TRAUMATOLOGÍA Y ORTOPEDIA

Investigadoras españolas mejoran la resistencia de las prótesis de cadera y rodilla mediante el grafeno

Universidad de Sevilla · 11 abril 2022

Un equipo formado por investigadoras del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Sevilla ha publicado recientemente sus últimas investigaciones sobre la mejora en la resistencia al envejecimiento hidrotermal de cerámicas avanzadas de circona, gracias a la incorporación de nanoestructuras de grafeno, lo que facilitará su utilización como biomaterial en prótesis de cadera y rodilla.

La principal limitación para la utilización de las cerámicas avanzadas de circona como biomaterial es la ausencia de estabilidad mecánica a largo plazo en medios acuosos, como son los fluidos biológicos del cuerpo humano. La degradación a baja temperatura, también conocida como envejecimiento hidrotermal, involucra una transformación espontánea de fase cristalina a temperaturas inferiores a 400 ºC y en presencia de agua, explica la citada universidad en un comunicado.

Esta transformación de fase de la circona tetragonal a monoclínica progresa desde la superficie en contacto con el agua hacia el interior del material, promoviendo la formación de microgrietas y aumentando la rugosidad superficial, lo que deteriora significativamente las propiedades mecánicas de la cerámica. "El hecho de que el grafeno sea impermeable al paso de las moléculas de agua nos hizo pensar que podría usarse como barrera al paso de humedad a través de la cerámica, lo que modificaría significativamente la resistencia al envejecimiento hidrotermal", explica Ana Morales Rodríguez, investigadora de la Facultad de Física de la universidad hispalense.

En el estudio, publicado en el Journal of the European Ceramic Society, el equipo ha abordado la incorporación a la matriz cerámica de dos nanoestructuras de grafeno diferentes -nanoplaquetas de grafeno exfoliadas y grafeno de pocas capas- y ha realizado ensayos de degradación hidrotermal acelerados en autoclave a 134 ºC para analizar el efecto de dichas nanoestructuras en el envejecimiento del material. Los ensayos han concluido que los materiales con grafeno presentan una resistencia significativamente mejorada al envejecimiento, una alta tolerancia al daño y una integridad microestructural muy superior en comparación con la cerámica de circona.

Han conseguido un material que resiste más de 500 horas en autoclave sin desarrollar un porcentaje significativo de fase monoclínica y que mantiene una gran integridad microestructural. Además, casi todos los materiales estudiados satisfacen el requerimiento de presentar una fracción de fase monoclínica inferior al 10 por ciento tras 5 horas en vapor de agua a 134 ºC establecido en la norma ISO 13356 para ser considerados aptos para su uso en implantes.

Referencia: J Eur Ceramic Soc. 2022;42(4):1784-95. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.11.060