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Cirugías ortopédicas más seguras y económicas con oxinitruros

Recubrimientos de este material se podrían utilizar en cabezas de fémur, tornillos y platinas como reemplazo de compuestos como óxido de circonio y titanio, cuyo procedimiento quirúrgico puede tener un costo promedio de 300 millones de pesos.

Bogotá D. C., 28 de diciembre de 2017Agencia de Noticias UN-

Gracias a su carácter cerámico, los oxinitruros resultan ideales para ser introducidos en el cuerpo de un ser vivo.

Los oxinitruros de circonio son un tipo de material cerámico que se mantiene estable al entrar en contacto con otros elementos.

La tesis adelantada por la estudiante Karen Velásquez formó parte del “Programa de iniciación a la investigación” de la U.N.

Gracias a estas investigaciones se pueden crear materiales resistentes a la corrosión, muy útiles en la industria naval.

El oxinitruro de circonio es ampliamente usado en pilas de combustible, sensores de oxígeno y refractarios.

Estudios de laboratorio realizados hasta el momento con células óseas obtenidas del cráneo de ratones y placas de hidroxiapatita –mineral considerado como precursor de la formación de hueso– demuestran que esta es una alternativa que favorece el crecimiento de nuevas células, cuyo recubrimiento reduce en forma sustancial la liberación de partículas tóxicas como níquel.

Aunque en la actualidad se emplean óxidos de circonio y titanio para recubrir los implantes y evitar riesgos asociados con toxicidad de los metales, desgaste del material y hasta la muerte del paciente, la estudiante Karen Velásquez, de la Maestría en Química de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.), buscó una alternativa a partir del uso de oxinitruros, obtenidos mediante un procedimiento realizado en laboratorio para desprender átomos de cobre y níquel con el propósito de fijarlos a una platina.

Debido a que la mayor parte del acero está conformado por hierro, elemento que de hecho utiliza la hemoglobina para transportar el oxígeno, no habría riesgo alguno, pero como también pueden desprenderse partículas de metales como níquel y cromo, el implante podría convertirse en un potencial riesgo para el organismo.

“Si se tratara de una pieza metálica hecha de titanio no habría problema porque este es un material inerte que va a liberar muy pocos iones al medio; pero si hablamos de un acero –así sea inoxidable– va a comenzar a desprender algunas de estas partículas”, precisa la profesora Ivonne Cubillos, directora del Grupo de Investigación en Materiales y Procesos Químicos de la U.N. Sede Bogotá.

Oxinitruros y alto vacío

Los oxinitruros de metales de transición combinan propiedades del óxido y del nitruro para generar un nuevo tipo de material con propiedades muy diferentes a las que se tenía en su forma inicial, puesto que, al ser depositado en forma de película, la sustitución de nitrógeno dentro de la estructura cristalina del óxido incrementa su dureza y resistencia a la corrosión.

La técnica de alto vacío, conocida como pulverización catódica, se desarrolla en un ambiente de alta pureza en el que se procura evitar la presencia de átomos o moléculas distintas a las de los materiales que se quiere unir a través del revestimiento: “en la parte superior de la cámara se ubica la platina de acero, y en la de abajo el material constituido por cobre y níquel, con una pureza 99,9 %”, explica la tesista.

Tras la acción de dos bombas empleadas para extraer cualquier partícula distinta al material empleado –cobre, níquel y la platina–, se inyecta oxígeno y nitrógeno, además de introducir un gas cargado con argón para desprender átomos de cobre y níquel que terminarán adhiriéndose a la platina.

Cuando se termina este proceso, se introduce oxígeno y nitrógeno de tal manera que al reaccionar con el cobre y el níquel se termina formando el oxinitruro. “Si solo hubiera oxígeno la pieza se oxidaría; si solo hubiera nitrógeno, se formaría un nitruro, por lo tanto es necesaria la presencia del argón para que lo obtenido sea oxinitruro”, precisa la profesora Cubillos.

Elementos multifuncionales

El Grupo de Investigación de Ciencias, Materiales y Superficies realiza varios estudios a partir del método de pulverización catódica, para recubrir distintos tipos de sustratos –aceros, silicios y vidrios– y evaluar sus propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas.

A partir de este procedimiento se podría generar una serie de filtros ópticos que permitan dejar pasar diversas longitudes de onda en forma selectiva, de manera que podrían servir para construir ventanas inteligentes.

“Si solo se dejara pasar aquella parte del espectro visible correspondiente al infrarrojo, podríamos lograr que se calentara una habitación, y puesto que este tipo de material también tiene características de semiconducción de energía, incluso sería empleado para optimizar el funcionamiento de paneles solares, aunque habría que hacer los respectivos estudios y análisis”, señala el profesor Édgar Alfonso, líder del grupo.

Según las concentraciones de nitrógeno y oxígeno que se inyecten al material, lo oxinitruros incluso tendrían un uso decorativo, además de prolongar la vida útil de cualquier tipo de objeto a un costo que podría ser menor, puesto que se trata de una técnica mejor que la que se viene empleando para recubrir partes de automóvil, grifería o piezas de relojería.

(Por: Fin/JCMG/LOF/LOF
)
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