La adición de nanoláminas de grafeno blanco a cerámicas avanzadas de circona ha demostrado bloquear la penetración del agua en el material y aumentar un 18 por ciento su resistencia frente a la propagación de grietas, según detalló el medio Open Ceramics. La investigación, liderada por el Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y la Universidad de Sevilla) junto al Instituto Nacional de Ciencias Aplicadas de Lyon, revela que este avance permitiría a los implantes dentales y a las prótesis ortopédicas contar con una durabilidad mayor frente al deterioro producido por la humedad y la temperatura corporal.
De acuerdo con la publicación de Open Ceramics, los resultados muestran que las nuevas cerámicas apenas presentan un 10 por ciento de degradación en medios acuosos, un porcentaje que se sitúa muy por debajo del requerido por la norma internacional ISO13356 para implantes quirúrgicos de circona. Tal incremento en la resistencia frente a la degradación hidrotérmica supone un avance relevante en el desarrollo de materiales para prótesis de cadera, rodilla e implantes dentales, un campo que busca constantemente ampliar la vida útil de estos dispositivos médicos sometidos a condiciones extremas en el interior del cuerpo humano.
El medio Open Ceramics reportó que las pruebas se basaron en ensayos de envejecimiento acelerado. Las muestras se sometieron durante cinco horas a vapor de agua saturado a alta presión y una temperatura constante de 134°C en autoclave, procedimiento que equivale a casi dos décadas de uso real en la boca humana. Tras este procedimiento, las muestras con nanoláminas de grafeno blanco apenas se degradaron, en contraste con las piezas convencionales de circona, cuya resistencia disminuye considerablemente en tales condiciones.
Según publicó Open Ceramics, la mejora se debe al efecto barrera del nitruro de boro bidimensional —conocido en el ámbito científico como grafeno blanco— que impide el paso tanto de agua como de oxígeno al interior de la cerámica. Este material, compuesto por láminas de apenas unos átomos de grosor, se integró homogéneamente entre los granos de la estructura cerámica, reforzando la pieza y retrasando el proceso de envejecimiento hidrotérmico.
La investigadora Rosalía Poyato, del CSIC en el ICMS y coautora del estudio, indicó al medio que la obtención de las nanoláminas se realizó mediante exfoliación por cizalla, un método que permite separar las capas microscópicas del polvo de nitruro de boro. Según consignó Open Ceramics, la particularidad de este proceso en la investigación radica en que se logró utilizando una batidora convencional, en un procedimiento calificado de sencillo, sustentable y de bajo costo frente a técnicas más tradicionales.
El estudio realizó comparaciones de resistencia ante la aparición de grietas entre muestras expuestas al ambiente con una humedad relativa del 40 al 60 por ciento y otras sumergidas en aceite de oliva, ambiente que elimina la influencia de la humedad. Así, la adición del grafeno blanco reveló una clara mejora en la resistencia de las cerámicas incluso en condiciones de humedad, lo que explica la reducción de microgrietas y rugosidades durante el uso del material en el cuerpo humano.
Open Ceramics detalló que las cerámicas avanzadas de circona, ya utilizadas en implantes dentales y coronas, presentan alta biocompatibilidad y dureza, pero su vulnerabilidad al envejecimiento hidrotérmico amenaza su durabilidad. El contacto continuo con humedad y temperatura provoca transformaciones microestructurales que disminuyen la resistencia mecánica y favorecen la formación de defectos, situación que la incorporación del grafeno blanco contribuye a revertir.
La investigación cuenta con el respaldo financiero del IV Plan Propio de la Universidad de Sevilla, la Sociedad Europea de Cerámica, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades y la Agencia Estatal de Investigación. Según consignó Open Ceramics, estos avances no tienen aún aplicaciones comerciales inmediatas, pero se alinean con una tendencia en el desarrollo de composites cerámicos reforzados para aplicaciones biomédicas.
De acuerdo con la información publicada, la labor del equipo se centra en la experimentación con materiales cerámicos combinados con materiales bidimensionales, orientada a entender su funcionamiento y encontrar soluciones que potencien las propiedades tanto mecánicas como funcionales de implantes médicos. El medio especifica que, al cumplir ampliamente las exigencias de la norma ISO13356, la cerámica desarrollada podría ser utilizada en una próxima generación de implantes destinados a reducir el número de recambios y mejorar la calidad de vida de los pacientes.
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