MATERIALES DE TITANIO ANODIZADOS CON FLUOR.

Materiales de titanio anodizados con flúor.

La presente invención se refiere a un material que comprende un sustrato de aleación de titanio y sobre su superficie una capa de óxido de titanio dopado con flúor,

su procedimiento de obtención y el uso de dicho material en aplicaciones biomédicas.

Materiales de titanio anodizados con flúor.

La presente invención se refiere a un material que comprende un sustrato de aleación de titanio y sobre su superficie una capa de óxido de titanio dopado con flúor, su procedimiento de obtención y el uso de dicho material en aplicaciones biomédicas.

Estado de la técnica anterior

En general existentes diferentes métodos de modificación superficial del titanio y sus aleaciones para conseguir propiedades antibacterianas. La mayoría de ellas se centran en aprovechar las propiedades fotocatalíticas del TiO2 para alcanzar esta propiedad.

En este sentido, la bibliografía refiere diferentes métodos de obtención de esta capa de óxido de titanio: métodos electroquímicos (anodizado) , sol-gel, entre otros.

La mayoría de los trabajos se han centrado en el cambio de estructura, de la capa de TiO2 crecida, de amoría a cristalina -tipo anatasa-, ya que se ha comprobado que esta última tiene propiedades fotocatalíticas y de biocompatibilidad.

No obstante, la mayoría de los trabajos que utilizan el proceso de anodizado para el crecimiento de capas de óxido de titanio de morfología controlada (porosa, nanotubos, barrera) utilizan un proceso posterior para alcanzar esta propiedad antibacteriana. Fundamentalmente, estos tratamientos posteriores consisten en:

-la impregnación de estas capas anódicas con antibióticos u otras drogas, para que como resultado de su liberación se impida la infección cuando el dispositivo/prótesis se inserte en el cuerpo humano.

-La electrodeposición de cationes metálicos, generalmente Ag+, cuyas propiedades antibacterianas, son ampliamente conocidas.

Siguiendo esta misma estrategia, de dopado de las superficies, se ha abordado esta funcionalización del titanio y sus aleaciones mediante la implantación iónica con iones Ag+, Cu2+ yF−. Una vez más se busca incorporar estos iones en la superficie para conseguir que su presencia proporcione la deseada propiedad.

Por último, existen otro tipo de trabajos en los que se estudia como es la unión covalente de un antibiótico, vancomicina, con la superficie de aleaciones de titanio, y más concretamente con la aleación Ti90Al6V4, y su repercusión en la adherencia bacteriana. Los resultados fueron satisfactorios para cepas de colección de S. aureus y de S. epidermidis.

Aunque la literatura es extensa en cada uno de los diferentes métodos descritos anteriormente, tal vez es importante destacar las dos revisiones siguientes publicadas en los últimos 5 años, una de Rimondini et al., Journal of Applied Biomaterials and Biomechanics. 2005; vol. 3. No.1:1-10; y en el artículo de Zhao et al. de Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials Biomechanics. 2009; 470-480.

Recientemente, se ha publicado un trabajo sobre titanio puro (Puckett et al. Biomaterials 31 (2010) 706-713) , en el que se utiliza el proceso de anodizado realizado en ácido fluorídrico para modificar la rugosidad y textura superficial. Concretamente se obtuvieron superficies nanotexturadas y nanotubos. Además, en dicho artículo, se emplea la radiación con haces de electrones, “e-beam”, para generar una rugosidad superficial en el rango de los nanómetros.

En este trabajo, pese a que se realiza sobre titanio puro, se indica que se evaluará la viabilidad de estos procesos para aplicaciones ortopédicas. Y por ello, se estudia la influencia de la rugosidad superficial obtenida por cada uno de los métodos de tratamiento, en la adsorción de proteínas y la adherencia bacteriana.

Los autores mencionan por primera vez que el flúor incorporado durante el proceso de anodizado podría tener un efecto en la influencia de la adherencia bacteriana. Es decir, los autores, concluyen que la presencia de F en las capas anódicas aumenta la adherencia bacteriana. Para corroborar este resultado, hacen referencia a una serie de trabajos relativos a prótesis dentales, en los que el flúor está presente en una solución que simula el ambiente presente en la cavidad bucal. Por tanto, en este caso, el flúor actúa como un ión agresivo que ataca al titanio, generando microcavidades donde las bacterias pueden anclarse fácilmente. Así parece claro que es la rugosidad generada por el ataque del flúor al titanio la que favorece el anclaje de las bacterias y no, el flúor por sí mismo. Además, el estudio utiliza cepas bacterianas cultivadas en medios con antibióticos. Dado que los antibióticos actúan en diversos puntos del metabolismo de la bacteria, sus propiedades podrían estar alteradas como consecuencia de los mismos, aunque las bacterias sean resistentes in vitro a las concentraciones empleadas. No se estudian tampoco aislados clínicos, cuyas características es sabido que son muy distintas de las de las cepas de colección, por lo que los resultados del estudio podrían verse en entredicho si se utilizasen estos organismos en un medio de cultivo donde, además, no existiesen antibióticos.

En cuanto a las patentes es interesante revisar esta patente del 2003: EP 1515759: En esta patente se presenta un técnica que combina el anodizado que se conoce como “Spark Anodising” en una solución alcalina con un tratamiento posterior hidrotérmico para mejorar la capacidad biomimética de la superficie del titanio.

Descripción de la invención La presente invención proporciona un material que comprende un sustrato de aleación de titanio y sobre su superficie una capa de óxido de titanio dopado con flúor, su procedimiento de obtención y el uso de dicho material en aplicaciones biomédicas.

Las propiedades antibacterianas de la superficie de los materiales de las prótesis osteoarticulares, permite reducir el riesgo de infección, aumentando las posibilidades de la prótesis al minimizar el riesgo de rechazo. Este logro lleva aparejadas grandes ventajas como la reducción del número de intervenciones, y lo que es más importante, la mejora de la calidad de vida del paciente.

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un material que comprende un sustrato de aleación de titanio y en su superficie una capa de óxido de titanio con un contenido en flúor de entre el4yel13% atómico, a partir de ahora material de la invención.

En una realización preferida la aleación de titanio se selecciona de entre: Al, V, Nb, Ta o cualquiera de sus combinaciones. Siendo en una realización más preferida la aleación de titanio de Ti6Al4V.

Preferiblemente la capa de óxido de titanio de la superficie tiene estructura amoría con nanocristales de rutilo.

En un segundo aspecto la presente invención, se refiere a un procedimiento de obtención del material de la invención (a partir de ahora procedimiento de la invención) , que comprende el anodizado del sustrato de aleación de titanio en una solución ácida que contiene al menos un 0, 06% en peso de flúor.

La presente invención consiste en el crecimiento de capas de óxido de titanio (TiO2) sobre la aleación de titanio Ti6Al4V de uso ortopédico (aunque es aplicable al titanio y otras aleaciones) , mediante un proceso de anodizado que permite la incorporación de F en dicho óxido en contenidos comprendidos entre el 4 y 13% atómico.

De esta manera, y en un solo paso, controlando las condiciones de anodizado impuestas (voltaje, tiempo, agitación, temperatura y medio) se consigue incluir el ión con propiedades antibacterianas en la superficie metálica.

Las propiedades antibacterianas, no residen por tanto, en las propiedades fotocatalíticas del óxido de titanio, sino en el flúor incorporado en dicho óxido. Por tanto, no es necesaria la exposición a la radiación UV para conseguir la funcionalización antibacteriana como en los trabajos descritos en el estado de la técnica.

En una realización preferida la solución ácida que contiene al menos flúor es de H2SO4 oH3PO4 y un 0, 05 a 0, 5% en peso de HF.

Preferiblemente el anodizado se realiza en un potenciostato con un potencial constante de entre 5 y 60 V durante 2 a 60 min, y a una temperatura de entre 10 a 50ºC.

En una realización preferida el anodizado se realiza en agitación constante a una velocidad de entre 100 y 800

r.p.m.

El material empleado como cátodo durante el proceso de anodizado debe ser un material estable químicamente en la solución de anodizado, capaz de suministrar la corriente necesaria durante el proceso, preferiblemente este cátodo es platino.

En una realización preferida el procedimiento de la invención además comprende un pretratamiento de preparación superficial del sustrato de aleación de titanio.

En otra realización preferida el procedimiento de la invención...

1. Material que comprende un sustrato de aleación de titanio y en su superficie una capa de óxido de titanio con un contenido en flúor de entre el 4 y el 13% atómico.

2. Material según la reivindicación 1, donde la aleación de titanio se selecciona de entre: Al, V, Nb, Ta o cualquiera de sus combinaciones.

3. Material según cualquiera de las reivindicaciones1ó2, donde la aleación de titanio es Ti6Al4V.

4. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la capa de óxido de titanio de la superficie tiene estructura amoría con nanocristales de rutilo.

5. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el espesor de la capa de óxido de titanio con flúor tiene un espesor de entre 100 nm hasta 1000 nm.

6. Procedimiento de obtención del material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende el anodizado del sustrato de aleación de titanio en una solución ácida que contiene al menos un 0, 06% en peso de flúor.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, donde la solución ácida que contiene al menos flúor es de H2SO4 o H3PO4 y un 0, 05 a 0, 5% en peso de HF.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, donde el anodizado se realiza en un potenciostato con un potencial constante de entre5y60V durante2a60 min, y a una temperatura de entre 10 a 50ºC.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, donde el anodizado se realiza en agitación constante a una velocidad de entre 100 y 800 r.p.m.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, donde el material empleado como cátodo es platino.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, que además comprende un pretratamiento de preparación superficial del sustrato de aleación de titanio.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11, que comprende además un lavado y posterior secado del material anodizado.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, donde el lavado se realiza con agua destilada o con una suspensión de CaCO3.

14. Procedimiento según la reivindicación 12 ó 13, donde el secado se realiza con aire a temperaturas de entre 20 y 50ºC.

15. Uso del material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, para la fabricación de materiales biomédicos antibacterianos.

16. Uso según la reivindicación 15, para la fabricación de prótesis.

17. Uso según la reivindicación 16, para prótesis osteoarticulares.