Nanocomposito ácido poliláctico-nanotubos de carbono multi pared (PLA/MWCNT) para la impresión 3D de dispositivos médicos
DOI:
https://doi.org/10.37636/recit.v44388398Palabras clave:
Ácido poliláctico (PLA), Nanotubos de carbono multi pared (MWCNT), Impresión 3D, Biomateriales, NanocompositosResumen
En los últimos años el área de los nanomateriales compuestos ha tenido un gran impacto en el desarrollo de las ciencias de la salud. Los biomateriales se describen como uno de los más prometedores, ya que son compatibles con las técnicas de manufactura aditiva (AM). También es posible utilizarlos para moldear piezas médicas específicas. Los nanomateriales compuestos han demostrado una buena biocompatibilidad y baja toxicidad para tener beneficios iguales o superiores a los de los metales (p. ej. aleación de Co-Cr). El propósito de este estudio es desarrollar un biomaterial nanocomposito (PLA/MWCNTf) a partir de ácido poliláctico (PLA) y nanotubos de carbono multi pared funcionalizados (MWCNTf) para evidenciar su potencial aplicación en la impresión 3D de dispositivos de fijación ortopédica. El nanocomposito de PLA/MWCNTf se preparó mediante la técnica de mezclado en solución, incorporando una proporción de 0,5% en peso de MWCNTf a la matriz de PLA. Se utilizó el análisis TGA de PLA/MWCNTf para determinar la estabilidad térmica, se encontró un ligero aumento en comparación con el PLA. La espectroscopía FTIR confirmó la presencia de grupos carboxilos en los MWCNTf lo que mejora una buena incorporación de los nanotubos en la matriz PLA. Además, se utilizó espectroscopía Raman y SEM para verificar que MWCNTf alcanzara la superficie de PLA de manera homogénea. La preparación de la manufactura aditiva se realizó mediante moldeo por extrusión de PLA/MWCNTf así como su impresión 3D.
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L. M. Ricles, J. C. Coburn, M. Di Prima, and S. S. Oh, "Regulating 3D-printed medical products," Sci. Transl. Med., vol. 10, no. 461, pp. 1-7, 2018. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aan6521. DOI: https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aan6521
M. Di Prima, J. Coburn, D. Hwang, J. Kelly, A. Khairuzzaman, and L. Ricles, "Additively manufactured medical products - the FDA perspective," 3D Print. Med., vol. 2, no. 1, pp. 4-9, 2016. https://doi.org/10.1186/s41205-016-0005-9. DOI: https://doi.org/10.1186/s41205-016-0005-9
Norma Oficial Mexicana, NOM-240-SSA1-2011, Instalación y operación de la tecnovigilancia. 2012, p. 13. http://www.dof.gob.mx/normasOficiales/4600/salud/salud.htm
J. J. Devlin, A. C. Pomerleau, J. Brent, B. W. Morgan, S. Deitchman, and M. Schwartz, "Clinical Features, Testing, and Management of Patients with Suspected Prosthetic Hip-Associated Cobalt Toxicity: A Systematic Review of Cases," J. Med. Toxicol., vol. 9, no. 4, pp. 405-415, 2013. https://doi.org/10.1007/s13181-013-0320-0 DOI: https://doi.org/10.1007/s13181-013-0320-0
J. R. Campbell and M. P. Estey, "Metal release from hip prostheses: Cobalt and chromium toxicity and the role of the clinical laboratory," Clin. Chem. Lab. Med., vol. 51, no. 1, pp. 213-220, 2013. https://doi.org/10.1515/cclm-2012-0492. DOI: https://doi.org/10.1515/cclm-2012-0492
B. Green, E. Griffiths, and S. Almond, "Neuropsychiatric symptoms following metal-on-metal implant failure with cobalt and chromium toxicity," BMC Psychiatry, vol. 17, no. 1, pp. 1-5, 2017. https://doi.org/10.1186/s12888-016-1174-1. DOI: https://doi.org/10.1186/s12888-016-1174-1
L. Leyssens, B. Vinck, C. Van Der Straeten, F. Wuyts, and L. Maes, "Cobalt toxicity in humans-A review of the potential sources and systemic health effects," Toxicology, vol. 387, pp. 43-56, 2017. https://doi.org/10.1016/j.tox.2017.05.015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tox.2017.05.015
A. C. Cheung et al., "Systemic cobalt toxicity from total hip arthroplasties," Bone Jt. J., vol. 98B, no. 1, pp. 6-13, 2016. https://doi.org/10.1302/0301-620X.98B1.36374 DOI: https://doi.org/10.1302/0301-620X.98B1.36374
A. Vaicelyte, C. Janssen, M. Le Borgne, and B. Grosgogeat, "Cobalt-Chromium Dental Alloys: Metal Exposures, Toxicological Risks, CMR Classification, and EU Regulatory Framework," Crystals, vol. 10, no. 12, p. 1151, 2020. https://doi.org/10.3390/cryst10121151. DOI: https://doi.org/10.3390/cryst10121151
T. Ikeda, K. Takahashi, T. Kabata, D. Sakagoshi, K. Tomita, and M. Yamada, "Polyneuropathy caused by cobalt-chromium metallosis after total hip replacement," Muscle and Nerve, vol. 42, no. 1, pp. 140-143, 2010. https://doi.org/10.1002/mus.21638. DOI: https://doi.org/10.1002/mus.21638
A. W. Schaffer, A. Pilger, C. Engelhardt, K. Zweymueller, and H. W. Ruediger, "Increased blood cobalt and chromium after total hip replacement," J. Toxicol. - Clin. Toxicol., vol. 37, no. 7, pp. 839-844, 1999. https://doi.org/10.1081/CLT-100102463. DOI: https://doi.org/10.1081/CLT-100102463
W. Apel, D. Stark, A. Stark, S. O'Hagan, and J. Ling, "Cobalt-chromium toxic retinopathy case study," Doc. Ophthalmol., vol. 126, no. 1, pp. 69-78, 2013. https://doi.org/10.1007/s10633-012-9356-8. DOI: https://doi.org/10.1007/s10633-012-9356-8
B. Scharf et al., "Molecular analysis of chromium and cobalt-related toxicity," Sci. Rep., vol. 4, no. 1, p. 5729, 2014. https://doi.org/10.1038/srep05729. DOI: https://doi.org/10.1038/srep05729
Q. Chen, J. D. Mangadlao, J. Wallat, A. De Leon, J. K. Pokorski, and R. C. Advincula, "3D printing biocompatible polyurethane/poly(lactic acid)/graphene oxide nanocomposites: Anisotropic properties," ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 9, no. 4, pp. 4015-4023, 2017. https://doi.org/10.1021/acsami.6b11793. DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.6b11793
S. Liu et al., "Degradation behavior in vitro of carbon nanotubes (CNTs)/poly (lactic acid) (PLA) composite suture," Polymers (Basel)., vol. 11, no. 6, 2019. https://doi.org/10.3390/polym11061015. DOI: https://doi.org/10.3390/polym11061015
M. Gong, Q. Zhao, L. Dai, Y. Li, and T. Jiang, "Fabrication of polylactic acid/hydroxyapatite/graphene oxide composite and their thermal stability, hydrophobic and mechanical properties," J. Asian Ceram. Soc., vol. 5, no. 2, pp. 160-168, 2017. https://doi.org/10.1016/j.jascer.2017.04.001. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jascer.2017.04.001
P. O. Andrade, M. A. V. M. Grinet, M. M. Costa, A. M. E. Santo, F. R. Marciano, and A. O. Lobo, "Poly (Lactic Acid) Fine Fibers Containing a Low Content of Superhydrophilic Multi-Walled Carbon Nanotube Graphene Oxide Hybrid as Scaffolds for Biological Applications," Macromol. Mater. Eng., vol. 303, no. 11, pp. 1-11, 2018. https://doi.org/10.1002/mame.201800317. DOI: https://doi.org/10.1002/mame.201800317
F. Alam, V. R. Shukla, K. M. Varadarajan, and S. Kumar, "Microarchitected 3D printed polylactic acid (PLA) nanocomposite scaffolds for biomedical applications," J. Mech. Behav. Biomed. Mater., vol. 103, p. 103576, 2020. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.103576 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.103576
C. H. Tsou et al., "Antibacterial property and cytotoxicity of a poly (lactic acid)/nanosilver-doped multiwall carbon nanotube nanocomposite," Polymers (Basel)., vol. 9, no. 3, 2017. https://doi.org/10.3390/polym9030100. DOI: https://doi.org/10.3390/polym9030100
A. F. Ahmad et al., "Biodegradable poly (lactic acid)/poly (ethylene glycol) reinforced multi-walled carbon nanotube nanocomposite fabrication, characterization, properties, and applications," Polymers (Basel)., vol. 12, no. 2, pp. 1-22, 2020. https://doi.org/10.3390/polym12020427. DOI: https://doi.org/10.3390/polym12020427
G. Spinelli et al., "Effects of filament extrusion, 3D printing and hot-pressing on electrical and tensile properties of poly (Lactic) acid composites filled with carbon nanotubes and graphene," Nanomaterials, vol. 10, no. 1, 2020. https://doi.org/10.3390/nano10010035. DOI: https://doi.org/10.3390/nano10010035
L. Yang et al., "Effects of carbon nanotube on the thermal, mechanical, and electrical properties of PLA/CNT printed parts in the FDM process," Synth. Met., vol. 253, no. December 2018, pp. 122-130, 2019. https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2019.05.008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2019.05.008
S. Azizi, M. Azizi, and M. Sabetzadeh, "The role of multiwalled carbon nanotubes in the mechanical, thermal, rheological, and electrical properties of PP/PLA/MWCNTS nanocomposites," J. Compos. Sci., vol. 3, no. 3, pp. 1-15, 2019. https://doi.org/10.3390/jcs3030064. DOI: https://doi.org/10.3390/jcs3030064
G. Spinelli et al., "Morphological, rheological and electromagnetic properties of nanocarbon/poly(lactic) acid for 3D printing: Solution blending vs. melt mixing," Materials (Basel)., vol. 11, no. 11, 2018. https://doi.org/10.3390/ma11112256. DOI: https://doi.org/10.3390/ma11112256
M. Kaseem, K. Hamad, F. Deri, and Y. G. Ko, "A review on recent researches on polylactic acid/carbon nanotube composites," Polym. Bull., vol. 74, no. 7, pp. 2921-2937, 2017. https://doi.org/10.1007/s00289-016-1861-6. DOI: https://doi.org/10.1007/s00289-016-1861-6
Y. Shen et al., "Chemical and thermal reduction of graphene oxide and its electrically-conductive polylactic acid nanocomposites," Compos. Sci. Technol., vol. 72, no. 12, pp. 1430-1435, 2012. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2012.05.018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2012.05.018
C. Hu et al., "Comparative assessment of the strain-sensing behaviors of polylactic acid nanocomposites: reduced graphene oxide or carbon nanotubes," J. Mater. Chem. C, vol. 5, no. 9, pp. 2318-2328, 2017. https://doi.org/10.1039/C6TC05261D. DOI: https://doi.org/10.1039/C6TC05261D
C. Liu, J. Shen, K. W. K. Yeung, and S. C. Tjong, "Development and Antibacterial Performance of Novel Polylactic Acid-Graphene Oxide-Silver Nanoparticle Hybrid Nanocomposite Mats Prepared by Electrospinning," ACS Biomater. Sci. Eng., vol. 3, no. 3, pp. 471-486, 2017. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.6b00766. DOI: https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.6b00766
A. M. Pinto, J. Cabral, D. A. P. Tanaka, A. M. Mendes, and F. D. Magalhães, "Effect of incorporation of graphene oxide and graphene nanoplatelets on mechanical and gas permeability properties of poly (lactic acid) films," Polym. Int., vol. 62, no. 1, pp. 33-40, 2013. https://doi.org/10.1002/pi.4290. DOI: https://doi.org/10.1002/pi.4290
B. W. Chieng, N. A. Ibrahim, W. M. Z. W. Yunus, M. Z. Hussein, Y. Y. Then, and Y. Y. Loo, "Effects of graphene nanoplatelets and reduced graphene oxide on poly (lactic acid) and plasticized poly (lactic acid): A comparative study," Polymers (Basel)., vol. 6, no. 8, pp. 2232-2246, 2014. https://doi.org/10.3390/polym6082232. DOI: https://doi.org/10.3390/polym6082232
K. Tappa et al., "3D printing custom bioactive and absorbable surgical screws, pins, and bone plates for localized drug delivery," J. Funct. Biomater., vol. 10, no. 2, 2019. https://doi.org/10.3390/jfb10020017. DOI: https://doi.org/10.3390/jfb10020017
A. Aguilar-Elguézabal, W. Antúnez, G. Alonso, F. P. Delgado, F. Espinosa, and M. Miki-Yoshida, "Study of carbon nanotubes synthesis by spray pyrolysis and model of growth," Diam. Relat. Mater., vol. 15, no. 9, pp. 1329-1335, 2006. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2005.10.011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.diamond.2005.10.011
L. S. Tejeda Aguayo, "Síntesis de nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) funcionalizados con el ácido 2,3-dihidroxibenzoico selectivo al Fe3+ como tratamiento potencial de talasemia", tesis de maestría, CGIQ., Instituto Tecnológico de Tijuana, Tijuana, México, 2018.
A. V. Rane, K. Kanny, V. K. Abitha, and S. Thomas, "Methods for Synthesis of Nanoparticles and Fabrication of Nanocomposites," in Synthesis of Inorganic Nanomaterials, Elsevier Ltd., 2018, pp. 121-139. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101975-7.00005-1. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101975-7.00005-1
J. H. Lehman, M. Terrones, E. Mansfield, K. E. Hurst, and V. Meunier, "Evaluating the characteristics of multiwall carbon nanotubes," Carbon N. Y., vol. 49, no. 8, pp. 2581-2602, 2011. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2011.03.028. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2011.03.028
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