abril 30, 2009
Ultima Entrada del Blog
Estos últimos meses fueron unos de mucho progreso en mi investigación ya que pudimos usar el proceso seleccionado para hacer los recubrimientos de Ca/P en la aleación de titanio. En adición, se le hicieron pruebas preliminares de caracterización mediante pruebas de tribología para determinar los parámetros óptimos que producen el recubrimiento con mejores propiedades. En esta pruebas encontramos que estamos produciendo la capa delgada que se esperaba que a su vez tiene una morfología y una adhesión que depende de la corriente aplicada y del tiempo de exposición al proceso. Todavía quedan muchas pruebas por correr, pero hasta el momento lo que se puede decir es que todo va de acuerdo al plan. Estoy muy contenta con los avances que he logrado en este trabajo de investigación.
Gracias BioMinds!!
Presentacion de Poster de BioMinds
Durante el mes de marzo participé en la última actividad del grupo de BioMinds la cual fue la presentación de poster que se llevó a cabo el 21 de marzo del 2009 como una conclusión a esta experiencia de investigación de una suma de 3 semestres. En esta presentación tuve la oportunidad de presentar los resultados de mi investigación y el progreso que logré durante el periodo asignado. En adición, en esta actividad tuve la oportunidad de aprender sobre el trabajo de investigación de algunos de mis compañeros. Para que puedan comprender la gran variedad de trabajos que este programa ayudó a motivar, aquí les incluiré un resumen de tres de las presentaciones que tuve la oportunidad de atender.
1. Isolation and Characterization of Organic Compounds from Momordica charantia “Cundeamor” Infusion used for Diabetes Type II in Puerto Rico
-Jessica Torres
Este trabajo estudió el uso de una infusión de una planta conocida comúnmente como Cundeamor para el tratamiento de Diabetes Tipo II. Se ha encontrado en otras partes del mundo que una especie de la misma familia de esta planta tiene efectos hipoglicémicos en pacientes con diabetes. Es por esto que se están haciendo esfuerzos para confirmar si la especie encontrada en Puerto Rico contiene el mismo compuesto químico que se encontró en la especie original. Para esto se están estudiando diferentes infusiones con múltiples solventes de diferentes polaridades para aislar e identificar el compuesto que se busca. Hasta el momento no se han encontrado resultados definitivos pero si se han encontrado solventes y procesos que en un futuro próximo podrán utilizarse para alcanzar las metas de este proyecto.
2. Ecophysiological Evaluation of Invasive Capacity of Exotic Plants (Spathodea campanulata-African tulip) vs. Native Species (Guarea guidonia-American muskwood) in Puerto Rico and Implications for its Managements
-Esther Morales
Se ha encontrado una posible planta invasiva en el bosque secundario del Recinto de Humacao conocida como tulipan Africano. Se cree que esta planta tiene una capacidad fotosintética y una plasticidad fisiológica que le proveen una mayor posibilidad de sobrevivir en localizaciones previamente habitadas. Es por esto que esta especie esta bajo estudio, sobretodo ya que se entiende que sus ventajas pueden afectar el desarrollo de una planta nativa conocida como guarea guidonia. Para determinar el potencial y las características de esta planta invasora versus la especie nativa se están estudiando propiedades como producción de gases en la fotosíntesis, área específica de la hoja y las dimensiones de las plantas.
3. Evaluation of a Waste Tire Rubber Based Activated Carbon and MCM-41 for the Adsorption of TNT from Aqueous Solutions
-Laura Granda
Contaminantes como TNT y gomas de carro usadas presentan un problema ambiental grave. Este trabajo de investigación propone una solución a esta situación al utilizar pedazos de gomas de carros usadas y convertirlas en carbón activado para entonces utilizarl como substrato adsorbente de TNT en soluciones acuosas. Esta alternativa fue estudiada y se comparó con otro material poroso conocido como MCM-41. Los resultados demostraron que el carbón activado de la goma usada tiene una mayor poder de adsorción de TNT en solución acuosa por el proceso de fisisorpción.
*Todos los trabajos resumidos en esta entrada contaban con un investigador que dominaba el tema y en adición contestaba con claridad las preguntas hechas. También contaban con un afiche con todos los componentes pertinentes, presentados de una manera legible, científica y pofesional.
febrero 28, 2009
Update
El mes de febrero, por su naturaleza corta, tiende a irse volando, llevándose con su rápida pasada la posibilidad de lograr todos mis objetivos propuestos. Este mes fue uno mayormente de preparación donde mi función fue entender los fundamentos de la técnica de EIS. Para esto hice una búsqueda extensa de información sobre el funcionamiento del equipo y como se hacen e interpretan las diferentes pruebas posibles. Además, pude observar como se lleva a cabo este proceso con uno de los compañeros del laboratorio que le esta haciendo pruebas similares de EIS para estudiar la corrosión de una aleación de aluminio. En adición, este mes hicimos unas cuantas pruebas de recubrimiento de titanio con hidroxiapatita usando PEO. Aun estamos en el proceso de optimizar los parámetros de PEO para homogenizar la morfología de la capa fina. Ya estamos en camino a lograr nuestras metas!
febrero 26, 2009
PEO Used for Hydroxyapatite Thin Film Formation on Ti-6Al-4V and γ-TiAl Alloys
Abstract
The use of titanium alloys as materials in orthopedic implants is due to their combined physical and mechanical properties, namely immunity to corrosion, biocompatibility, high strength to weight ratio, low modulus of elasticity, and the capacity to join with bone tissue (osseointegration). In addition, previous studies have shown that the native titanium oxide layer formed enhances the biocompatibility of this material, although the thickness, adherence, and surface area available of this native film has been demonstrated to be poor. Therefore, the objective of this study is to design a surface treatment that will oxidize and coat a novel titanium alloy known as gamma-titanium aluminide (γ-TiAl) with a bioactive coating of hydroxyapatite, Ca10(PO4)6(OH)2, that will promote bone regeneration and will accelerate the healing process, thus reducing the frequency of hip implant readjustment surgery. Plasma electrolytic oxidation (PEO) was chosen for this purpose because it is cost-effective, can be used on complex geometries, and produces thin films with high tribological, corrosion, and thermal barrier performance. All of these properties are necessary in order to uphold the cyclic loading applied on the implant and the acidic physiological conditions that are present during the healing process. Previous studies have shown promising results on a commercially used titanium alloy, Ti-6Al-4V, which will be used to compare the results obtained for γ-TiAl. During this study the arrangement and optimization of the equipment used for PEO was achieved. In addition, preliminary tests were performed in order to determine the oxidizing process conditions for each γ-TiAl and Ti-6Al-4V substrates by identifying the parameters needed to reach the dielectric constant of both samples. Later on, the substrates will be coated using PEO plus the addition of a calcium and phosphate ion electrolyte in order to incorporate the adequate Ca/P ratio found in bone tissue into the titanium matrix. Then, the morphology, porosity, and corrosion resistance of the hydroxyapatite coating will be evaluated in SBF with the use of Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), which will model the electrochemical cell as an electric circuit, providing quantitative data about the coating’s condition.
febrero 3, 2009
El comienzo del ultimo semestre… queda tanto para hacer!
Poco antes de irnos de vacaciones de navidad comencé a hacer estudios preliminares con una nueva técnica para mi conocida como Plasma Electrolytic Oxidation (PEO). Los primeros pasos a tomar con esta prueba lo fue determinar la constante dieléctrica de el material para asegurarnos que estemos trabajando en todo momento a corrientes mayores que esta y de esta manera lograr el fenómeno que se ve en PEO. Este paso acabado de mencionar fue lo ultimo en que se trabajo el semestre pasado. El próximo paso seria usar la técnica de PEO para incorporar particulado del electrolito en la matriz de titanio y así formando una capa fina en la escala de unos micrómetros de el cerámico bio-activo conocido como hidroxiapatita. El rol del electrolito juega un papel importante en este proceso y este debe ser preparado con sumo cuidado para alcanzar una razón especifica de Ca / P, tal y como se encuentra en los huesos. Hasta el momento ya se logró determinar los detalles de la preparación de esta y hasta se hicieron las primeras pruebas para observar los cambios morfológicos y en composición de acuerdo a los cambios en la corriente aplicada en el sistema.
Durante este próximo mes estaré variando los parámetros de PEO con las dos aleaciones de titanio que estamos trabajando. Luego de formar la fina capa de Ca/P se le hará pruebas de corrosión con el método de Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Esta prueba utiliza una fuente de potencia alterna (AC) aplicada a diferentes frecuencias a través de la celda electroquímica para poder estudiar los en la impedancia de los diferentes componentes en el sistema. Para facilitar el análisis se utilizan modelos con componentes eléctricos para interpretar los fenómenos. Esta técnica se le hará a las probetas de titanio con el bioceramico colocadas en la celda electroquímica y, en adición, sumergidas en un fluido que simula las condiciones fisiológicas. De esta manera se pueden obtener resultados mas reales respecto al proceso de corrosión tanto del titanio como de la capa que se le ha añadido a las muestras.
Además, durante este semestre también estaré trabajando en una rama de este proyecto completamente diferente a lo que estoy haciendo en el momento pero ambos buscan cumplir con el mismo objetivo: aumentar el área de superficie y recubrir la aleación de titanio con una capa bio-activa para aumentar la oseointegración del implante. Ya veremos como se pueden manejar ambos proyectos a la vez. Les cuento cuando sepa.
noviembre 28, 2008
Fin del semestre
The titanium samples treated with plasma electrolytic oxidation only underwent preliminary testing to determine the range of conditions for further test. Once this is known we can move on to the electrolyte with calcium and phosphate ions, as explained previously, in order to be incorporated into the titanium matrix. These experiments will be performed towards the end of the semester and beginning of the spring semester 2009. Once the first samples are obtained, composition tests of the surface need to be performed to determine what type of oxide, anatase or rutile, is being formed and the composition of the bioactive coating. Experiments to determine the binding energy of the oxide layer must also be included for the same reasons mentioned previously. Also, tribological tests must be performed on the sample in order to determine the wear resistance of the design surface treatment.
The objective of this study was to oxidize and coat the titanium alloys with hydroxyapatite in order to increase the osseointegration of the hip implants which in hand will decrease the micro-motions between the implant and bone interface, therefore decreasing the probability of implant loosening.The procedure chosen for this specific purpose is plasma electrolytic oxidation (PEO), which has shown to produce thin films with high adherence due to the phenomenology of the technique, plus it is cost-effective and can be adapted to complex geometries. Overall, the research is moving forward now that we have selected a procedure to oxidize and coat the titanium substrates that has shown to be quite promising, according to previous studies. This semester was spent on the setup and details of the procedure chosen. Next semester we hope to oxidize and coat many samples in order to do all the required testing.
octubre 25, 2008
Plasma Electrolytic Oxidation
Como había mencionado en la entrada anterior, el tratamiento químico que se le va a hacer a la superficie de titanio es conocida como PEO. Este tipo de oxidación electroquímica consiste en pasar una corriente eléctrica por un sistema de electrodos y electrolitos a una magnitud que sobrepasa su constante dieléctrica. Cuando esto ocurre se crea una región de plasma alrededor del electrodo a altas temperaturas y presiones. Este microambiente que se produce con este método es lo que lleva a la acumulación de elementos del electrolito en el metal de manera tal que la capa fina que se forma en el electrodo resulta tener tremendas propiedades tribológicas, termales y de corrosión. Además, este método resulta ser bastante común cuando se habla de tratamientos de superficie ya que se pueden controlar sus parámetros y porque es costo efectivo. Todas estas propiedades hacen que este método sea adecuado para nuestro objetivo de recubrir con un cerámico y oxidar la superficie del titanio para aumentar la integración ósea.
La semana entrante empezaremos utilizando esta técnica con los discos de titanio debido a que primero tuvimos que asegurarnos que teníamos todo el equipo y materiales necesarios. De hecho, una de mis tareas este mes fue diseñar y manufacturar unas piezas de teflón para modificar el equipo de manera que quede aislado todo aquello que no sea el disco de titanio. En conclusión, ya todo esta listo para trabajar y producir resultados.
El progreso de la investigación puede ser clasificado como un 2.
octubre 2, 2008
Síntesis de Hidroxiapatita
Como había mencionado previamente, este semestre iba a empezar a trabajar con el biocerámico que va a ser utilizado para recubrir la aleación de titanio, hydroxapatita. Ya logramos hacer la primera síntesis del bioceramico, la cual nos demoró más tiempo del que anticipamos. Esto ocurrió debido a que el instrumento para medir el pH no estaba funcionando y tuvimos que mandar a pedir uno nuevo. Tan pronto lo recibimos comenzamos con la síntesis la cual está compuesta por una serie de pasos de larga duración de tiempo. Entre estos pasos se encuentra reaccionar los reactivos principales, hidróxido de calcio y acido fosfórico manteniendo un pH constante de aproximadamente 11 y supliéndole calor a la reacción a lo largo de la mezcla. Luego se deja curar la muestra por unos días para luego ser filtrada y después secada en el horno para obtener la forma final de los cristales de hydroxapatita. El proceso total tomó más de dos semanas y ya entonces lo que queda es la caracterización del compuesto para asegurar que no se haya contaminado en el proceso.
Considerando el trabajo, el tiempo que requiere la síntesis de hydroxapatita y el rendimiento mínimo del proceso decidimos que sería más conveniente comprar los nanocristales de este biocerámico ya que la síntesis de este reactivo no es el enfoque de la investigación como tal. Una vez tengamos este producto a nuestra disposición podremos recubrir los discos de titanio con ambos cristales y con estos resultados podemos determinar si realmente vale la pena pasar por el proceso de la síntesis. Ya el mes que viene estaremos trabajando en recubrir los discos si tenemos todos los materiales a tiempo. El procesos que se utilizará para esto se conoce como “Plasma Electrolytic Oxidation” (PEO) el cual les explicaré los fundamentos del procesos el mes entrante.
El progreso de la investigación puede ser clasificado como un 2.
agosto 25, 2008
Un nuevo semestre
Luego de un semestre trabajando en el proyecto de investigación haciendo estudios preliminares y desarrollando el diseño experimental, ya estamos de camino a comenzar la etapa experimental. Solo con el propósito de refrescar la memoria voy a resumir lo que ocurrió el semestre pasado. Para el momento en que me uní al grupo de investigación, éste estaba trabajando con tratamientos térmicos en discos de titanio utilizando máscaras con un patrón determinado en la micro escala. Este tratamiento, el cual fue intentado a varios tiempos y temperaturas, busca aprovecharse de la propiedad de titanio de crear una capa de óxido al ser expuesta a altas temperaturas. La máscara que se utiliza en el tratamiento térmico tiene el propósito de exponer áreas específicas del titanio al calor para crecer óxido de titanio con un patrón determinado. De esta manera se espera lograr las columnas de óxido de titanio en la micro escala las cuales mejorarían las propiedades mecánicas del material del implante. Luego de varias alteraciones a este tratamiento se puede decir que todavía estamos en procesos de optimización debido a ciertos inconvenientes que surgieron con la inestabilidad de la máscara utilizada. Además de utilizar esta tipo de tratamiento, el semestre pasado también le hicimos pruebas preliminares de tratamientos químicos utilizando una solución conocida como solución piraña. Las observaciones de esta prueba utilizando un SEM fueron que el ataque químico fue muy drástico. Por ende, hay que modificar la composición química o el tiempo de tratamiento para que la superficie no quede tan afectada como mostraron las primeras pruebas. Un detalle que hay que notar es que este segundo tratamiento busca oxidar el disco completo y después, como plan futuro, se diseñará el método para formar el patrón deseado. La técnica que se espera usar para adquirir este patrón es la fotolitografía.
Este semestre ya comencé a esmerilar mis primeras muestras de titanio las cuales se van a oxidar utilizando el tratamiento de ataque químico. Se espera optimizar este proceso haciéndole unas modificaciones al experimento, las cuales fueron mencionadas previamente. A la vez, este proyecto va a comenzar una segunda parte la cual busca recubrir las columnas de óxido con un bioceramico conocido como hydroxyapatita, [Ca10 (PO4 )6 (OH)2 ]. Este cerámico tiene una estructura química similar a la del mineral encontrado en los huesos. Por ende, esta capa va a promover la oseointegración del implante, lo que viene siendo el objetivo principal de esta investigación. Durante el verano mi estudiante graduada estuvo trabajando con la síntesis de este bioceramico así que ahora me toca aprenderme la síntesis para que más tarde en el semestre logre recubrir con este cerámico el titanio que fue oxidado con el tratamiento químico optimizado. Pero antes de adelantarnos a esa etapa, primero hay que caracterizar la capa de óxido del ataque químico utilizando la tribología para estudiar la fricción y el desgaste de esta capa. También hay que estudiar la composición y el grosor de esta capa de óxido debido a que estos factores afectan la estabilidad y el desgaste del material. Luego de este paso de caracterización es que se podrá recubrir el titanio para entonces pasar a un proceso de caracterización similar al mencionado para determinar la adhesión y estabilidad entre el óxido y el bioceramico.
Como se puede observar, son muchos los estudios que se tiene que hacer por cada etapa. Por ende, el avance que se logre en este semestre depende de la dedicación al proyecto y del acceso al equipo necesario para llevar a cabo todas estas pruebas.
agosto 24, 2008
Internado de Verano 2008
Amgen Scholars Program @ University of California, Berkeley
Tan pronto acabé mi tercer año universitario me encamine hacia Berkeley, California donde participé en un internado de verano conocido como Amgen Scholars Program el cuál se llevó a cabo en la Universidad de California, Recinto de Berkeley. Allá tuve la oportunidad de trabajar en el laboratorio del Prof. Kevin Healy en el área de biomateriales y “drug delivery systems”. Un poco más específico, mi proyecto se basó en el estudio y desarrollo de un “drug delivery system” implantable en la parte posterior – externa del ojo (“sub-Tenon’s capsule implant”) para detener el progreso de “high axial myopia”, un desorden agresivo de la vista que no permite enfocar imágenes de lejos. El sistema esta compuesto por dos mecanismos que liberan la droga y de esta manera se puede alcanzar lograr un sistema que libere la droga en cantidades constantes por un largo periodo de tiempo. El primero componente viene siendo un hydrogel sensitivo a la temperatura el cual absorbía la droga y la liberaba a corto plazo. El segundo componente viene siendo unas nanoparticulas poliméricas que atrapan la droga para liberarlas a largo plazo a medida que estas se descomponen por hidrólisis. La idea de este sistema es muy innovadora y ambiciosa, dos cualidades que me mantuvieron muy motivada trabajando todo el verano para aprovechar al máximo mi experiencia en ese campo. Refiriéndonos a los experimentos que realicé durante el verano, fue mi deber llevar a cabo las pruebas preliminares del sistema donde por primera vez se estaba estudiando la absorción de la droga en estos componentes los cuales tuve que aprender a sintetizar para luego trabajar con ellos. También pude estudiar la razón a la cual la droga fue liberada por el hydrogel. Con la suma de estos resultados preliminares se puede concluir que este sistema muestra tener un gran potencial para desarrollar un implante que funcione como un “drug delivery device” por un largo periodo de tiempo y que a la vez requiera de un simple procedimiento quirúrgico que no sea tan riesgoso.
