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Este libro presenta al estudiante los medios que tenemos disponibles para caracterizar las microestructuras de los materiales metálicos. Se exponen las características de los microscopios ópticos y electrónicos, y las diferentes maneras de preparación de muestras. Asimismo, el libro ofrece numerosas microestructuras de las aleaciones de mayor interés tecnológico, entre las que destacan los aceros y las fundiciones, el cobre y sus aleaciones, y las aleaciones ligeras (basadas en aluminio, titanio y magnesio). Se diferencian las estructuras de equilibrio de las de temple, y en muchos casos se acompañan de los correspondientes diagramas de fases para comprender mejor la obtención de las diferentes metalografías. Por último, se ofrece una breve introducción a la fractografía, que ayudará a descubrir cuál ha sido el mecanismo de fallo.

Este libro presenta al estudiante los medios que tenemos disponibles para caracterizar las microestructuras de los materiales metálicos. Se exponen las características de los microscopios ópticos y electrónicos, y las diferentes maneras de preparación de muestras. Asimismo, el libro ofrece numerosas microestructuras de las aleaciones de mayor interés tecnológico, entre las que destacan los aceros y las fundiciones, el cobre y sus aleaciones, y las aleaciones ligeras (basadas en aluminio, titanio y magnesio). Se diferencian las estructuras de equilibrio de las de temple, y en muchos casos se acompañan de los correspondientes diagramas de fases para comprender mejor la obtención de las diferentes metalografías. Por último, se ofrece una breve introducción a la fractografía, que ayudará a descubrir cuál ha sido el mecanismo de fallo.

El presente libro trata de presentar en cinco temas la metalurgia de las aleaciones ligeras. En los tres primeros se tratan el aluminio, el titanio y el magnesio y sus aleaciones. En cada uno de ellos se hace referencia a los métodos de obtención de dichos metales, se comentan sus propiedades físicas, químicas y mecánicas, se exponen los diferentes tratamientos térmicos para mejorar sus propiedades, así como los procesos propios de cada material para su conformación y sus aplicaciones. El cuarto capítulo hace referencia a los nuevos materiales basados en aleaciones ligeras que se están introduciendo en las aplicaciones tecnológicas actuales. El libro concluye con un capítulo de prácticas de laboratorio, mediante las cuales el profesor puede preparar una serie de experiencias que ayudarán a los estudiantes a comprender de manera práctica los conceptos teóricos. Cada uno de los temas incluye unas referencias que permiten ampliar los conocimientos expuestos.

Les malalties bucodentals, com la càries o la periodontitis, són un problema de salut d'abast mundial. A més, una població cada vegada més envellida, un increment de la conscienciació sobre la importància de la salut oral i un augment dels estàndards estètics, han provocat un augment en el nombre d'implants dentals que es col·loquen a l'any. Aquest fet, juntament amb la possibilitat de fallada dels implants dentals a llarg termini, indueixen la necessitat de crear noves estratègies que permetin augmentar l'èxit dels implants dentals.En aquest sentit, amb el present projecte s'ha intentat crear una estratègia que permeti augmentar l'osteointegració dels implants. Per a això,s'ha desenvolupat un tractament de foto-activació superficial mitjançant llum UV que permeti augmentar la mullabilitat de l'implant per estimular la resposta cel·lular quan és implantat. Aquest tractament s'ha desenvolupat amb la intenció de realitzar-ho en la mateixa clínica de l’implantòleg, així seria el propi cirurgià qui podria aplicar el tractament a l’implant seleccionat just abans de implantar-lo. Per aquest motiu s'ha realitzat també una selecció preliminar de materials que permetria l'aplicació del tractament a través seu i que podria actuar com a envàs de l'implant.Els resultats suggereixen que el tractament de foto-activació augmenta considerablement la mullabilitat sobre el titani i augmenta l'adsorció de proteïnes a la seva superfície. Aquest fet afavoriria l’allau d'esdeveniments que succeeix la implantació. No obstant això, les mostres tractades (amb texturitzat superficial) no presenten diferències significatives en els resultats cel·lulars obtinguts. D'altra banda, la selecció de materials realitzada indica que és possible trobar algun material vitri tècnic que permeti l'aplicació del tractament in situ.

El campo de los biomateriales ha crecido sustancialmente en los últimos años desde que en 1969 se realizase la primera conferencia sobre biomateriales en la universidad de Clemson, Carolina del Sur. Se definió entonces biomaterial como cualquier material natural o artificial utilizado para crear soportes o implantes que permitan reemplazar estructuras biológicas perdidas o enfermas, restaurando así su forma y función [01]. Para entender el gran foco de atención que ha recibido el campo de los biomateriales es necesario comprender las causas que han llevado a la comunidad científica a la necesidad de desarrollar nuevos materiales para cumplir con las necesidades biológicas que este nuevo campo requiere. Así, según datos de la American Academy of Othopedics Surgeons se estima que un 90% de la población mayor de 40 años sufre enfermedades degenerativas asociadas con la perdida de funcionalidad en estructuras biológicas tales como huesos, órganos o tejidos. Si a esto se le suma que, según las previsiones de las naciones unidas [02], la población en Europa mayor de 60 años se estima duplicará su número en 2050 pasando de 962 millones en 2017 a más de 2100 millones en 2050, se espera que en los próximos años más de un 25% de la población requiera de soluciones contra los problemas degenerativos relativos al cuerpo. Así, si la atención se centra en el campo de la ortopedia, donde se ha producido un mayor impacto en el número de enfermedades y problemas degenerativos, se calcula que en 2030 el número total de reemplazos de cadera crecerá un 174%, alcanzando la alarmante cifra de 572.000 operaciones por año, mientras que la demanda en reemplazos parciales y totales de rodilla crecerá un 673%, con un total de 3,48 millones de procedimientos esperados [02]. Estas enfermedades degenerativas relativas a los huesos suelen ser debido a una carga excesiva o una ausencia del proceso biológico de regeneración y llevan, normalmente, a una degradación de las propiedades mecánicas de los mismos huesos, siendo a largo plazo la sustitución del hueso dañado por un implante, la solución más efectiva. En consecuencia, se ha incrementado la demanda de implantes en el campo de la ortopedia, así como en otros campos de la medicina como el dental o el vascular. Aun así, los implantes no están exentos de problemáticas que limiten su uso, así como su esperanza de vida dentro del cuerpo y por ello se están realizando numerosas investigaciones para intentar optimizar las propiedades de los materiales que los componen para mejorar la compatibilidad de los mismos dentro del ecosistema humano. Así, aquellos materiales que presenten propiedades mecánicas similares al hueso, excelente aceptación por parte del ambiente corporal, así como nula toxicidad o propensión a inflamación, serán candidatos idóneos para optimizar la aceptación del implante por parte del hueso y así prolongar la vida útil del mismo evitando el tan temido fallo aséptico o mecánico del mismo.

Este proyecto se propone caracterizar y optimizar superficies biofuncionalizadas con diferentes secuencias peptídicas, para lograr la regeneración ósea (oseointegración) y por ende la disminución de los problemas de rechazo que ocurren al implantar materiales metálicos dentro del cuerpo humano. En base a lo descrito bibliográficamente, se utilizará una aleación de CoCr aprobada por las normas ASTM, para usos en dispositivos médicos y una aleación de Ti libre de Níquel desarrollada para tal fin por el grupo de biomateriales de la UPC. Para la caracterización y optimización del proceso de biofuncionalización los estudios se dividirán en tres etapas: Limpieza y Activación, Silanización e Inmovilización de biomoléculas. En cuanto a la limpieza y activación se realizará un estudio comparativo entre el plasma y diferentes tratamientos químicos (piraña en el caso de la aleación de Ti y ácido nítrico para la aleación de CoCr), para seleccionar el mejor en términos de introducción de grupos activos en superficie (grupos hidroxilos), grado de limpieza y composición química de la capa de óxidos superficial. La silanización es un proceso intermedio que enlaza un material inorgánico (metal) con un material orgánico (biomoléculas), en este proyecto se usarán 3 silanos: APTES+Maleimido, GPTES, CPTES sobre cada una de las superficies y se procederá a seleccionar aquel que presente el mejor enlace covalente con la superficie metálica y la mayor estabilidad térmica, química y mecánica. Una vez silanizadas las superficies se realizará la inmovilización de diversas secuencias peptídicas (RGD, PHSRN, FHRRIKA, RGD + FHRRIKA Y RGD + PHSRN), que forman parte de las proteínas presentes en el cuerpo humano y por ende podrán ser fácilmente reconocidas por las células; en esta fase se hará uno estudio comparativo de la cantidad de peptidos, así como se evaluará también la estabilidad de los mismos sobre las superficies. Durante el desarrollo de la biofuncionalización se hará énfasis en la optimización de los procedimientos y la caracterización superficial de cada etapa por medio de diversas técnicas, entre ellas: XPS, ángulo de contacto, ToF SIMS, Interferometría, espectrometría de luz UV, y técnicas de fluorescencia. Para finalizar se evaluará el proceso de optimización, estudiando la influencia de las secuencias pépticas cortas en la respuesta celular, en términos de adhesión y proliferación de células madres mesenquimales de ratas., The aim of this project is to characterise and optimise biofunctionalised surfaces bearing different peptide sequences in order to achieve an improved bone regeneration (osteointegration) and to reduce rejection problems associated with metal implant materials in human body. On the basis of previous studies reported in the literature, a CoCr alloy approved by the American Society for Testing and Materials (ASTM) was chosen. This material has been widely used for biomedical devices. In addition, a nickel free Ti alloy, previously developed in the biomaterials group at the UPC, was also investigated for the same purpose. The biofunctionalised surface were achieved in three fundamental steps and characterised after each modification: 1) Cleaning and activation, 2) Silanization and 3) biomolecule immobilization. As for the cleaning and activation a comparative study between oxygen plasma and acidic treatment (piranha solution for Ti alloy and nitric acid for CrCo alloy) was performed with the aim to select the best method to oxidise the surface, introduce hydroxyl groups and simultaneously remove impurities. Silanization is an intermediary step that allows to bind an inorganic material (metal) to an organic material (biomolecule). The organosilanes employed on each metal surface for this purpose were three: 3-aminopropyltriethoxisilane (APTES) further derivitised with a Maleimide group for activation, 3-glycidoxypropyltriethoxisilane (GPTES), 3-chloropropyltriethoxisilane CPTES. Covalent binding and mechanical, chemical and thermical stability at the surface were the criteria followed to determine the best silanization method. The following step was the surface immobilization of different peptide sequences (RGD, PHSRN, FHRRIKA, RGD + FHRRIKA Y RGD + PHSRN), which are the ¿active part¿ of more complex proteins present in the human body that cells may easily recognise and bind. A comparative studies of amount of bound peptide was carried out along with stability studies at the surface. In order to develop and optimise the whole biofunctionalisation process each modification step was fully characterised by several analitical techniques, such as XPS, contact angle, Tof-SIMS, interferometry, UV ligt spectrometry and fluorescence techniques. Finally, to select the best biofunctionalised material samples were tested for mesenchymal rat stem cells (MRSCs) response in terms of number of cells adhered and proliferation at the surface. In conclusion, this study has proven that: for surface cleaning and activation, either acidic treatments or oxygen plasma demonstrated to be effective for removal of impurities, increase of hydrophilicty and higher surface energy. Moreoever, the optimization process led to the conclusion that for optimal surface activation a high ratio of OH-/O2- is necessary. For CoCr the most effective method for the introduction of hydroxyl groups density at the surface and therefore a higher OH -/O2- ratio was nitric acid, whereas for the Ti alloy was oxygen plasma.

Doble titulació Con el propósito de obtener una aleación de Titanio libre de Níquel, que posea memoria de forma y además, un módulo elástico bajo, el presente trabajo estudia la microestructura y el comportamiento termo-mecánico de aleaciones de Ti-Ta-Nb y Ti-Zr-Nb. Las aleaciones fueron diseñadas mediante un método teórico basado en orbitales moleculares y posteriormente, se llevó a cabo la fabricación de las mismas en horno de arco eléctrico con atmósfera controlada de Ar. Los materiales obtenidos fueron homogenizados a 1100ºC por 12 horas, recocidas a 1000ºC y templadas en agua con hielo. El material fue caracterizado a través de Microscopía Óptica, Calorimetría Diferencial de Barrido, Fluorescencia de Rayos X, Difracción de Rayos X, Micro- y Nanoindentación Instrumentada. La aleación Ti-8.3Zr-24.5Nb presenta transformación martensítica termoelástica entre 35ºC y 45º y la aleación Ti-24.6Ta-21.5Nb muestra un módulo elástico de 68GPa. Las diferentes fases, temperaturas de b transus, ensayos de dureza a escala micro y nano y módulos elásticos han sido estudiados y discutidos en este documento. Palabras claves: Titanio libre de níquel, módulo elástico, memoria de forma, nanoindentación.