4) al medio celular; y unos medios de apriete del prensor (10) sobre la base (2) .

5. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según reivindicación 4 caracterizada porque los medios de apriete del prensor (10) comprenden unas bridas (13) dispuestas en la base (2) y en el prensor (10) , y unos vástagos de apriete que pasan por dichas bridas (13) .

6. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según reivindicaciones4º5 caracterizada porque la ventana de exposición (11) tiene sus paredes (11a) inclinadas formando un ángulo de, al menos, 45 grados con la horizontal.

7. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según cualquiera de las reivindicaciones4a6 caracterizada porque la ventana de exposición (11) tiene forma circular.

8. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque los medios de cierre herméticos de la cubierto

(5) comprenden una rosca (14) implementada en la cubierta (5) , otra rosca complementaria (15) implementada en el prensor (10) y, al menos, una junta de la cubierta (16) .

9. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según reivindicación 8 caracterizada porque la rosca complementaria (15) comprende una rosca hembra implementada en un cuello (30) emergente del prensor (10) , donde se acopla la rosca (14) macho que se encuentra implementada en la parte extrema inferior exterior de la cubierta (5) .

10. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según cualquiera de las reivindicaciones3a9 caracterizada porque los medios de termostatización del medio celular comprenden una cámara (17) de circulación de un fluido termostatizador, dotada de conexiones de entrada (18) y conexiones de salida (19) para dicho fluido.

11. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según reivindicación 10 caracterizada porque la cámara (17) se encuentra implementada periféricamente en la cubierta (5) en constitución monobloque.

12. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según reivindicaciones 10 o 11 caracterizada porque las conexiones de entrada (18) de la cámara (17) se encuentran prolongadas en sentido descendente por el interior de la misma.

13. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque comprende, al menos, un electrodo de referencia

(20) y, al menos, un electrodo auxiliar (21) dispuestos en dos de las bocas para electrodos (6) .

14. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según reivindicación 13 caracterizada porque el electrodo de referencia (20) comprende un alambre esencialmente recto.

15. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según reivindicaciones 13 o 14 caracterizada porque el electrodo auxiliar (21) comprende un alambre enrollado sobre sí mismo.

16. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15 caracterizada porque el electrodo de referencia (20) y el electrodo auxiliar

(21) se encuentran sustentados y sellados en tapones (22) con medios de acoplamiento sin fugas en las bocas para electrodos (6) , disponiendo de terminales exteriores (23) .

17. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según reivindicación 16 caracterizada porque los medios de acoplamiento sin fugas de los tapones (22) comprender conos

(24) para ajuste en las bocas para electrodos (6) .

18. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque las bocas para electrodos (6) , las bocas de adición

(9) y/o las bocas de entrada y salida (7) de gases se encuentran implementadas en la cubierta (5) .

19. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque la base (2) , la cubierta (5) , el prensor (10) , el electrodo de referencia (20) , el electrodo auxiliar (21) , la junta del prensor (12) y/o la junta de la cubierta (16) están constituidas en materiales resistentes a temperaturas de esterilización en autoclave.

20. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según reivindicación 19 caracterizada porque la cubierta (5) está constituida en vidrio borosilicatado.

21. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según reivindicaciones 19 o 20 caracterizada porque los tapones (22) están constituidos en vidrio borosilicatado.

22. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21 caracterizada porque la base (2) y el prensor (10) están constituidos en politetrafluoretileno.

23. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22 caracterizada porque la junta de cubierta (16) y la junta de prensor (12) están constituidas en silicona.

24. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 23 caracterizada porque el electrodo de referencia (20) y el electrodo auxiliar

(21) están constituidos en platino de 99, 99% de pureza.

25. Célula electrolítica (1) para estudio de la interfase formada por un implante metálico en medio celular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque la conexión eléctrica accesible exteriormente para el electrodo de trabajo (4) comprende una chapa de cobre (3) dispuesta inferiormente y en contacto respecto a dicho electrodo de trabajo (4) , y que se encuentra sobresaliendo exteriormente de la base (2) .

26. Procedimiento de utilización de la célula electrolítica (1) caracterizado porque comprende:

- Esterilizar los componentes de la célula electrolítica (1) .

- Montar la célula electrolítica (1) en condiciones de esterilidad en una campana de flujo laminar, añadiendo durante el montaje una primera parte del volumen del medio celular.

- Extraer la célula electrolítica (1) montada, e introducirla en un incubador durante, al menos, 30 minutos.

- Extraer la célula electrolítica (1) del incubador y volver a introducirla en la campana de flujo laminar, añadiendo resto de volumen del medio celular.

- Conectar los medios de termostatización.

- Suministrar una atmósfera de aire con CO2 a través de las bocas de entrada y salida (7) para gases.

- Conectar los electrodos (4, 20, 21) a un potenciostato en configuración de tres electrodos, para proceder con las medidas electroquímicas.

27. Procedimiento de utilización de la célula electrolítica (1) según reivindicación 26 caracterizado porque la atmósfera de aire con CO2 contiene un 5% de CO2 en volumen.

28. Procedimiento de utilización de la célula electrolítica (1) según reivindicaciones 26 o 27 caracterizado porque las medidas electroquímicas comprenden la medición del potencial de corrosión, resistencia de polarización y/o impedancia electroquímica.

29. Procedimiento de utilización de la célula electrolítica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 28 caracterizado porque la etapa de montaje de la célula electrolítica (1) en el interior de la campana de flujo laminar comprende las etapas de:

- Colocar el electrodo de trabajo (4) en la base (2) de modo que quede superiormente y en contacto con una conexión eléctrica accesible exteriormente, y fijar el prensor (10) . -Añadir la primera parte del volumen del medio celular. -Acoplar la cubierta (5) . -Insertar el electrodo de referencia (20) y el electrodo auxiliar (21) .

30. Procedimiento de utilización de la célula electrolítica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 29 caracterizado porque la etapa de esterilización de la célula electrolítica (1) comprende las etapas de: -Envolver los componentes de la célula, incluyendo el electrodo de referencia (20) y el electrodo auxiliar (21) , en papel de aluminio, disponiendo cinta adhesiva termoseñaladora de alcance de la temperatura de esterilización.

- Esterilizar en autoclave a 120 grados centígrados durante, al menos 20 minutos. -Esterilizar el electrodo de trabajo (4) bajo luz ultravioleta durante un tiempo comprendido entre4y6 horas.