• Investigadores de IMDEA Materiales, junto con el Instituto Helmholtz-Zentrum Hereon de Ciencia de Superficies y Meotec GmbH, han realizado la primera comparación sobre la resistencia a la corrosión de bioaleaciones de magnesio (Mg) y zinc (Zn) producidas por extrusión y fabricación aditiva.
• El estudio, que abre camino a implantes biodegradables más seguros y duraderos, demuestra que el tratamiento superficial por oxidación electrolítica en plasma (PEO) mejora la resistencia a la corrosión en todas las muestras analizadas.

Por primera vez en el campo de los metales bioabsorbibles, investigadores del Instituto IMDEA Materiales, junto a colaboradores del Helmholtz-Zentrum Hereon Instituto de Ciencia de Superficies y Meotec GmbH, han llevado a cabo una comparación pionera de la resistencia a la corrosión de aleaciones de magnesio WE43 y zinc Zn1Mg producidas mediante extrusión y fusión selectiva por láser en lecho de polvo (LPBF).

Publicado en la revista Surface and Coatings Technology, el estudio es el primero en emplear ensayos electroquímicos en una solución salina tamponada para comparar cómo estas dos técnicas de fabricación afectan a la degradación de estos metales biodegradables clínicamente relevantes.

“Hasta donde sabemos, es la primera vez que estas dos técnicas de fabricación se comparan en términos de resistencia a la corrosión para estos materiales”, explicó el primer autor, Guillermo Domínguez.

Los resultados demuestran que las muestras fabricadas por LPBF se corroían significativamente más rápido que las extruidas. En el caso del WE43, esto se relacionó con la presencia de partículas de óxido de itrio en las muestras LPBF, que debilitaron el efecto protector de la capa de corrosión.

En la aleación Zn1Mg, la mayor tasa de corrosión en las muestras LPBF se atribuyó a un volumen aumentado de fases eutécticas, que aceleraron la degradación microgalvánica.

Una fase eutéctica es una característica microestructural que se forma cuando dos elementos solidifican juntos en una proporción y temperatura específicas. Un mayor volumen de fases eutécticas crea más interfaces con la matriz de Zn, formando numerosas células microgalvánicas que aceleran la corrosión localizada y, por tanto, la degradación global del material.

Para contrarrestar este efecto, el equipo aplicó un tratamiento superficial de oxidación electrolítica en plasma (PEO).

“Para mejorar la resistencia a la corrosión, se aplicó un proceso PEO a las muestras”, explicó Domínguez. “Este tratamiento formó la capa de óxido esperada que mejoró la protección en todos los materiales probados respecto a sus contrapartes sin tratar”.

Curiosamente, en Zn1Mg, las muestras LPBF mostraron un rendimiento mejor que las extruidas tras el tratamiento PEO.

“Sin embargo, las muestras LPBF de WE43PEO mostraron altas tasas de corrosión a pesar del tratamiento, lo cual se relacionó con heterogeneidades en el grosor de la capa de óxido. En cambio, el tratamiento PEO tuvo el efecto opuesto en las muestras Zn1Mg, donde las muestras LPBF demostraron mayor resistencia a la corrosión que las extruidas”, añadió.

Esta diferencia se atribuyó a las capas protectoras ricas en fósforo formadas durante la modificación superficial, que llevaron a un mayor contenido de fósforo en la capa PEO de LPBF, promoviendo la formación de fases inertes de fosfato que estabilizan la capa protectora de óxido.

La parte experimental de la investigación fue realizada por Domínguez durante una estancia en el Helmholtz-Zentrum Hereon Instituto de Ciencia de Superficies como parte del proyecto Horizon Europe BIOMET4D, coordinado por el Instituto IMDEA Materiales.

Las muestras fueron fabricadas por los socios del proyecto, Meotec GmbH, mientras que la colaboración con el Departamento de Superficies Funcionales del Dr. Carsten Blawert en Hereon permitió el acceso a equipamiento electroquímico de última generación.

Además de Domínguez, los investigadores detrás del artículo incluyen a las Dras. Jennifer Patterson y Mónica Echeverry Rendón, el Dr. Muzi Li y los Profs. (UPM) Jon Molina y Javier LLorca del Instituto IMDEA Materiales, Simon Pöstges y Dr. Alexander Kopp de Meotec GmbH, y las Dras. Maria Serdechnova y Carsten Blawert del Helmholtz-Zentrum Hereon Instituto de Ciencia de Superficies.

Controlando cómo se fabrican y tratan estos materiales, los investigadores pueden optimizar su comportamiento dentro del cuerpo, reduciendo riesgos y mejorando los resultados para los pacientes.

Esta investigación contó con el apoyo financiero del proyecto BIOMET4D (Implantes metálicos biodegradables inteligentes 4D para restauración dinámica de tejidos). Este proyecto ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizonte Europa de la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención No 101047008. Las opiniones expresadas son únicamente de los autores y no reflejan necesariamente la posición de la Unión Europea ni de la Agencia Ejecutiva para la Pequeña y Mediana Empresa (EISMEA). Ni la Unión Europea ni EISMEA son responsables por ellas. ME-R agradece el apoyo financiero del proyecto BIOFUN3D (Introducción de gradientes geométricos en andamios basados en Zn mediante fusión por lecho de polvo láser). Proyecto PID2022-138417OB-C22 financiado por MICIU/AEI/10.13039/501100011033 y por FEDER/UE.