Modificaciones de la superficie de los biomateriales

El teflón es un polímero hidrofóbico compuesto por una cadena de carbono saturada con átomos de flúor. El enlace flúor-carbono es principalmente iónico, lo que produce un fuerte dipolo. Este dipolo impide que el teflón sea susceptible a las fuerzas de Van der Waals , por lo que otros materiales no se adhieren a su superficie. ^{[ 2 ]} El teflón se utiliza comúnmente para reducir la fricción en aplicaciones de biomateriales, como en injertos arteriales, catéteres y recubrimientos de guías.

El PEEK es un polímero semicristalino compuesto por grupos benceno, cetona y éter. Se caracteriza por sus buenas propiedades físicas, incluyendo alta resistencia al desgaste y baja absorción de humedad ^{[ 3 ]} , y se ha utilizado en implantes biomédicos debido a su relativa inercia dentro del cuerpo humano.

La energía superficial es igual a la suma de los enlaces moleculares rotos que se producen en la interfaz entre dos fases diferentes. La energía superficial se puede estimar mediante mediciones del ángulo de contacto utilizando una versión de la ecuación de Young-Laplace :

${\displaystyle \gamma _{SV}-\gamma _{SL}=\gamma _{LV}cos\theta }$^{[ 5 ]}

Dónde${\displaystyle \gamma _{SV}}$es la tensión superficial en la interfaz sólido-vapor,${\displaystyle \gamma _{SL}}$es la tensión superficial en la interfaz sólido-líquido, y${\displaystyle \gamma _{LV}}$La tensión superficial se define como la tensión superficial en la interfaz entre el líquido y el vapor. Las técnicas de modificación por plasma alteran la superficie del material y, por consiguiente, su energía superficial. Estos cambios en la energía superficial modifican las propiedades superficiales del material.

Se han investigado exhaustivamente las técnicas de modificación de superficies para la adsorción de moléculas biológicas. La funcionalización de superficies se puede realizar exponiéndolas a plasma de radiofrecuencia (RF). Se pueden excitar y utilizar diversos gases para funcionalizar superficies en una amplia variedad de aplicaciones. Las técnicas comunes incluyen el uso de plasma de aire, oxígeno y amoníaco, así como otros gases especiales. Cada gas puede tener efectos diferentes sobre un sustrato. Estos efectos disminuyen con el tiempo a medida que se producen reacciones con las moléculas del aire y la contaminación.

Existen numerosos ejemplos de contaminación de biomateriales específicos del proceso de preparación o fabricación. Además, casi todas las superficies son propensas a la contaminación por impurezas orgánicas presentes en el aire. Las capas de contaminación suelen limitarse a una monocapa o menos de átomos y, por lo tanto, solo son detectables mediante técnicas de análisis de superficie, como la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS). Se desconoce si este tipo de contaminación es perjudicial, pero se considera contaminación y, sin duda, afectará a las propiedades de la superficie.

El tratamiento con plasma de descarga luminiscente es una técnica que se utiliza para limpiar la contaminación de las superficies de biomateriales. El tratamiento con plasma se ha empleado en diversos estudios de evaluación biológica para aumentar la energía superficial de las superficies de biomateriales, además de para su limpieza. ^{[ 8 ]} También se ha propuesto el tratamiento con plasma para la esterilización de biomateriales destinados a posibles implantes. ^{[ 9 ]}

En general, cuanto menor sea la tensión superficial de un recubrimiento líquido, más fácil será formar una película húmeda satisfactoria. La diferencia entre la tensión superficial del recubrimiento y la energía superficial del sustrato sólido sobre el que se aplica afecta la forma en que el recubrimiento líquido fluye sobre el sustrato. También afecta la fuerza de la unión adhesiva entre el sustrato y la película seca. Si, por ejemplo, la tensión superficial del recubrimiento es mayor que la del sustrato, el recubrimiento no se extenderá ni formará una película. A medida que aumenta la tensión superficial del sustrato, se llega a un punto en el que el recubrimiento humedece el sustrato, pero presenta una adhesión deficiente. Un aumento continuo de la tensión superficial del recubrimiento resulta en una mejor humectación durante la formación de la película y una mejor adhesión de la película seca. ^{[ 10 ]}

Más específicamente, se puede determinar si un recubrimiento líquido se extenderá sobre un sustrato sólido a partir de las energías superficiales de los materiales involucrados utilizando la siguiente ecuación:

${\displaystyle S=\gamma _{SA}+(\gamma _{CA}-\gamma _{SC})}$^{[ 11 ]}

Donde S es el coeficiente de propagación, ${\displaystyle \gamma _{SA}}$es la energía superficial del sustrato en el aire,${\displaystyle \gamma _{CA}}$es la energía superficial del recubrimiento líquido en el aire y${\displaystyle \gamma _{SC}}$S es la energía interfacial entre el recubrimiento y el sustrato. Si S es positivo, el líquido cubrirá la superficie y el recubrimiento se adherirá bien. Si S es negativo, el recubrimiento no cubrirá completamente la superficie, lo que resultará en una mala adhesión.

Los alambres guía son un ejemplo de aplicación de recubrimientos biomédicos. Se utilizan en la angioplastia coronaria para corregir los efectos de la enfermedad arterial coronaria , una enfermedad que permite la acumulación de placa en las paredes de las arterias. El alambre guía se introduce a través de la arteria femoral hasta la obstrucción. El alambre guía dirige el catéter balón hacia la obstrucción, donde se infla para presionar la placa contra las paredes arteriales. ^{[ 13 ]} Los alambres guía suelen estar hechos de acero inoxidable o nitinol y requieren recubrimientos de polímero como modificación de la superficie para reducir la fricción en las arterias. El recubrimiento del alambre guía puede afectar la trazabilidad, es decir, la capacidad del alambre para moverse a través de la arteria sin doblarse, la sensación táctil, es decir, la capacidad del médico para sentir los movimientos del alambre guía, y la trombogenicidad del alambre.