DESARROLLO TÉCNICO

DE LA

INVESTIGACIÓN

REGISTRO S.I.P.: 20080198

Director de Proyecto:

Lucía Téllez jurado

Enero 2009

DESARROLLO DE MATERIALES NANOCOMPUESTOS HIBRIDOS MONOLITICOS BASE POLISILOXANO-POLIURETANO PARA SU USO COMO

BIOMATERIAL. SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL, MORFOLOGICA Y TEXTURAL

REGISTRO S.I.P.: 20080198

RESUMEN

En el presente trabajo de investigación se sintetizaron materiales híbridos base Poliuretano-Siloxano por medio del proceso sol-gel. Los precursores del Siloxano son silicona (polidimetilsiloxano) y sílice (tetraetoxisilano), para el caso del poliuretano se utilizo un poliuretano comercial (ALDRICH). Todos los materiales obtenidos se caracterizaron por medio de las siguientes técnicas:

• Caracterización Microestructural: MEB, MFA • Caracterización Estructural: FT-IR, Raman, DRX, 1H-RMN • Caracterización de la estabilidad termica: ATD/TG • TGA, ATD

Además se realizaron pruebas de biocompatibilidad a los materiales híbridos, con la finalidad de comparar y asegurar que puedan ser utilizados como sustitutos de tejido óseo. La evaluación de la bioactividad se hizo sumergiendo los materiales híbridos en fluido corporal simulado (FCS), observando la formación de hidroxiapatita (HA) en la superficie de los materiales sumergidos mediante la técnica de análisis de MEB y DRX.

INTRODUCCIÓN

El ser humano siempre ha aprovechado los materiales que están a su alrededor, tales como la piedra, madera, metales y a partir del siglo pasado, los polímeros, con la finalidad de elaborar sus herramientas, armas, viviendas y utensilios. Durante el siglo XX se desarrollaron los materiales funcionales, los cuales como su nombre lo indica, son aquellos que cumplen con una función específica, ya sea en sistemas electrónicos, eléctricos, ópticos, mecánicos o en el cuerpo humano [1]. Estos últimos se conocen como biomateriales. Por otra parte, durante mucho tiempo se ha buscado sustituir parcial o totalmente tejidos y órganos humanos con la finalidad de mejorar la calidad de vida de las

personas. La sustitución de estos tejidos u órganos se debe a varios factores, el principal, es la aplicación de implantes en personas que se han fracturado o han perdido algún órgano, así como en la elaboración de implantes estéticos. Lo anterior ha generado la búsqueda de materiales que presenten compatibilidad con el cuerpo humano, para su posterior aplicación como biomaterial. Los principales materiales que se han utilizado como biomateriales son los metales, las cerámicas y los polímeros, así como una combinación de ellos, es decir, materiales compuestos. Las investigaciones relacionadas con la búsqueda de nuevos biomateriales, se enfoca principalmente en la resistencia mecánica y de biocompatibilidad de estos. Actualmente se pretende otorgar a los biomateriales una funcionalidad prolongada en el cuerpo humano y que además permita regenerar el tejido humano al degradarse dicho biomaterial. Los materiales que han sido utilizados como implantes han sido los metales principalmente el titanio, acero inoxidable y las aleaciones de cromo-cobalto-molibdeno, ya que presentan muy buenas propiedades mecánicas y son casi inertes. Sin embargo actualmente se ha encontrado la corrosión a largo plazo de estos metales. Por otro lado, los materiales cerámicos son materiales inertes y por lo tanto son buenos sustitutos de tejido, desafortunadamente presentan pobres propiedades mecánicas, por lo que su utilización se limita a implantes que no requieren mucho esfuerzo mecánico. Los polímeros son otros materiales que han sido utilizados como biomateriales ya que se pueden diseñar según las necesidades del implante, desafortunadamente algunos son biodegradables y tóxicos. Algunas alternativas para evitar estos problemas son el diseñar materiales compuestos ya que con ellos se pueden aprovechar las características de un material y del otro al combinarlos. Actualmente se han desarrollado los materiales híbridos que a diferencia de los materiales compuestos presentan un enlace iónico-covalente, es decir presentan un enlace químico, con lo cual se le adicionan mejores y únicas propiedades al material, aprovechando de igual forma las propiedades del material inorgánico y del material orgánico. Un ejemplo de estos materiales híbridos es la incorporación de silicona a la cadena vítrea de la sílice, con lo cual se mejoran las propiedades elastómericas del vidrio de sílice sin perder sus propiedades ópticas. En el caso de este material al ser sumergido en FCS presenta la nucleación y crecimiento de hidroxiapatita (HA) gracias a los grupos de sílice hidratados en la superficie del vidrio, dicho comportamiento solo se observa en materiales de sílice obtenidos por sol-gel y no por el proceso convencional de fusión. Desde 1985 numerosos esfuerzos se han dedicado al desarrollo de derivados vítreos o cerámicos modificados orgánicamente (ORMOCER, ORMOSIL) por medio del proceso de Sol-Gel, estos materiales se conocen como materiales híbridos. Los primeros materiales híbridos se sintetizaron usando Polidimetilsiloxano (PDMS) y Tetraetoxisilano (TEOS) como precursores [2-5]. Este último sistema se ha estudiado como material bioactivo para sustituto de

hueso [6], encontrándose que son bioactivos cuando se les agrega iones Ca (II) e incrementan el modulo de Young al adicionar TiO2. Se han estudiado otros sistemas híbridos como el constituido por Politetrametilenglicol (PTMO) y TEOS, el cual presenta buenas propiedades mecánicas, de igual forma este sistema se ha estudiado con la incorporación de iones Ca (II) y Ti, con la finalidad de mejorar su biocompatibilidad y su resistencia mecánica [7, 8]. Se ha investigado la biocompatibilidad de un material de poliuretano tratado con TEOS por inmersión del material en 1.5 FCS [9, 10], esto quiere decir que se preparo un fluido corporal simulado 1.5 veces la cantidad de sales que el FCS original propuesto por Kokubo [11], encontrándose un crecimiento de hidroxiapatita desde el primer día que el material fue sumergido en el FCS. Debido a esto en el presente trabajo se investigó la obtención de biomateriales híbridos obtenidos por el proceso de Sol-Gel, asegurando la pureza del material además de aprovechar las propiedades de biocompatibilidad de la sílice, las propiedades mecánicas de la silicona y del poliuretano. METODOS Y MATERIALES

SINTESIS Materias primas A continuación se enlistan las materias primas que se utilizarán en la síntesis de los materiales híbridos y en la síntesis de los copolímeros. rca: Aldrich Chemical Company Isopropanol Solvente Formula Molecular: C4H10 Peso Molecular: 60.10 g/mol Punto de ebullición: 85.6 °C/1 atm Pureza: 99% Densidad: 0.78 g/cm3 Marca: Aldrich Chemical Company Polidimetilsiloxano Reactivo silicona

Acrónimo: PDMS Formula Molecular (unidad repetitiva): (C2H6SiO2)n Peso Molecular: 550 g/mol Pureza: 100% Densidad: 0.95 g/cm3 Marca: Aldrich Chemical Company Tetraetoxisilano Reactivo precursor sílice Acrónimo: TEOS Formula Molecular: C8H20SiO4 Peso Molecular: 208.33 g/mol Pureza: 98% Densidad: 0.933 g/cm3 Marca: Aldrich Chemical Company Poliuretano hidroxiterminado Reactivo Acrónimo: PU Peso Molecular: 320 g/mol Pureza: 88% Densidad: 1.14 g/cm3 Marca: Aldrich Chemical Company 1,4-Butanodiol Reactivo para preparar poliuretano (parte rigida) Acrónimo: BD Formula Molecular: C4H10O2 Peso Molecular: 90.12 g/mol Punto de fusión: 16 °C/1 atm Punto de ebullición: 230 °C/1 atm Pureza: 95% Densidad: 1.014 Marca: Aldrich Chemical Company Ácido clorhídrico Catalizador para hidrolisis Formula Molecular: HCl Peso Molecular: 36.46 g/mol Pureza: 32% Densidad: 1.14 g/cm3 Marca: Fluka Agua Reactivo para la hidrolisis Formula Molecular: H2O

Peso Molecular: 18 g/mol Pureza: 99% Densidad: 1.0 g/cm3 Marca: Aldrich Chemical Company Síntesis de los materiales híbridos Como se menciono en los antecedentes, no existen trabajos previos en relación al sistema que se sintetizó en este trabajo. Por lo tanto en el presente trabajo se prepararon los materiales híbridos con diferentes composiciones para poder obtener el material que presente las mejores propiedades mecánicas y de biocompatibilidad. A continuación se enlistan los sistemas que se sintetizaron, todos por medio del proceso de sol-gel.

• SiO2-Silicona • PU-Siloxano (PU hidroxiterminado, comercial)

En primer lugar se sintetizó el material híbrido del sistema Silicona-Sílice con la finalidad de comprobar la metodología experimental, comparando los resultados obtenidos en este trabajo con los resultados de literatura [41]. En la tabla 1 se muestran las composiciones del sistema SiO2-Silicona. Cada síntesis se realizó por duplicado para corroborar los resultados obtenidos:

Tabla 1. Relaciones de materiales a preparar

Muestra TEOS (% Peso)

PDMS (% Peso)

HCl molar

Alcohol molar

H2O molar

Temperatura

1 70 30 0.3 4.5 3 Ambiente 3 70 30 0.3 4.5 3 80°C

El procedimientoque se siguió para obtener los materiales, fue el mismo reportado en literatura [41]. A continuación se darán los pasos importantes del procedimiento.

• En primer lugar se prepara un matraz con el 2-propanol (solvente), se agrega el TEOS y enseguida el PDMS (matraz 1)

• Por otro lado se prepara un matraz con 2-propanol, se agrega HCl (catalizador), y posteriormente H2O (agente de hidrólisis), matraz 2.

• El contenido de ambos matraces se agita por 15 minutos para asegurar la disolución de las substancias.

• Después de transcurridos los 15 min. se agrega lentamente el contenido del matraz 2 en el matraz 1, una vez que se termina de agregar el contenido, se deja reaccionar por 30 min. con agitación constante.

• Para el caso de los sistemas que requieren temperatura, el medio de calentamiento se precalienta durante una hora hasta obtener la temperatura deseada.

• Después de que finalice la reacción, el producto se vierte en un recipiente de plástico tapado herméticamente. En este recipiente se lleva a cabo el proceso de gelificación y exudado, con la continua eliminación de las substancias que no reaccionan, hasta obtener peso constante.

Posteriormente se sintetizó el material constituido por PU-Siloxano con las composiciones mostradas en la tabla 2. En este caso el poliuretano utilizado será un polímero comercial distribuido por Aldrich.

Tabla 2. Relaciones de materiales a preparar, sistema PU-Siloxano

Muestra TEOS (% Peso)

PDMS (% Peso)

PU (% Peso)

HCl molar

Alcohol molar

H2O molar

1 70 25 5 0.3 4.5 3 2 70 20 10 0.3 4.5 3 3 70 15 15 0.3 4.5 3 4 70 10 20 0.3 4.5 3 5 70 5 25 0.3 4.5 3

La metodología propuesta es la siguiente.

• En un matraz se disuelven el PDMS y el PU, agitándose por 90 min (matraz 1), en otro matraz se disuelve durante 10 min el TEOS (matraz 2) y en un tercer matraz se disuelve el HCl y el H2O durante 15 min. Todos se disuelven en isopropanol.

• Después de transcurridos los 10 min el contenido del matraz 2 se adiciona al matraz 1, y se deja agitando por 5 min. transcurrido este tiempo se vierte el contenido del matraz 3 en la mezcla obtenida y se deja reaccionando por 30 min.

• Posteriormente los productos de la reacción se vierten en un recipiente plástico cerrado herméticamente. Se espera a que gelifique y exude, al igual que en el sistema anterior.

La finalidad de sintetizar diferentes materiales fue obtener el mejor material, que presente mejores propiedades y buena biocompatibilidad, para poderlo utilizar como biomaterial en la sustitución de hueso. Caracterización Cada uno de los materiales se caracterizó por medio de las siguientes técnicas, con el fin de analizar su estructura y composición antes y después de sumergirlos en FCS. Difracción de rayos X. Los patrones de difracción para los materiales híbridos antes de ser sumergidos en FCS, se obtuvieron en un difractómetro Bruker D5000, con radiación Cu Kα, una velocidad de barrido de 2°/min, en un intervalo 2θ = 5° a

80° con un incremento de 0.02° a 35 kV y 25 mA. Con esta técnica se corrobora la formación de hidroxiapatita en la superficie del material al obtener los picos característicos de la hidroxiapatita en el difractograma. Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier. Para obtener los espectros infrarrojos se utilizó un espectrómetro infrarrojo Nicolet 400 utilizando pastillas de KBr, en el intervalo de frecuencia fundamental del infrarrojo de 4000 a 400 cm-1, en el modo de transmitancia. Este nos permitió determinar los grupos estructurales y funcionales de los materiales ya que nos da las bandas características en las que vibra cada enlace. Microscopía electrónica de barrido. Para conocer la morfología superficial así como la homogeneidad de los materiales híbridos antes de sumergirlos en FCS, se utilizó un microscopio electrónico de barrido marca JEOL 6300, equipado con un espectrómetro de energía dispersa (EDS). A las muestras se les deposito una pequeña capa de Au-Pd para hacerlas conductoras, se utilizo un voltaje de 7kV para evitar que se evaporara o se quemara la muestra debido a que los materiales contienen una parte orgánica, la distancia de trabajo fue de 39 mm. Después de haberse sumergido en FCS, se observó si hay crecimiento de hidroxiapatita. Microscopía de Fuerza Atómica. Con esta técnica se observó la superficie de los materiales, además de comprobar si hay o no nucleación de hidroxiapatita en la superficie. Análisis Térmogravimétrico (ATG) y Análisis Térmico diferencial (ATD). Para realizar esta prueba se utilizó un calorímetro y dilatómetro marca SETARAM, las muestras en polvo se depositaron en un crisol de platino, el intervalo de temperatura fue de 25 ºC a 800 ºC con una velocidad de 5 ºC/min. Con el ATG se observan los efectos térmicos de las muestras y la perdida de peso del material para determinar la influencia de los diferentes componentes del material. Resonancia Magnética Nuclear de 13C, 1H y 29Si. Los espectros de 1H-RMN se obtuvieron en un espectrómetro INOVA-300 con una frecuencia de 300 MHz. Esta técnica se realizó en el Instituto de Ciencia y Tecnología de los Polímeros (Departamento de Biomateriales) en Madrid España, los demás espectros se obtendran posteriormente para el espectro de 13C-RMN se utilizará un espectrómetro Bruker-400 con una frecuencia de 79.48 MHz. Esta técnica nos permitirá determinar la estructura del material híbrido obtenido ya que se obtienen las resonancias de los enlaces de C o H y su alrededores.

RESULTADOS SINTESIS DE MATERIALES HIBRIDOS Se sintetizaron los materiales híbridos compuestos por SiO2-Silicona y SiO2-Silicona-PU, con PU comercial a temperatura ambiente y a 80 °C por medio del proceso de sol-gel. Para identificar las muestras se utilizara la siguiente simbología (tabla 4).

Tabla 4. Identificación demuestras Sistema Composición

en peso Simbología

SiO2-Silicona 70-30 TP1 SiO2-Silicona-PU 70-25-5 TPP1 SiO2-Silicona-PU 70-20-10 TPP2 SiO2-Silicona-PU 70-15-15 TPP3 SiO2-Silicona-PU 70-10-20 TPP4 SiO2-Silicona-PU 70-5-25 TPP5

SiO2-PU 70-30 TP2 En la figura 1 se observa la imagen del material híbrido del sistema SiO2-Silicona sintetizado en este trabajo. Como se puede apreciar el material obtenido es un monolito opaco, esto se debe a que el material podría ser poroso. Además se aprecia una separación de fases, dicha separación se debe a que existe una incompatibilidad en la polaridad de los reactivos, ya que la sílice presenta un carácter iónico-covalente y la Silicona un carácter covalente por el oxigeno y los grupos metilo presentes en su estructura.

Figura 1. Material sintetizado del sistema SiO-Silicona (Siloxano).

SEPARACION DE

FASES

Los materiales del sistema Sílice-Silicona (Siloxano)-Poliuretano obtenidos son monolitos translucidos, por lo que se puede decir que no son materiales porosos. Por otro lado no presentan separación de fases, sin embargo es posible que haya microseparación de fases esto se comprobara al observar los materiales en el microscopio electrónico de barrido. En la figura 2 se muestra uno de los materiales de Siloxano-PU obtenidos en este trabajo.

Figura 2. Material sintetizado del sistema Siloxano-PU.

En los materiales obtenidos para este sistema, se observo que a medida que se incrementa la cantidad de poliuretano, los materiales se fracturan, esto se debe a que el proceso de secado en los materiales no es el adecuado, por lo que se cambiara la forma de secar el material para evitar que se fracturen los monolitos. En la figura 3 se muestran diferentes materiales obtenidos con mayor cantidad de poliuretano.

Figura 3. Material sintetizado del sistema Siloxano-PU. a) 15% PU, b) 20% PU, c) 30% PU

a) b) c)

De acuerdo a los espectros de difracción de rayos X observados en las figuras 4 y 5, todos los materiales son amorfos de acuerdo a la banda amplia con un máximo en 2θ de ~22 la cual es característica de materiales amorfos.

Figura 4. Espectros de difracción de rayos X de los materiales obtenidos a Temperatura Ambiente.

Figura 5. Espectros de difracción de rayos X de los materiales obtenidos a 80 °C.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 800

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650 TP2

TPP5

TPP4

TPP3

TPP2

TPP1

TP1

INTE

NSI

DAD

(U.A

.)

2θ

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

0

100

200

300

400

500

600

700

TP2

TPP3

TPP1

TP1

INTE

NSI

DAD

(U.A

.)

2θ

~22 ~12 ~7

~22 ~12 ~7

Además hay otros 2 picos, uno a ~12 y el otro a ~7 en 2θ, para obtener mayor información sobre estos dos picos es necesario caracterizar los materiales con difracción de rayos X a bajos ángulos. Sin embargo, Lana y Seddon [42] reportan que para los ORMOSILES (Silicatos Modificados Orgánicamente), los picos a bajos ángulos se deben al acomodamiento de los grupos –CH3 presentes en la silicona. El pico del sistema Sílice-PU, a bajos ángulos de 2θ, se atribuye en principio, al acomodamiento de corto alcance del segmento duro constituyente del poliuretano. Sin embargo es necesario realizar mayores pruebas para comprobar lo anterior. Espectroscopia Infrarroja a Transformada de Fourier. En las figuras 6 y 7 podemos aprecias los espectros infrarrojos de los materiales híbridos obtenidos a temperatura ambiente y a 80 ºC respectivamente.

Figura 6. Espectros infrarrojos de los materiales obtenidos a Temperatura ambiente. Como se aprecia en ambas figuras no hay diferencia estructural aparente de los materiales obtenidos a Tamb. y a 80 °C. Para el sistema 3100-3700 se debe al –OH y –NH, en ~2900 se por la vibración C-H de –CH3 y –CH2, ~1700 por C=O y en ~ 1500 del N-H ambos en el uretano, ~1265 se debe al enlace Si-CH3 de la Silicona, 1190-1057 es por el enlace Si-O-Si, ~950 se atribuye al enlace Si-OH, las bandas de absorción presentes en ~850 y ~806 son por el enlace Si-CH3 de la silicona.

4000,03800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400,0cm-1

%T

TP1

TPP1

TPP2

TPP3

TPP4

TPP5

TP2

Figura 7. Espectros infrarrojos de los materiales obtenidos a 80 °C. Al revisar estos espectros podemos ver que realmente existe la incorporación de los componentes que forman el material, es decir, la sílice, la silicona y el poliuretano. Microscopía electrónica de barrido. A continuación en las figura 8 a figura 11 podemos observar las micrografías de algunos de los materiales obtenidos.

Figura8. Micrografía del material TP2 obtenido a Tamb.

Figura 9. Micrografía del material TPP3 obtenido a Tamb.

4000,0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400,0cm-1

%T

TP1

TPP1

TPP2

TPP3

TPP4

TPP5

TP2

10 µm 1µm

Figura 10. Micrografía del material TPP4 obtenidos a Tamb.

Figura 11. Micrografía del TPP3 obtenidos a Tamb.

En la figura 8 se puede observar que la superficie de este material es liza, sin embargo en superficie de fractura se observan algunos poros, los cuales podrían servir en la nucleación de la hidroxiapatita, esto se corroborará con la determinación de los tamaños y distribución de poro por medio de adsorción de nitrogeno Las demás micrografías muestran una superficie similar para todos los materiales, es decir, son superficies lizas, de igual forma hay que realizar mediciones de adsorcio de nitrogeno para determinar el tamaño de los poros que pudieran existir. Por otro lado en la micrografía 11 se aprecia una microseparación de fase, esto debido quizás a la diferencia de polaridades de los componentes ya que la sílice presenta un carácter iónico y el poliuretano un carácter covalente, en el caso de la silicona se tienen enlaces iónico-covalente, por lo que podría ayudar a homogenizar mas los enlaces presentes en los materiales. Análisis Térmicogravimétrico (ATG)

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 8000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

TP2

TPP5

TPP4

TPP3

TPP2

TPP1

Pes

o re

sidu

al (%

)

T (ºC)

TP1

Figura 12. Termograma de los materiales obtenidos a Tamb.

10µm 1µm

Como podemos observar en la figura 12 la perdida de peso de todos los materiales no es mayor al 60 %, esto se debe a que la sílice presente en estos materiales no es eliminada ya que dicha sílice es estable en un intervalo de temperatura muy amplio. Por otro lado, en la figura 13 vemos que al incrementar la cantidad de poliuretano la perdida de peso es mayor y a menor temperatura debido a que el poliuretano presenta enlaces covalentes que son más débiles que los iónicos de la sílice o iónico-covalente de la silicona, además con esto podemos creer que no existe un enlace fuerte entre el poliuretano y la materiales de siloxano, sino que hay enlaces por puente de hidrogeno que son muy débiles.

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 80060

65

70

75

80

85

90

95

100

TPP2

TPP1

Pes

o re

sidu

al (%

)

T (ºC)

TP1

Figura 13. Termograma de los materiales obtenidos a Tamb.

En el termograma de la figura 11 se aprecia, para las muestras con poca cantidad de poliuretano (0 -10 %), un comportamiento similar, es decir, hasta los 350 ºC la perdida de peso es muy pequeña (< 5%), esta perdida se debe quizá al agua residual precente en los materiales. De los 350 ºC a los 450 ºC hay una perdida de peso mayor probablemente debida a la degradación del material orgánico (poliuretano). Posteriormente se observa una perdida de peso más significativa entre 450 ºC y 625 ºC, esta se debe a la eliminación del radical alquilo de la silicona, después de los 625 ºC la perdida de peso es menor ya que los residuos orgánicos presentes entre los tetraedros de sílice son eliminados, a partir de los 800 ºC la perdida de peso ya no se incrementa, permanece constante, ya que solo hay sílice en el material y como se menciono anteriormente es estable a temperaturas mucho mayores.

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

TP2

TPP5

Pes

o re

sidu

al (%

)

T (ºC)

TPP4

Figura 14. Termograma de los materiales obtenidos a Tamb.

Para los materiales híbridos con mayor cantidad de poliuretano mostrados en la figura 14 (20% - 30%) podemos observar una perdida de peso más significativa y a menores temperaturas. Hasta los 150 ºC hay una perdida de peso de ~5% para los tres materiales, esta perdida de peso es del solvente y de sustancias que no reaccionaron. De los 150 ºC a los ~270 ºC la perdida se debe principalmente a la eliminación del agua presente en los materiales. En el intervalos de ~350 ºC a ~525 ºC se observa la perdida de los materiales orgánicos tanto los que se encuentran en la superficie como los que están entre los anillos formados por los tetraedros de sílice. Después de los ~550 ºC se observa que ya no hay perdida de peso ya que solo queda sílice en la estructura del material. En el caso del material TPP3 habrá que hacer otra medición para corroborar que el termograma es correcto. Resonancia Magnética Nuclear de Protón (1H-RMN) En las figuras 15 y 16 se muestran los espectros de las muestras TP1 y TP2 respectivamente, en estas figuras se observa la gran diferencia que existe entre uno y otro material, ya que en el TP1 tan solo tenemos la contribución de los protones presentes en el metilo (-CH3) de la silicona, por lo que si se hace un acercamiento en la figura 15 podemos observar el pico característico del protón en el grupo metilo a ~1 ppm, señalado por una flecha. Los otros dos picos pertenecen al solvente dimetilsulfóxido-d6 (DMSO) en 2.5 ppm y agua 3.31 ppm.

012345678910PPM

Figura 15. Espectro del material híbrido TP1 obtenido a Tamb.

012345678910ppm

Figura 16. Espectro del material híbrido TP2 obtenido a Tamb. En cambio la figura 16 muestra los picos pertenecientes a la cadena del poliuretano. Debido a que son datos nuevos aun no se han análizado

DMSO

H2O

DMSO

H2O

completamente sin embargo a continuación se muestran los espectros de los materiales TPP1, TPP2 y TPP3 (figuras 17, 18 y 19)

012345678910ppm

012345678910ppm

Figura 17. Espectro del material híbrido TPP1 obtenido a Tamb.

Figura 18. Espectro del material híbrido TPP2 obtenido a Tamb.

012345678910ppm

Figura 19. Espectro del material híbrido TPP3 obtenido a Tamb.

En los espectros anteriores podemos ver la presencia del poliuretano en la estructura del siloxano, en los espectros de las muestras TPP1 y TPP2 el pico del protón en el grupo metilo, es más intensa en comparación con el material TPP3, el cual contiene menos cantidad de silicona, aunque los picos del poliuretano son poco intensas y por lo tanto se puede pensar que es por exceso de disolvente, hay que repetir la caracterización de esta muestra para comprobar, además de observar los espectros de las muestras TPP4 y TPP5 y ver si la intensidad es similar o menos intensa.

DMSO

H2O

DMSO

H2O H-CH2

H-CH2

H-CH2

DMSO H2O

CONCLUSIONES Se han sintetizado los materiales híbridos compuestos por sílice-silicona y sílice-silicona-poliuretano, todos se sintetizaron a temperatura ambiente y a 80 ºC, obteniéndose monolitos desde opacos hasta translucidos dependiendo de la cantidad de poliuretano (0 % - 30 %), además se fracturan en el proceso de secado a medida que aumenta la cantidad de poliuretano. De acuerdo a los difractógramas son materiales amorfos, que presentan interacciones a corto alcance según los picos presentes a ~7º y ~12º en 2θ, dichas interacciones se justifican por la presencia de los grupos metilos en la silicona y por los segmentos duros del poliuretano. Se confirma la presencia de los enlaces Si-O-Si del siloxano (sílice-silicona) además de las bandas características del grupo carboxilo y amino del poliuretano, sin embargo no se observa alguna banda que confirme algún enlace entre el poliuretano y la matriz de siloxano. Sin embargo se observa la presencia de grupos Si-OH y que son importantes porque permitirán que puedan interactuar con el fluido corporal simulado y obtener la nucleación de apatita. Por otro lado son materiales que tienen una buena estabilidad térmica ya que la perdida de peso es menor al ~60 %, este porcentaje disminuye al disminuir la cantidad de poliuretano, lo cual nos indica que la presencia de poliuretano en la matriz de siloxano influye en las propiedades térmicas del material. Sin embargo estos materiales habrá que ser utilizados en temperaturas menores de 100 ºC, lo cual es bueno ya que la temperatura corporal no sobrepasa los 40 ºC. De acuerdo a las micrografías, estos materiales son lisos en la superficie, sin embargo en superficie de fractura hay presencia de poros, lo cual es favorable para que haya nucleación de apatita, sin embargo habrá que determinar el tamaño y distribución de poro. Los espectros de resonancia magnética nuclear de protón (1H-RMN), muestran que realmente hay presencia de poliuretano y siloxano. Estos espectros se acaban de obtener y habrá que analizarlos con más detalle.

IMPACTO

En el presente proyecto de investigación se ofrece una gran aportación en el área

de los biomateriales ya que presenta la oportunidad para obtener nuevos

materiales que permitan elaborar implantes que sean biocompatibles y que

además permitan la regeneración de tejidos óseos, con el crecimiento de

hidroxiapatita y que además presente buenas propiedades mecánicas, de

biocompatibilidad, de durabilidad y no tóxicos dentro del cuerpo humano.