Comportamiento micro y macromecánico de andamios electrohilados de poli(ácidoláctico)/hidroxiapatita

Abstract

En las últimas décadas ha crecido la necesidad de desarrollar materiales para la regeneración de tejido duro. Se sabe que la mezcla de biomateriales tales como poli(ácido láctico), o PLA por sus siglas en inglés, es un polímero biodegrable; al combinarlo con biocerámicas como la hidroxiapatita (HA) formarán un biocompuesto que combina lo mejor de las propiedades mecánicas y biológicas de ambos componentes para formar un andamio celular de tercera generación. En la actualidad se han usado diferentes técnicas para la fabricación de andamios celulares compuestos de nanofibras poliméricas; particularmente, el electrohilado permite obtener fibras de manera económica y sencilla. Las estructuras compuestas de fibras finas fabricadas por electrohilado muestran una reconocida eficiencia para la creación de andamios celulares de acuerdo con las aplicaciones reportadas en la literatura. En este trabajo se desarrolló un andamio celular compuesto por en PLA e hidroxiapatita. Se realizó la caracterización estructural por microscopía electrónica de barrido y por espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier para evaluar la interacción del PLA y la HA. Se realizó el análisis térmico por calorimetría diferencial de barrido para evidenciar la tendencia de cristalización del material; de tal manera que se logró correlacionar estructura con comportamiento macro y micromecánico del material. La caracterización macro y micromecánica se realizó mediante ensayos de tracción acoplados a la medición de deformación mediante una técnica óptica no intrusiva basada en la correlación de imágenes digitales (CID). Se obtuvieron módulos de elasticidad a escala macro y micromecánica de distintos andamios en los cuales se modificó el porcentaje de hidroxiapatita mezclada físicamente. Uno de los aspectos más importantes de este trabajo fue validar el uso de CID en andamios electrohilados, ya que hasta donde tenemos conocimiento nadie ha utilizado esta técnica para evaluar el comportamiento micromecánico de andamios electrohilados PLA-HA. El uso de CID involucra la preparación de la superficie de las muestras. Dicha preparación consiste en poner un fondo blanco con puntos negros muy finos colocados de manera aleatoria. Para lograr este patrón generalmente se utilizan pinturas vinílicas con acabado mate. Uno de los objetivos de este trabajo, para validar la técnica de CID en la caracterización microcomecánica de andamios electrohilados, fue estudiar los posibles mecanismos de reacción entre la pintura vinílica y el PLA y su respectiva influencia en sus propiedades mecánicas. En este estudio se encontró que la pintura vinílica y el andamio de PLA-HA no forman enlaces químicos; por lo tanto, el uso de la pintura vinílica, para pintar el patrón de puntos aleatorios en la muestra, es adecuado; ya que la unión de ambos elementos representa únicamente una adhesión mecánica. De la caracterización mecánica se obtuvieron los módulos de elasticidad a nivel micro y macromécanico. Se obtuvieron valores más altos para los andamios fabricados con poli(ácido láctico) puro; mientras que para la mezcla de PLA con 2% de hidroxiapatita se obtuvo el valor más bajo de módulo de elasticidad; sin embargo, al ir aumentado la cantidad de hidroxiapatita al 4 y 6% de HA se recuperó la resistencia mecánica de estos andamios. En el caso del PLA 2% HA, la disminución de la resistencia mecánica se atribuye a que las partículas de HA actúan como concentradores de esfuerzo; mientras que a mayores concentraciones la distribución de los agregados de HA actúan como refuerzo dentro del material. Con ayuda de CID se consiguieron determinar los módulos de elasticidad a escala micrométrica. Se observó la misma tendencia en los resultados de los módulos elásticos macro y micromécanicos; obteniendo módulos elásticos micromécanicos superiores en un 30, 16, 46 y 38% para el PLA puro, PLA 2% HA, PLA 4% HA y PLA 6% HA respectivamente