Luis Leonardo Samaniego Arroyo

RESUMEN
El diópsido se ha aplicado en el área biomédica como material de relleno de hueso, andamio con otros materiales, implantes ortopédicos, entre otros, gracias a que posee excelentes propiedades mecánicas, una excelente biocompatibilidad y un mayor crecimiento de apatita que otros biocerámicos. Sin embargo, este tipo de material no presenta algún tipo de defensa contra las bacterias por lo que es muy susceptible a infecciones al ser injertado en el tejido óseo.
En este trabajo de investigación se activaron mecanoquímicamente en un molino planetario dos tipos de mezclas precursoras para la obtención de diópsido, las dopadas con plata (concentración molar de 1, 2 y 4% de Ag) y sin dopar, dichas mezclas contenían las materias primas de CaCO₃, H₂SiO₃, (MgCO₃)₄.Mg(OH)₂.5H₂O y en el caso de las dopadas se incluyó el AgNO₃ , las mezclas sin dopar fueron activadas mecanoquímicamente durante 0, 2, 4 y 6
h, y durante 4 h para las mezclas dopadas con plata ya que este fue el tiempo óptimo de activación mecanoquímica. Las diferentes composiciones se prensaron en una prensa hidráulica a 400 MPa para posteriormente realizarles un tratamiento térmico (900, 1000, 1100 y 1200 °C). Con el objetivo de estudiar la bioactividad de los materiales obtenidos, las muestras fueron sometidas a inmersión en fluidos fisiológicos simulados (FFS) para formar una capa de apatita (composición similar a la del hueso) sobre su superficie; finalmente, se les realizaron pruebas antibacteriales y antifúngicas a los materiales. Las diversas composiciones fueron caracterizadas durante la activación mecanoquímica, así como después de los tratamientos térmicos y durante los periodos de inmersión en FFS.
En la mezcla precursora de diópsido que fue activada mecanoquímicamente durante 4 h (sin tratamiento térmico), se logró obtener las fases de silicato de calcio, silicato de magnesio, akermanita y dolomita, lo cual indica que ya sucedieron reacciones durante la activación, mientras que para aquellas que no se activaron mecanoquímicamente solo se observaron las fases cristalinas de los reactivos precursores. Al ser tratada térmicamente la mezcla precursora a 900, 1000 y 1100 °C se obtuvo la fase diópsido después de 4 h de activación mecanoquímica, sin la presencia de fases secundarias; para las muestras dopadas con plata, además de la fase diópsido también se obtuvo la presencia de plata metálica, en cambio, para las muestras dopadas a 1100 °C se observa que la fase de plata metálica ya no está presente, posiblemente porque ya se generaron defectos sustitucionales de tal manera que los átomos de plata pueden estar substituyendo al calcio, lo mismo sucedió para las muestras tratadas a 1200 °C, sin embargo, a esa temperatura se presentó la fase secundaria de cristobalita.
Después de realizar las pruebas de bioactividad mediante el método propuesto por Kokubo y Takadama en FFS, se tuvo la presencia de la capa de apatita lo cual fue verificado por medio de las técnicas de difracción de rayos X (DRX) y microscopia electrónica de barrido (MEB), observándose que conforme se incrementa el tiempo de inmersión de la muestras de Dio sin dopar y dopadas con plata se observa un crecimiento de la apatita en la superficie del material, con una morfología tipo coliflor, siendo la muestras sumergidas durante 21 días las que mostraron un mayor crecimiento de apatita en la superficie, cabe mencionar que conforme se incrementó la concentración de plata en la composición, el crecimiento de apatita fue disminuyendo.
Las propiedades antimicrobianas del diópsido sin dopar y dopado con plata fueron evaluadas mediante el método de Kirby-Bauer para tres diferentes microorganismos S. aureus, E. coli y C. albicans, presentándose solamente un efecto inhibidor para el microorganismo S. aureus, en las muestras dopadas con plata que fueron tratadas térmicamente a 900 y 1000 °C.
De tal manera que este material de diópsido dopado con plata favoreció la actividad antibacterial, además de seguir presentando bioactividad, en especial para las muestras tratadas a 900 y 1000 °C, activadas mecanoquímicamente durante 4 h, lo cual indica que puede ser un material prometedor para ser usado como reemplazo óseo con actividad
antibacterial.

ABSTRACT.
Diopside has been applied in the biomedical area as a bone filling material, scaffold with other materials, orthopedic implants, among others, due to its good mechanical properties, excellent biocompatibility, and greater apatite growth than other bioceramics. However, this type of material does not present any type of defense against bacteria, which is why it is very susceptible to infections when it is grafted into bone tissue.
In this research work, two types of precursor mixtures were mechanically activated in a planetary mill to obtain diopside, those doped with silver (molar concentration of 1, 2 and 4% Ag) and without doping, these mixtures contained the raw materials of CaCO₃, H₂SiO₃, (MgCO₃)₄.Mg(OH)₂.5H₂O and in the case of the doped mixtures AgNO₃ was included, the undoped mixtures were mechanochemically activated for 0, 2, 4 and 6 h, and for 4 h to silverdoped mixtures since this was the optimal mechanochemical activation time. The different compositions were pressed in a hydraulic press at 400 MPa to subsequently carry out a heat treatment (900, 1000, 1100 and 1200 °C). To study the bioactivity of the materials obtained, the samples were subjected to soaked in simulated body fluid (SBF) to form an apatite layer (composition similar to that of bone) on their surface; finally, antibacterial, and antifungal tests were carried out on the materials. The various compositions were characterized during mechanochemical activation, as well as after heat treatments and during periods of soaking in SBF.
In the diopside precursor mixture that was activated mechanochemically for 4 h (without heat treatment), it was possible to obtain the phases of calcium silicate, magnesium silicate, akermanite and dolomite, which indicates that reactions already occurred during activation, while for those that were not mechanically activated, only the crystalline phases of the precursor reagents were observed. When the precursor mixture was heat treated at 900, 1000 and 1100 °C, the diopside phase was obtained after 4 h of mechanochemical activation, without the presence of secondary phases; For the samples doped with silver, in addition to the diopside phase, the presence of metallic silver was also obtained, on the other hand, for the samples doped at 1100 °C it is observed that the metallic silver phase is no longer present, possibly because they have already been generated. Substitutional defects in such a way that silver atoms may be replacing calcium, the same happened for the samples treated at 1200 °C, however, at that temperature the secondary phase of cristobalite was presented.
After performing the bioactivity tests using the method proposed by Kokubo and Takadama in SBF, the presence of the apatite layer was observed, which was verified by means of Xray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM), observing that as the immersion time of the undoped and silver-doped Dio samples increases, apatite growth is observed on the surface of the material, with a cauliflower-like morphology, being the samples soaking for 21 days those that showed a greater growth of apatite on the surface, it is worth mentioning that as the concentration of silver in the composition increased, the growth of apatite was decreasing.
The antimicrobial properties of the undoped and silver-doped diopside were evaluated by the Kirby-Bauer method for three different microorganisms S. aureus, E. coli and C. albicans, presenting only an inhibitory effect for the microorganism S. aureus, in the silver-doped samples that were heat treated at 900 and 1000 °C.
In such a way that this silver-doped diopside material favored antibacterial activity, in addition to continuing to present bioactivity, especially for samples treated at 900 and 1000 °C, mechanically activated for 4 h, which indicates that it may be a promising material to be used as a bone replacement with antibacterial activity.

“Bioactividad de diópsido dopado con Ag activado mecanoquímicamente para aplicaciones en ingeniería tisular.”