ES2587734T3 - Un recubrimiento que comprende estroncio para implantes corporales - Google Patents

Abstract

Un recubrimiento para un implante que comprende: una capa que comprende óxido de estroncio y óxido de titanio, donde el contenido de Sr de dicho recubrimiento está comprendido entre un 5 y un 25%at. y el grosor de dicho recubrimiento está comprendido entre 200 nm y 3000 nm, y dicho recubrimiento comprende poros donde al menos un 50% de dichos poros tienen diámetros comprendidos entre 0.1 y 50 nm, y de este modo se estimula la integración ósea y la curación en las proximidades del implante.

Description

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DESCRIPCION

Un recubrimiento que comprende estroncio para implantes corporales Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un metodo para recubrir un cuerpo, tal como un implante. La invencion se refiere tambien a un recubrimiento para un implante y un implante, tal como un implante dental o un implante oseo, funcionalizado con elementos que optimizan la respuesta del tejido a los implantes. La invencion se refiere ademas a un sustrato que comprende elementos que optimizan la respuesta del tejido a ese sustrato y a un metodo para producir un sustrato de este tipo.

Antecedentes de la invencion

Solo en reconstrucciones dentales, se insertan mas de 7 millones de implantes al ano, la mayona con buenos resultados, aunque mas de un 3.5% fracasan, y causan dolor y malestar a los pacientes. Ademas, la mayona de los pacientes necesitan un periodo prolongado de curacion, de hasta nueve meses desde la insercion del implante hasta que la propia corona esta cimentada y el proceso completo. Durante el periodo de curacion, los pacientes sufren disfuncion de la mandfbula, una menor capacidad de masticado y alteraciones esteticas, a menudo con carencias visibles y/o soluciones temporales obvias.

El titanio es un material de implante utilizado normalmente en los campos dental y ortopedico debido a su biocompatibilidad intnnseca originada, p. ej., a partir de una elevada resistencia a la corrosion. Con el fin de obtener implantes de Ti mejorados mecanicamente, normalmente se anaden elementos aleadores. Para las aplicaciones biomedicas practicas, la aleacion TiAl6V4 es el material de eleccion debido a la facilidad de procesamiento. Sin embargo, un inconveniente de introducir TiAl6V4 en un entorno biologico es la potencial liberacion de aluminio y vanadio, que pueden causar dano al tejido oseo humano y, de esta manera, degradar la integracion osea del implante.

Una manera de evitar la fuga de sustancias daninas en los tejidos biologicos es recubrir la aleacion del implante con una capa de barrera constituida, p. ej., por titanio puro. Sin embargo, la presencia de una capa de barrera incrementa la complejidad del implante, asf como tambien el coste y tiempo empleado en producir el implante.

En Kung et al., Surface and Coatings Technology, 2010, 205, 1714-1722, se divulga un recubrimiento que comprende titanio y estroncio sobre implantes de titanio. El recubrimiento se obtiene por oxidacion por microarco de la superficie del sustrato.

Asf pues, sena conveniente un recubrimiento mejorado para implantes corporales, tales como implantes dentales u oseos y, en particular, sena aun mas conveniente, un recubrimiento mas eficaz y/o fiable para un implante corporal.

Objeto de la invencion

Es un objeto de la presente invencion proporcionar un recubrimiento para un implante corporal que tenga la capacidad de curar, reducir la tension y el malestar y disminuir la tasa de fracaso, y que proporcione un proceso de implantacion mejorado y mas indoloro para el usuario.

Es un objeto adicional de la presente invencion proporcionar un recubrimiento para un implante corporal que tenga un grado elevado de dureza.

Es un objeto adicional de la presente invencion proporcionar un recubrimiento alternativo al de las tecnicas anteriores.

En particular, se puede considerar que un objeto de la presente invencion es proporcionar un recubrimiento funcionalizado para un implante corporal que resuelva los problemas mencionados anteriormente de la tecnica anterior con un recubrimiento de base metalica, tal como un recubrimiento de un oxido metalico.

Es tambien un objeto de la presente invencion proporcionar un metodo para producir ese recubrimiento.

Es un objeto adicional de la presente invencion proporcionar un sustrato que comprenda elementos que optimicen la respuesta del tejido a ese sustrato.

Es tambien un objeto de la presente invencion proporcionar un metodo para producir este sustrato.

Compendio de la invencion

Asf pues, se pretende que el objeto y varios otros objetos descritos anteriormente se obtengan en un primer aspecto de la invencion proporcionando un recubrimiento para un implante que comprende: una capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio, para estimular de esta manera la curacion en las proximidades del implante.

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La invencion se refiere a un recubrimiento para un implante y un metodo para depositar este recubrimiento, que optimiza la respuesta del tejido al implante, p. ej., estimulando la curacion, tal como la curacion del tejido, en las proximidades del implante. Cuando el implante es un implante oseo, el recubrimiento de la invencion tambien tiene propiedades iniciadoras o estimuladoras del crecimiento oseo. Asf pues, la capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio estimula la regeneracion osea en las proximidades del implante.

Cuando el implante es un implante dental, el recubrimiento de la invencion tambien tiene propiedades iniciadoras o estimuladoras del crecimiento del tejido. Asf pues, la capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio estimula la regeneracion tisular en las proximidades del implante dental.

Las propiedades del implante son debidas a la capacidad de liberar estroncio de manera prolongada. La liberacion de estroncio puede producirse en forma de iones Sr . El estroncio puede ser toxico cuando se libera en una concentracion elevada. Sin embargo, tiene propiedades que promueven la curacion, p. ej., aumenta la actividad de las celulas formadoras de hueso y mejora la fijacion del implante debido a la estimulacion de la regeneracion osea.

El recubrimiento de la invencion tiene una estructura adaptada para lograr una liberacion atoxica, es decir, la liberacion de una concentracion atoxica de estroncio, p. ej., en forma de iones Sr2+, en el entorno del implante, p. ej., en las proximidades, tal como una gran proximidad, p. ej., en un radio comprendido entre 0 y 20 mm.

En general, cuando se hace referencia a la liberacion de iones de Sr, en esta solicitud esto se puede interpretar tambien como iones o compuestos que contienen estroncio. Asf pues, la liberacion de iones de Sr se puede interpretar como la liberacion de compuestos o iones que contienen Sr.

Dependiendo del metodo de produccion, puede ser mas apropiado referirse a un sustrato que a un recubrimiento, por ejemplo, cuando la deposicion de estroncio como atomo metalico se logra mediante la implantacion de iones o la deposicion ffsica de vapor ionizado. En este sentido, se pretende que el objeto y varios otros objetos descritos anteriormente se obtengan en un segundo aspecto de la invencion proporcionando un sustrato, donde el sustrato posee las propiedades y caractensticas del recubrimiento, que comprende: una capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio, para estimular de esta manera la curacion en las proximidades del implante.

En un tercer aspecto de la invencion, se proporciona un implante que comprende un cuerpo recubierto con un recubrimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invencion.

En un cuarto aspecto de la invencion, se proporciona un implante que comprende un cuerpo que comprende un sustrato de acuerdo con el segundo aspecto de la invencion.

En un quinto aspecto, la invencion proporciona un metodo para recubrir un cuerpo mediante pulverizacion catodica, donde el metodo comprende: la deposicion conjunta, a partir de un blanco a base de titanio y un blanco a base de estroncio, de una capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio sobre al menos una parte del cuerpo.

En un sexto aspecto, la invencion proporciona un metodo para recubrir un cuerpo mediante la pulverizacion catodica, donde el metodo comprende: la deposicion conjunta, a partir de un blanco a base de titanio y un blanco compuesto por una mezcla de titanio y SrTiO3, una capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio sobre al menos una superficie del cuerpo.

En un aspecto adicional, la invencion proporciona un metodo para producir un sustrato de acuerdo con el segundo aspecto de la invencion.

En general, puede que se pretenda que la palabra “recubrimiento” en relacion con el primer aspecto de la invencion se refiera tambien a la palabra “sustrato” de acuerdo con el segundo aspecto de la invencion. Asf pues, la referencia a “dicho recubrimiento” a lo largo del texto tambien se puede interpretar como “dicho sustrato”.

El cuerpo al que se hace referencia en la presente puede ser un implante tal como un implante dental o un implante oseo.

Incluso si las propiedades de la invencion se analizan en relacion con el implante que se va a recubrir, estas tambien se pueden aplicar a aplicaciones in vitro. Por ejemplo, in vitro, un cuerpo tal como, p. ej., un esqueleto, recubierto con el recubrimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invencion o que comprende el sustrato de acuerdo con el segundo aspecto, puede liberar iones de Sr localmente, y estimular de esta manera la regeneracion osea en, p. ej., el tejido oseo contenido in vitro. As^ pues, la invencion puede ser relevante para aplicaciones in vitro, p. ej., en la ingeniena de tejidos oseos.

En algunas realizaciones, el recubrimiento de la invencion tiene una estructura adaptada para lograr una liberacion de iones de estroncio o iones que comprenden estroncio o atomos de estroncio o un compuesto que comprende estroncio.

En algunas realizaciones adicionales, el recubrimiento de la invencion tiene una estructura adaptada para lograr una liberacion de manera prolongada de iones de estroncio o iones que comprenden el elemento atomico Sr o atomos

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de estroncio o un compuesto que comprende estroncio a lo largo del penodo de curacion inicial tras el implante. Este penodo de curacion inicial puede prolongarse hasta 3 meses.

En algunas realizaciones, el recubrimiento de la invencion tiene una estructura adaptada para lograr una liberacion acumulada de iones de estroncio o iones que comprenden el elemento atomico Sr con una concentracion de hasta 9 |jg/cm2

En algunas otras realizaciones, el recubrimiento de la invencion tiene una estructura adaptada para lograr una liberacion acumulada de iones de estroncio o iones que comprenden el elemento atomico Sr con una concentracion de hasta 12 jg/cm2

En algunas otras realizaciones, el recubrimiento de la invencion tiene una estructura adaptada para lograr una liberacion acumulada de iones de estroncio o iones que comprenden el elemento atomico Sr con una concentracion de hasta 20 jg/cm2

En algunas realizaciones adicionales, el recubrimiento de la invencion tiene una estructura adaptada para lograr una liberacion acumulada de iones de estroncio o iones que comprenden el elemento atomico Sr con una concentracion superior a 20 jg/cm2

En algunas otras realizaciones, el recubrimiento de la invencion tiene una estructura adaptada para lograr una liberacion prolongada de iones de estroncio.

La principal idea de la invencion consiste en proporcionar un recubrimiento para un implante, tal como un implante dental, que tenga la liberacion mas alta de Sr a largo plazo. Esto se logra combinando el contenido de Sr (%), el grosor del recubrimiento y la porosidad del recubrimiento de manera que se logre el perfil de liberacion de estroncio deseado, es decir, la liberacion mas alta a largo plazo.

Al estar adaptado para lograr una tasa de liberacion lenta, el recubrimiento esta adaptado, por lo tanto, para lograr una liberacion atoxica en las proximidades, p. ej., en un radio de 20 mm, del implante.

Atoxico se define en la presente como una liberacion que no dana de manera sustancial las celulas vivas en las proximidades del implante, es decir, una liberacion con tasas en las que la concentracion es inferior al nivel toxico o adaptada para un nivel toxico bajo.

Una liberacion atoxica tambien se puede definir como una liberacion que permite la absorcion de iones de Sr por parte del tejido que rodea al implante en una concentracion atoxica.

La liberacion de iones de estroncio o iones que contienen Sr con una tasa baja influencia la homeostasis osea, p. ej., al tener propiedades iniciadoras o estimuladoras del crecimiento oseo o reducir la resorcion osea.

Por ejemplo, una concentracion toxica puede ser del orden de 40 mg/kg de Sr que puede causar mortalidad en ratones tras la inyeccion intravenosa de acetato de estroncio.

Por lo general, la liberacion de Sr2+ incrementa la actividad de las celulas formadoras de hueso, mejora la fijacion del implante debido a la estimulacion de la regeneracion osea y reduce la actividad de resorcion osea de los osteoclastos.

En algunas realizaciones, la capa puede comprender oxidos de titanio que tengan una estequiometna diferente, p. ej., TixOy, tal como TiO2, TiO o Ti2O3.

En algunas realizaciones, la capa puede comprender oxidos de estroncio que tengan una estequiometna diferente.

En algunas realizaciones, la capa comprende ademas carbonato de estroncio. Por lo general, el metodo para producir el recubrimiento proporciona un recubrimiento sin carbono y que comprende unicamente Sr, Ti y oxfgeno. Sin embargo, a traves del contacto con el aire, otros gases, tales como CO2, O2 o N2 pueden ser absorbidos en la superficie externa del recubrimiento y proporcionar capas externas unidas unicamente a la region superficial.

Los elementos C, O y N tambien pueden estar presentes en la estructura antes de la exposicion al aire. La presencia de otros elementos tambien se puede utilizar en el metodo para producir el recubrimiento, p. ej., utilizando blancos de pulverizacion catodica compuestos de, p. ej., carbonato de estroncio y titanio.

En algunas realizaciones adicionales, la capa puede comprender sales de estroncio, tales como nitratos de estroncio o fosfatos de estroncio.

En algunas realizaciones adicionales, la capa comprende ademas compuestos de base metalica. Por ejemplo, la capa puede comprender titanio como metal y/o en forma de aleaciones o sales, p. ej., un material ceramico tal como nitruro de titanio (TiN), nitruro de carbono de titanio (TiCN) o nitruro de aluminio de titanio (TiAlN).

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En algunas realizaciones, el recubrimiento comprende ademas una capa interfacial entre la superficie del implante que se va recubrir y la capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio.

La capa interfacial proporciona una superficie con buenas propiedades de adhesion al recubrimiento externo. En general, la funcion de la capa interfacial es proporcionar soporte al recubrimiento con una buena resistencia mecanica.

En algunas realizaciones, la capa interfacial comprende al menos una superficie estructurada. Esta superficie estructurada puede ser macro-, micro- o nanoestructurada y puede actuar como un molde para el desarrollo de la porosidad del recubrimiento.

En algunas realizaciones adicionales, la capa interfacial es una capa a base de titanio.

Por ejemplo, la capa interfacial puede ser una capa de oxido de titanio.

En algunas otras realizaciones, la capa interfacial puede ser TiN o Ti puro.

Tambien se pueden utilizar otras capas interfaciales conocidas que proporcionan una buena resistencia mecanica a la capa de recubrimiento externa.

En algunas otras realizaciones, el recubrimiento comprende ademas una capa de difusion sobre la capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio.

Una de las funciones de la capa de difusion consiste en controlar o posponer la liberacion de iones de Sr. En ese sentido, una capa de difusion puede evitar una liberacion elevada inicial de Sr, la cual puede causar inflamacion en las proximidades del implante, y puede garantizar una liberacion atoxica de Sr. Con el fin de evitar esta posible liberacion inicial de Sr, se puede contemplar un tratamiento de lavado del implante. Por lo tanto, este lavado puede evitar esta posible liberacion inicial sin que sea necesaria una capa de difusion. Sin embargo, el lavado y la presencia de una capa de difusion pueden combinarse.

Una funcion adicional de la capa de difusion puede consistir en difundir ademas otros iones o compuestos, tales como farmacos o medicamentos incluidos en la capa mencionada o en otras capas del recubrimiento.

Otra funcion de la capa de difusion puede ser proteger la superficie durante un periodo de tiempo determinado, p. ej., horas o dfas, despues de que el implante se haya implantado, antes del inicio de la liberacion de Sr2+.

La capa de difusion puede ser, por ejemplo, una capa polimerica, tal como un polfmero biodegradable.

En algunas realizaciones adicionales, el recubrimiento comprende ademas una capa externa que cubre la capa de difusion.

En algunas realizaciones, los compuestos a base de titanio estan en una fase amorfa y/o cristalina.

Por ejemplo, los compuestos a base de titanio pueden estar constituidos por granos cristalinos de Ti embebidos en una fase amorfa.

En algunas realizaciones adicionales, los compuestos a base de titanio en la fase cristalina tienen un tamano de grano inferior a 100 nm.

En algunas realizaciones, el tamano de grano del titanio es inferior a 50 nm. En algunas realizaciones adicionales, el tamano de grano de titanio esta comprendido mas preferentemente entre 10 y 50 nm. En algunas realizaciones, el tamano de grano del titanio es, mas preferentemente, inferior a 20 nm. En algunas realizaciones adicionales, el tamano de grano del titanio es, aun mas preferentemente, inferior a 10 nm.

El tamano del grano puede referirse a la seccion transversal del grano.

Por lo general, la deposicion conjunta a partir de un blanco de Sr puro y un blanco de Ti puro tiene el efecto de reducir el tamano de los nanocristales de titanio en el recubrimiento.

El incremento del contenido de estroncio en el recubrimiento incrementa tambien la cantidad de la fase amorfa del titanio. Al incrementar el contenido de estroncio mas de un 12%, los recubrimientos son amorfos segun rayos X.

Se ha observado que existe una correlacion entre el contenido estroncio y la dureza del recubrimiento.

Por lo tanto, el recubrimiento de la invencion puede tener la ventaja de combinar una estructura robusta y resistente al uso que tenga la capacidad de liberar iones de Sr de una manera controlada, p. ej., con una tasa deseada, que tenga de esta manera propiedades osteointegradoras y estimuladoras de la curacion en el entorno del implante recubierto.

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En algunas realizaciones, el contenido de Sr del recubrimiento esta comprendido entre un 0.1% y un 50%.

En algunas realizaciones, el contenido de Sr del recubrimiento esta comprendido entre un 1 y un 40%.

Preferentemente, el contenido de Sr del recubrimiento es superior a un 5%. Aun mas preferentemente, el contenido de Sr del recubrimiento esta comprendido entre un 0.5 y un 15%.

El contenido elemental en %, tambien denominado en la presente como %at., se define como el porcentaje elemental atomico en relacion con los otros elementos atomicos contenidos en el recubrimiento.

Por lo tanto, la presencia de Sr en el recubrimiento esta caracterizada en relacion con el % de Sr como un elemento atomico. Sin embargo, puede ser que el Sr este presente en el recubrimiento no solamente en forma de oxido sino tambien en otras formas, tales como el ion libre, es decir, Sr2+ o unido a algo que no sea oxfgeno o como nanoclusters de Sr.

En algunas realizaciones, el recubrimiento tiene un grosor comprendido entre 50 y 5000 nm.

En algunas realizaciones, el recubrimiento tiene un grosor comprendido entre 100 y 3000 nm. Preferentemente, el recubrimiento tiene un grosor de al menos 1000 nm. Aun mas preferentemente, entre 1000 y 3000 nm.

En algunas realizaciones, la fase amorfa del recubrimiento esta comprendida entre un 50 y un 90%.

En algunas otras realizaciones, la fase amorfa de la capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio esta comprendida entre un 50 y un 90%.

En algunas realizaciones adicionales, la fase cristalina de la capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio esta comprendida entre un 1 y un 50%.

Por lo general, el recubrimiento tiene una estructura de nanocristales embebidos en una matriz amorfa.

El recubrimiento puede tener unos valores de dureza comprendidos entre 1 y 20 GPa.

En algunas realizaciones adicionales, el recubrimiento tiene una dureza comprendida entre 3 y 8 GPa. Mas preferentemente, el recubrimiento puede tener unos valores de dureza comprendidos entre 5-7 GPa.

La dureza del recubrimiento se puede correlacionar con la densidad de electrones del recubrimiento.

Se pueden conseguir diferentes valores de dureza en funcion de la microestructura de recubrimiento.

La optimizacion de la dureza y la tasa de liberacion de Sr se puede conseguir e implementar por medio de la simulacion por ordenador y/o la experimentacion.

Por ejemplo, el contenido de Sr para una liberacion optima, es decir deseada, se puede ajustar de manera que se obtenga una dureza deseada. Como alternativa, el contenido de Sr para una dureza optima, es decir deseada, se puede ajustar de manera que se obtenga una liberacion deseada.

El recubrimiento puede tener un cierto grado de porosidad, p. ej., el recubrimiento puede ser mesoporoso, microporoso o nanoporoso. Por lo tanto, el recubrimiento puede tener poros que tengan los diametros comprendidos entre 0.1 y 100 nm, preferentemente entre 0.1 y 50 nm.

Por lo tanto, en un aspecto la invencion proporciona un recubrimiento para un implante que comprende: una capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio, donde el contenido de Sr del recubrimiento esta comprendido entre un 5 y un 25%, p. ej., entre un 5 y un 20%, tal como entre un 5 y un 15% y el grosor de dicho recubrimiento esta comprendido entre 200 nm y 3000 nm, p. ej., entre 400 y 2600 nm, tal como entre 600 y 2400 nm, y dicho recubrimiento comprende poros donde al menos un 50% de dichos poros tienen diametros de entre 0.1 y 50 nm, p. ej., entre 2 y 40 nm, tal como entre 3 y 35 nm o, por ejemplo, entre 0.1 nm y 35 nm, para estimular de esta manera la integracion osea y la curacion en las proximidades del implante.

La porosidad del recubrimiento, es decir el area superficial eficaz puede afectar notablemente al perfil de liberacion del estroncio y, de esta manera, a su vez las propiedades del recubrimiento en lo que respecta a su efecto sobre la integracion osea.

En algunas realizaciones, el contenido de Sr del recubrimiento esta comprendido entre un 8 y un 15% y el grosor del recubrimiento esta comprendido entre 1500 nm y 3000 nm.

En algunas otras realizaciones, el contenido de Sr de dicho recubrimiento esta comprendido entre un 8 y un 9% y el grosor esta comprendido entre 1400 nm y 1600 nm.

En algunas realizaciones adicionales, al menos un 70% de dichos poros tienen diametros comprendidos entre 0.1 y

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50 nm, p. ej., entre 2 y 40 nm, tal como entre 3 y 35 nm.

Tal y como se ha mencionado anteriormente, el contenido de Sr del recubrimiento puede estar comprendido entre un 0.1 y un 50%, p. ej., puede ser de hasta un 30% y el grosor del recubrimiento entre 50 y 5000 nm. Sin embargo, estos intervalos combinados con una porosidad espedfica tienen intervalos preferidos en lo que se refiere a producir un recubrimiento para un implante cuyo objetivo sea la liberacion maxima de Sr a largo plazo. Esto se logra combinando el contenido de Sr (%), el grosor del recubrimiento y la porosidad del recubrimiento de manera que recubrimiento mantenga sus propiedades mecanicas que permiten que se utilice como un recubrimiento y a la vez consiga el perfil deseado de liberacion de estroncio, es decir la liberacion maxima a largo plazo.

El grado deseado de porosidad se consigue preferentemente optimizando los parametros del metodo de deposicion. Preferentemente, el metodo de deposicion es la deposicion ffsica de vapor (PVD, por sus siglas en ingles). En este caso, con una deposicion a presion elevada, p. ej., entre 900 y 1300 mPa, se puede conseguir un grado elevado de porosidad, donde al menos un 50% de los poros tienen diametros comprendidos entre 0.1 y 50 mn.

Se ha observado que la liberacion de Sr se puede adaptar, p. ej., se puede aumentar al variar la deposicion del recubrimiento, p. ej., incrementando la presion de deposicion. Por ejemplo, los implantes utilizados para la prueba in vivo se recubrieron utilizando un intervalo de presion entre 450 y 3000 mPa, tal como un intervalo de presion entre 900 y 1300 mPa, p. ej., a 1100 mPa. La porosidad de estos recubrimientos fue superior que la de el recubrimiento realizado sobre otros implantes, donde la deposicion se realizo a 450 mPa o menos.

Por lo tanto, se ha observado que la liberacion de Sr a partir de las superficies del recubrimiento que se produce con una mayor presion de deposicion, respecto a las pruebas iniciales, es decir 450 mPa, se correlacionaba con un incremento en la porosidad de los recubrimientos. Asf pues, al incrementar la presion de deposicion, se consigue una porosidad mas elevada y, por lo tanto, una liberacion de Sr mas deseada.

Sin embargo, esto no es sencillo ya que una variacion en la presion de deposicion puede comprometer la estabilidad mecanica del recubrimiento.

La porosidad deseada tambien se puede conseguir proporcionando una superficie estructurada debajo del recubrimiento.

La superficie estructurada puede ser una macro-, micro- o nanoestructura que tiene la funcion de molde para la formacion de un recubrimiento poroso.

En la busqueda de un recubrimiento que tuviera la estabilidad mecanica y la porosidad deseadas, los inventores disenaron la invencion combinando el contenido de Sr (%), el grosor del recubrimiento y la porosidad del recubrimiento de manera que se lograra el perfil de liberacion de estroncio deseado, es decir, la liberacion maxima a largo plazo.

En un aspecto adicional de la invencion, se proporciona un implante que comprende un cuerpo recubierto con un recubrimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invencion mediante un metodo de recubrimiento de acuerdo con cualquier otro aspecto de la invencion.

En otro aspecto, la invencion proporciona un implante que comprende: un cuerpo recubierto con una capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio, donde el contenido de Sr del recubrimiento del cuerpo recubierto esta comprendido entre un 5 y un 15% y el grosor de dicho recubrimiento esta comprendido entre 200 nm y 3000 nm y dicho recubrimiento comprende poros donde al menos un 50% de dichos poros tienen diametros comprendidos entre 0.1 y 50 nm.

En algunas realizaciones acuerdo con el tercer y adicionales aspectos de la invencion, el cuerpo comprende superficies estructuradas.

En algunas realizaciones de acuerdo con el tercer y adicionales aspectos de la invencion, el cuerpo comprende compuestos metalicos.

En algunas realizaciones de acuerdo con el tercer aspecto de la invencion, el cuerpo comprende compuestos a base de titanio. Estos compuestos junto con los compuestos mencionados previamente tambien pueden comprender aleaciones de titanio tal como TiAl6V4. En algunas otras realizaciones, el cuerpo comprende otro tipo de aleaciones metalicas, tales como aleaciones de Co/Cr o Ni/Cr.

En algunas realizaciones adicionales, el cuerpo comprende polfmeros. Por ejemplo, el cuerpo puede ser un polfmero termoplastico tal como la polieter-eter-cetona (PEEK). La PEEK es un polfmero termoplastico semicristalino con unas propiedades de resistencia qmmica y mecanica excelentes que se mantienen tambien a temperaturas elevadas y, por lo tanto, es un buen candidato para los implantes.

Otro ejemplo de un polfmero que se puede utilizar es el poli(metacrilato de metilo) (PMMA). En algunas realizaciones

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adicionales, el cuerpo comprende materiales compuestos, tales como materiales compuestos polimericos.

En algunas realizaciones, el cuerpo comprende un material ceramico.

Los materiales ceramicos utilizados pueden ser ZrO2 y MgO o minerales similares al hueso, p. ej., CaCO3 e hidroxiapatita.

El recubrimiento del primer aspecto o el sustrato de acuerdo con el segundo aspecto de la invencion pueden ser producidos mediante varios metodos o una combinacion de metodos. Por ejemplo, se pueden utilizar metodos qmmicos tales como los tratamientos electroqmmicos, sol-gel mediante la precipitacion a partir de una solucion acuosa/no acuosa y metodos de deposicion qmmica de vapor o deposicion ffsica de vapor tales como la pulverizacion catodica, la ablacion por laser, la evaporacion por haz de electrones y la implantacion de iones.

Preferentemente, el metodo de deposicion es la deposicion ffsica de vapor (PVD) tal como la pulverizacion catodica.

En general, cuando en el contexto de la invencion se hace referencia a la “pulverizacion catodica” se puede considerar que se hace referencia a la “deposicion ffsica de vapor”.

En particular el sustrato de acuerdo con el segundo aspecto de la invencion puede ser producido mediante la implantacion de iones.

En un aspecto adicional, la invencion proporciona un metodo para producir un sustrato de acuerdo con el segundo aspecto de la invencion mediante implantacion de iones.

La implantacion de iones de Sr se puede conseguir utilizando un acelerador de iones, donde a partir de una fuente de iones, p. ej., Sr(OH)2, se evaporan y aceleran Sr u otra composicion qmmica que contiene Sr para que se implanten. Una de las ventajas de utilizar la implantacion de Sr para producir el sustrato de la invencion puede ser que se consigue un mejor control de la liberacion de Sr.

La mayor ventaja de la implantacion de iones es que el cuerpo no esta recubierto, sino que se implanta Sr en el cuerpo, de manera que el riesgo de desprendimiento de la lamina del recubrimiento se elimina. La idea basica es que, mediante la implantacion de iones, el Sr entra profundamente en el cuerpo que es el sustrato. Ademas, al variar la energfa de los iones de entrada, se puede controlar finamente el perfil de profundidad de los iones implantados.

En un aspecto adicional, la invencion proporciona un metodo para recubrir un implante mediante tecnicas de deposicion ffsica de vapor, comprendiendo el metodo: depositar a partir de uno o mas blancos que comprenden Sr y/o Ti, una capa que comprende Sr y/o Ti sobre al menos parte de un cuerpo.

De acuerdo con el cuarto y adicionales aspectos, el implante que se va a recubrir se introduce en una camara a vacfo, donde el material se retira de una fuente, denominada blanco, y se deposita sobre la superficie de un cuerpo, es decir el implante, tambien denominado sustrato.

La manera en la cual los materiales se retiran de la fuente determina el tipo de deposicion ffsica de vapor utilizado. Por ejemplo, calentando una fuente en una configuracion a vacfo, se puede conseguir la deposicion sobre el sustrato mediante evaporacion termica.

En otros procesos de PVD, tal como la pulverizacion catodica, los atomos son expulsados de un material fuente debido al bombardeo del blanco con parffculas energeticas.

Un ejemplo de parametros de deposicion que proporcionan el recubrimiento y el implante de la invencion son:

- presion comprendida entre 200 y 2500 mPa;

- temperatura comprendida entre 25 y 550 °C;

- un voltaje de polarizacion negativo comprendido entre 0 y 110 V aplicado al sustrato.

En estos intervalos, se produce el recubrimiento deseado.

Por lo general, los blancos a base de titanio y los blancos a base de estroncio se definen en la presente como blancos que comprenden titanio y estroncio respectivamente.

En algunas realizaciones de acuerdo con el cuarto y adicionales aspectos de la invencion, el blanco o los blancos comprenden SrTiO3.

En alguna otra realizacion, el blanco o los blancos comprenden SrX2, donde X es un elemento halogeno.

En algunas realizaciones adicionales, el blanco o los blancos comprenden SrCO3.

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Por lo tanto, los blancos utilizados pueden comprender SrO o SrCl2 o SrF2 o SrCO3 o una combinacion de estos.

Por lo general, los blancos de Sr no son estables al aire debido a la elevada reactividad del Sr que reacciona de manera exotermica con el aire.

La pulverizacion catodica a partir de un blanco de Sr puro es posible, pero necesita algunos requisitos especiales en el sistema de pulverizacion catodica, p. ej., una camara de carga. Por lo tanto, con las configuraciones adecuadas, se puede conseguir la pulverizacion catodica a partir de un blanco de Sr puro.

El metodo de acuerdo con el cuarto y adicionales aspectos de la invencion tiene la ventaja unica de utilizar un blanco que contiene Sr conductor que es estable al aire. En algunos ejemplos, esto se logra mediante la pulverizacion catodica a partir de un blanco de Ti puro combinado con un blanco aleado/compuesto producido a partir de una mezcla de Ti y SrTiO3.

En algunas realizaciones de acuerdo con el cuarto y adicionales aspectos de la invencion, el metodo comprende ademas: depositar una capa a base de Ti sobre el cuerpo antes del paso de deposicion.

En algunas realizaciones de acuerdo con el cuarto y adicionales aspectos de la invencion, el metodo para recubrir un implante comprende ademas: depositar una capa protectora despues del paso de deposicion.

En un quinto aspecto, la invencion proporciona un metodo para recubrir un cuerpo mediante tecnicas de deposicion ffsica de vapor, tal como la pulverizacion catodica, comprendiendo el metodo la deposicion conjunta a partir de un blanco a base de titanio y un blanco a base de estroncio de una capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio sobre al menos parte del cuerpo. En la presente, la deposicion de dos materiales diferentes procedentes de dos fuentes diferentes se denomina deposicion conjunta. La deposicion conjunta de los dos materiales diferentes puede ser una deposicion simultanea o una deposicion de los dos materiales diferentes pospuesta en el tiempo. En la presente, un proceso por el cual los atomos son expulsados desde un material blanco solido debido al bombardeo del blanco con parffculas energeticas, p. ej., pulverizacion catodica con magnetron, se denomina pulverizacion catodica.

En ese sentido, la pulverizacion catodica abarca todos los tipos de metodos de pulverizacion catodica, tal como la pulverizacion catodica con magnetron con impulso de alta potencia (HiPIMS, por sus siglas en ingles) y la pulverizacion catodica de radiofrecuencia (RF).

En algunas realizaciones, el metodo de acuerdo con el quinto aspecto de la invencion comprende ademas depositar una capa a base de Ti sobre el cuerpo antes del paso de deposicion conjunta.

La capa a base de Ti puede ser una de las denominadas capas interfaciales en relacion con el primer aspecto de la invencion.

En algunas realizaciones adicionales, el metodo de acuerdo con el quinto y otros aspectos de la invencion comprende ademas depositar una capa protectora despues de depositar la capa que contiene Sr o el paso de deposicion conjunta.

En algunas realizaciones de acuerdo con el quinto aspecto de la invencion, la capa protectora es una capa polimerica.

La capa protectora se puede denominar en la presente tambien capa de difusion, tal como se ha divulgado en relacion con el tercer aspecto de la invencion.

En algunas realizaciones, el metodo de acuerdo con el quinto aspecto de la invencion es un metodo para recubrir un cuerpo de acuerdo con el tercer aspecto de la invencion.

En un sexto aspecto, la invencion proporciona un metodo para recubrir un cuerpo mediante tecnicas de deposicion ffsica de vapor, tales como la pulverizacion catodica, comprendiendo el metodo: depositar conjuntamente, a partir de un blanco a base de titanio y un blanco compuesto por una mezcla de titanio y SrTiO3, una capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio sobre al menos una superficie del cuerpo.

En algunas realizaciones, el metodo de acuerdo con el sexto y otros aspectos de la invencion comprende ademas depositar una capa a base de Ti sobre el cuerpo antes de depositar la capa que contiene Sr o el paso de deposicion conjunta.

La capa a base de Ti puede ser una de las denominadas capas interfaciales en relacion con el primer aspecto de la invencion.

En algunas realizaciones, el metodo de acuerdo con el sexto y otros aspectos de la invencion, comprende depositar una capa protectora despues del paso de deposicion o de deposicion conjunta.

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La capa protectora se puede denominar en la presente tambien capa de difusion, tal como se ha divulgado en relacion con el primer aspecto de la invencion.

En algunas realizaciones de acuerdo con el sexto aspecto de la invencion, la capa protectora es una capa polimerica.

En algunas realizaciones, el metodo de acuerdo con el sexto aspecto de la invencion es un metodo para recubrir un cuerpo de acuerdo con el tercer aspecto de la invencion. Por lo general, los metodos para producir el recubrimiento proporcionan un recubrimiento sin carbono y que comprende unicamente Sr, Ti y O. Sin embargo, despues de retirar el implante recubierto de la camara de deposicion, debido al contacto con el aire y otros gases, tales como CO2, O2 o N2, la adsorcion de estos gases sobre la superficie externa del recubrimiento puede producir capas adicionales de compuestos de Sr/Ti. Estas capas, debido a su formacion, es decir despues del paso de deposicion, se limitan por lo general unicamente a la region superficial externa del recubrimiento. Estas capas tambien pueden formarse por la reaccion con gases introducidos en la camara de deposicion, durante o despues del paso de deposicion, antes de abrir la camara a la atmosfera.

En algunas realizaciones de acuerdo con cualquiera de los aspectos de la invencion, la capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio es una capa porosa que tiene poros donde al menos un 50% de dichos poros tienen un diametro comprendido entre 0.1 y 50 nm.

En algunas realizaciones de acuerdo con cualquiera del cuarto, quinto, sexto y adicionales aspectos de la invencion, el metodo de recubrimiento de un implante comprende poner en contacto el cuerpo con una solucion acuosa durante un periodo de tiempo comprendido entre 1 y 120 minutos, preferentemente entre 1 y 60 minutos, mas preferentemente en el intervalo comprendido entre 20 y 30 minutos, para lavar de esta manera el cuerpo recubierto.

En algunas realizaciones de acuerdo con cualquiera del cuarto, quinto y sexto aspectos de la invencion, el metodo comprende ademas un pretratamiento antes del paso de deposicion, comprendiendo el pretratamiento: la produccion de micro- o nanoestructuras sobre al menos una superficie del cuerpo.

Las implementaciones de estos metodos pueden referirse al uso de otros blancos que contienen Sr que tienen otras especies qmmicas tales como O, N o C. Estas especies tambien se pueden incluir en el paso de deposicion utilizando diferentes gases del proceso, p. ej., N2, CO2 u O2.

Sin embargo, cabe destacar que tambien se pueden utilizar en la presente invencion otros metodos conocidos para incorporar o formar depositos de Sr sobre una superficie del implante.

Por ejemplo, se puede incorporar Sr mediante la deposicion qmmica de vapor (CVD, por sus siglas en ingles), CVD asistida por plasma, CVD termica, deposicion de la capa atomica, pulverizacion por plasma, pulverizacion catodica reactiva, evaporacion termica, ablacion por laser, la evaporacion por haz de electrones o la deposicion mediante arco de descarga. Como alternativa, el Sr tambien se puede someter a una implantacion de iones en el cuerpo del implante.

Cada uno del primer, segundo, tercero y otros aspectos de la presente invencion se puede combinar con cualquiera de los otros aspectos. Estos y otros aspectos de la invencion seran evidentes a partir de las realizaciones descritas anteriormente en la presente y se elucidaran haciendo referencia a estas.

Descripcion breve de las figuras

El recubrimiento, sustrato, implante y metodos de acuerdo con la invencion se describira a continuacion mas detalladamente en relacion con las figuras adjuntas. Las figuras muestran una manera de implementar la presente invencion y esta no debe interpretarse como limitante respecto a otras posibles realizaciones comprendidas en el alcance del conjunto de reivindicaciones adjuntas.

La Figura 1 muestra un espectro de XPS de una pelmula de Ti puro (principal); las lmeas discontinuas representan los picos sometidos a deconvolucion. El recuadro muestra la region 2p del Ti de recubrimientos de titanio que contienen un 0.0, 1.0 y 11.9 %at. de estroncio, respectivamente.

La Figura 2 muestra la region 3d del Sr en un espectro de XPS de recubrimientos de titanio que contienen un 1.0 y 11.9%at. de estroncio, respectivamente. Se incluye un recubrimiento que contiene unicamente Sr como referencia. Las lmeas discontinuas representan los picos sometidos a deconvolucion.

La Figura 3 muestra la region 1s del O en un espectro de XPS de recubrimientos de titanio que contienen un 0.0, 1.0 y 11.9%at. de estroncio, respectivamente. Se incluye un recubrimiento que contiene unicamente Sr como referencia. Las lmeas discontinuas representan los picos sometidos a deconvolucion. Las marcas superpuestas denotan (*) titanio hidroxilado y (**) agua fisisorbida, respectivamente.

La Figura 4 muestra imagenes de SEM de la seccion transversal (angulo de inclinacion: 10 °) de dos recubrimientos con diferentes contenidos de estroncio: (a) 1.0%at. de Sr, (b) 11.9%at. de Sr. La barra de

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escala es valida para ambas imagenes.

La Figura 5 muestra los difractogramas de rayos X 0-20 de recubrimientos de Ti con contenidos de Sr en el intervalo de 0.0-11.9%at. Los picos indexados corresponden a hcp-titanio. Notese que se utiliza una escala logantmica.

La Figura 6 muestra el tamano de grano (cuadrados negros) frente al contenido de Sr obtenido a partir del pico de difraccion 0.02 del Ti. Las barras de error representan las desviaciones estandar estimadas cuando se ajustan los datos de rayos X a una funcion de pseudo-Voigt. Los triangulos blancos representan los tamanos de grano estimados a partir de las imagenes TEM.

La Figura 7 es una grafica que representa la dureza del recubrimiento y la densidad relativa de electrones frente al contenido de estroncio. Se pretende que las lmeas sean una grna visual.

La Figura 8 muestra la dureza del recubrimiento representada frente a la densidad relativa de electrones.

La Figura 9 es un diagrama de flujo de un metodo de acuerdo con un aspecto de la invencion.

La Figura 10 muestra la estructura del recubrimiento de acuerdo con una realizacion de la invencion.

La Figura 11 es una grafica que representa la liberacion de estroncio medida utilizando la espectroscopfa de emision optica con plasma acoplado inductivamente en funcion del tiempo.

La Figura 12 es una grafica que representa la liberacion de estroncio medida por ICP-OES en funcion del tiempo para varias composiciones elementales (Sr/Ti) de los recubrimientos.

Las Figuras 13 y 14 muestran el resultado de una prueba con el implante en ratas.

Las Figuras 15 y 16 muestran el resultado de una segunda prueba con el implante en las ratas despues de cinco semanas.

Descripcion detallada de una realizacion

El contenido estroncio en el recubrimiento influencia la morfologfa, cristalinidad y nanoestructura de un recubrimiento de titanio-estroncio por pulverizacion catodica. En particular, parece que el estroncio reduce el tamano de los nanocristales de titanio en el recubrimiento y que la cantidad de material amorfo aumenta al aumentar el contenido de estroncio. Por lo tanto, se proporciona un recubrimiento que tiene un nivel deseado de dureza y en el que se puede adaptar la tasa de liberacion de Sr.

Ejemplo 1

Recubrimiento depositado mediante pulverizacion catodica con magnetron a partir de blancos elementales puros.

El recubrimiento de la invencion se puede depositar mediante pulverizacion catodica con magnetron.

Por ejemplo, las deposiciones se llevaron a cabo en un sistema de alto vacfo con una presion de base de < 1 x 10-5 Pa, utilizando pulverizacion catodica conjunta con magnetron a partir de blancos de 2 pulgadas de Ti (99.8%) y Sr (99%). El blanco de Ti se utilizo en un modo de potencia dc, mientras que con el blanco de Sr se utilizo un modo de regulacion de la corriente y con una potencia mediante un suministro dc pulsado bipolar (MDX 1 kW de Advanced Energy + unidad Sparc-Ie V) con el fin de eliminar la capa de oxido de estroncio que se forma de manera natural. Durante todas las deposiciones, la potencia del blanco total se mantuvo constante a 200 W.

Los elementos obturadores controlados con una presion de aire colocados entre los blancos y el sustrato hacen posible la limpieza por pulverizacion catodica de los blancos antes de la deposicion. Los magnetrones se inclinaron y alejaron 25 ° respecto a la normal del sustrato con una distancia entre el blanco y el sustrato de 20 cm. Dependiendo de la potencia del blanco total, se obtuvieron tasas de deposicion de 4-6 nm/min con una presion de trabajo de 0.5 Pa con Ar (99.9997%) como un gas de entrada. El grosor del recubrimiento se ajusto a ~250 nm cambiando el tiempo de deposicion.

El recubrimiento que se muestra en este ejemplo se deposita sobre una oblea de Si(001) con oxido nativo; estos sustratos se limpiaron de manera ultrasonica en acetona y etanol antes de insertarlos en la camara de vacfo. Durante las deposiciones, los sustratos se hicieron flotar electricamente y no se empleo el calentamiento del sustrato.

Sin embargo, los implantes recubiertos emplearan cuerpos que son sustratos hecho de metales, tales como compuestos a base de Ti, polfmeros, p. ej., PEEK o materiales ceramicos.

El grosor del recubrimiento se determino a partir de microscopfa de barrido electronico (SEM, por sus siglas en ingles) de la seccion transversal. Los recubrimientos se analizaron por difraccion de rayos X (XRD, por sus siglas en

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ingles). Se obtuvo la informacion microestructural sobre los tamanos del grano y la microdeformacion mediante el analisis del perfil de lmea unica. Las densidades electronicas de los recubrimientos se extrajeron a partir de los respectivos angulos cnticos obtenidos a partir de las medidas de la reflectividad de rayos X.

La composicion qmmica de las superficies del recubrimiento y de las estructuras de union de los elementos contenidos fueron analizados por espectroscopfa fotoelectronica de rayos X (XPS, por sus siglas en ingles) operada con una corriente de emision de 10 mA y un voltaje de aceleracion de 15 kV. Se utilizo un neutralizador de la carga para compensar la carga de la muestra. Se recopilaron barridos de exploracion a partir de un area de 700x300 pm2 con una energfa de paso de 160 eV. Se adquirieron espectros con una elevada resolucion en la region energetica de interes utilizando una energfa de paso de 20 eV. Los picos de resolucion elevada se sometieron a una deconvolucion utilizando la forma de la lmea Gausiana - Lorentziana, GL(30), excepto para los picos del metal Ti(0) 2p para los cuales se utilizo una forma de la lmea asimetrica, LA(1.1, 5, 7). Los espectros de XPS de resolucion elevada respectivos se corrigieron utilizando un fondo Shirley. La escala de la energfa de union se calibro utilizando la energfa de union 1s del C (285 eV) del carbono fortuito.

Antes del analisis por XPS, las muestras se trataron con ozono ultravioleta durante 30 min., sin embargo, no se realizo una limpieza por pulverizacion catodica. Se obtuvieron las composiciones qmmicas en profundidades mayores de recubrimiento mediante una espectroscopfa de retrodispersion de Rutherford (RBS, por sus siglas en ingles) utilizando iones 4He+ de 1.7 MeV y un angulo de dispersion de 170 °.

Los valores de la dureza del recubrimiento se midieron mediante nanoindentacion. Para cada muestra, se realizaron 64 indentaciones en el intervalo de carga de 100-1000 pN. Con el fin de evitar cualquier contribucion del sustrato, a los datos se aplico un lfmite de una profundidad de penetracion de 50 nm, lo que corresponde a ~20% del grosor del recubrimiento. La dureza, H, y el modulo elastico reducido, Er, se determinaron de acuerdo con el procedimiento de Oliver-Pharr.

Los espectros de RBS y los barridos de exploracion de XPS revelaron que el Ti, Sr y O eran los principales elementos en el recubrimiento, con C y N (y posiblemente mas O) como contaminantes superficiales. El analisis por RBS revelo que los recubrimientos de Ti investigados conteman entre un 0.0 y un 11.9%at. de Sr.

Las Figuras 1-3 muestran los espectros de XPS de resolucion elevada de las regiones 2p del Ti, 3d del Sr y 1s del O obtenidos a partir de recubrimientos de titanio que contienen estroncio seleccionados. En las Figuras 2-3, se han incluido como referencia los respectivos espectros de un recubrimiento de Sr que se hizo reaccionar totalmente con el aire. La parte principal de la Figura 1 muestra un espectro de la region 2p del Ti para un recubrimiento de titanio puro. Los picos sometidos a deconvolucion incluidos corresponden al Ti en varios estados de oxidacion. Se asignan las principales contribuciones al Ti(IV)O2 y al Ti(0) metalico, segun se determina a partir de las posiciones de los picos a 458.7 eV (TI(IV) 2p3/2) y 453.7 eV (Ti(0) 2p3/2) y los correspondientes desdoblamientos de los dobletes de 5.7 y 6.1 eV, respectivamente. El recuadro de la Figura 1 muestra el espectro 2p del Ti para muestras que contienen 0.0, 1.0 y 11.9%at. de Sr. Las intensidades del pico 2p del Ti disminuyen cuando aumenta el contenido de Sr de los recubrimientos. Ademas, la muestra con un 11.9%at. de Sr no muestra ninguno de los picos 2p del metal Ti(O), lo que indica que se ha formado una capa gruesa externa de oxido. La Figura 2 muestra el espectro XPS de 3d del Sr para muestras que contienen 1.0 y 11.9%at. de Sr, asf como tambien el recubrimiento de Sr de referencia (sin Ti).

La Figura 3 muestra el espectro 1s del O para muestras con contenidos de estroncio de un 0.0, 1.0 y un 11.9% y el recubrimiento de estroncio de referencia. Se observan dos caractensticas distintivas a partir de la Figura 3; un pico a 529.9 eV, que corresponde a Ti(IV)O2 y un pico a 531.7 eV, que se atribuye al oxfgeno unido al estroncio (Sr0x). A partir de la Figura 3, se observa un desplazamiento desde oxfgeno unido principalmente a Ti para el recubrimiento de Ti puro hasta oxfgeno unido principalmente a Sr para el recubrimiento que contiene un 11.9%at. de Sr. A partir de las areas de los picos sometidos a deconvolucion (Figura 3) de la muestra que contiene un 11.9%at. de Sr, se estima que aproximadamente un 60% del oxfgeno esta asociado con estroncio en la capa superficial externa, mientras que unicamente un 20% es oxfgeno unido a Ti. Esto puede explicar por que el contenido de oxfgeno estimado aumenta desde ~8%at. en el recubrimiento de Ti puro hasta ~19%at. en el recubrimiento que contiene un 11.9%at. de Sr, ya que la oxidacion del estroncio normalmente no se restringe a la region superficial. Ademas, las Figuras 1, 2 y 3 insinuan que el Ti y el Sr no forman ningun tipo de enlaces mutuos.

La Figura 4 muestra imagenes de SEM de secciones transversales fracturadas de dos recubrimientos con diferentes contenidos de estroncio. El recubrimiento con un 1.0%at. de Sr (Figura 4a) muestra una morfologfa de tipo columnar que se asemeja a la del recubrimiento de Ti puro. Tal y como se puede observar a partir de la Figura 4b, se obtiene una morfologfa de recubrimiento densa y no columnar para la muestra que contiene un 11.9%at. de Sr.

La Figura 5 muestra difractogramas de rayos X 6-29 de recubrimientos de Ti con concentraciones de estroncio comprendidas entre un 0.0 y un 11.9%at. tal y como se ha determinado a partir los analisis de RBS.

Todos los picos se pueden atribuir al titanio hexagonal (hcp). Sin embargo, las muestras con hasta un 2.4%at. de incorporacion de Sr tienen una cristalinidad menor y un grado menor de orientacion preferida en comparacion con el recubrimiento de Ti puro. Segun se incorpora mas estroncio en los recubrimientos, una senal muy amplia a angulos

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20 bajos emerge y aumenta. Esta senal se puede interpretar como una fase amorfa que rodea los nanocristales de Ti, donde la cantidad de material amorforo aumenta con el contenido de Sr. A partir de la Figura 5, se observa que los recubrimientos que contienen un 7.2 y un 11.9%at. de Sr son completamente amorfos por rayos X. Es probable que se forme una fase amorfa durante las etapas iniciales de la deposicion debido al hecho de que la concentracion de estroncio incorporado excede por mucho el lfmite de equilibrio de la solubilidad del solido.

La Figura 6 muestra el tamano de grano (cuadrados negros) determinado a partir del pico de difraccion de Ti 002, tal como se muestra en la Figura 5 para recubrimientos con contenidos de estroncio de un 0.0, 0.5, 1.0, 1.4 y 2.4%at., respectivamente. Los triangulos blancos representan los valores del tamano de grano estimado a partir de imagenes TEM de las muestras que contienen un 1.0%at. de Sr (no se muestra la imagen) y un 7.2%at. de Sr. Se incluyo el ensanchamiento del pico debido a la microdeformacion en el analisis cuantitativo de los datos de rayos X y se observo un descenso de la microdeformacion desde un 1.2% en el recubrimiento de Ti puro hasta un nivel constante de ~0.6% en los recubrimientos que contienen estroncio. A partir de la figura 7, se observa que el tamano de grano de Ti disminuye notablemente desde ~34 nm en el recubrimiento de Ti puro hasta ~16 en los recubrimientos que contienen un 0.5, 1.0 y 1.4%at. de Sr, y disminuye aun mas hasta ~9 nm en la muestra con un contenido de Sr de un 2.4%at. El tamano de grano promedio del recubrimiento amorfo por rayos X que contiene un 7.2%at. de Sr se estimo en ~6 nm a partir de imagenes TEM. La disminucion en el tamano del nanocristal de titanio al incrementar las concentraciones de estroncio refleja probablemente los cambios en las tasas de nucleacion y crecimiento de los nanocristales precipitados en la fase amorfa.

La Figura 7 muestra la dureza del recubrimiento (sfmbolos negros) y la densidad electronica relativa (sfmbolos blancos) en funcion de la concentracion de estroncio. La densidad electronica relativa se define aqrn como la densidad electronica medida del recubrimiento respecto a la densidad electronica del Ti a granel (bulk Ti) tabulada. Se observo que la dureza del recubrimiento aumentaba inicialmente desde 5.4 GPa para el recubrimiento de Ti puro hasta un valor maximo de 6.8 GPa para el recubrimiento que contema un 2.4%at. de Sr. Con concentraciones mas elevadas de Sr de 7.2 y 11.9%at., la dureza disminuye hasta un nivel constante de ~4.6 GPa. Se observa a partir de la Figura 7 que la densidad electronica muestra la misma dependencia del contenido de Sr que se observo para la dureza. La densidad electronica del recubrimiento de Ti puro es de ~92% en comparacion con la del Ti a granel. Se observaron densidades electronicas maximas que correspondfan a ~94% de la del Ti a granel para las muestras que conteman un 1.0, 1.4 y 2.4%at. de Sr. Se observaron densidades electronicas menores que correspondfan a ~91% de la del Ti a granel para las muestras con los contenidos mas elevados de Sr, de un 7.2 y 11.9%at. En la Figura 8, la dureza del recubrimiento se representa graficamente frente a la densidad electronica relativa, lo que muestra explfcitamente que la dureza vana linealmente con la densidad electronica.

Parece ser que el aumento de la densidad inicial, es decir la Figura 7, refleja los cambios estructurales y morfologicos debido a la incorporacion de Sr en los recubrimientos de Ti.

Por lo tanto, las deposiciones de recubrimientos de titanio que contienen estroncio llevadas a cabo mediante pulverizacion catodica conjunta con magnetron muestran que el contenido de Sr y el metodo por el cual se deposita influyen en la nanoestructura y morfologfa resultantes, asf como tambien en la densidad electronica y la dureza del recubrimiento resultantes.

Este ejemplo muestra que la fase amorfa en los recubrimientos aumenta al aumentar la concentracion de estroncio. En consecuencia, se observo que el tamano de los nanocristales de Ti depositados aumentaba con concentraciones mas elevadas de Sr. Ademas, se observo que la dureza del recubrimiento variaba linealmente con la densidad electronica relativa. La incorporacion de pequenas cantidades de Sr mediante pulverizacion catodica con magnetron daba como resultado un aumento en las densidades electronicas y los valores de la dureza.

La Figura 9 es un diagrama de flujo de un metodo de acuerdo con un aspecto de la invencion. El metodo para recubrir un cuerpo por medio de pulverizacion catodica comprende el paso (S1) de depositar una capa de Ti sobre el cuerpo antes del paso de deposicion o de deposicion conjunta (S2); el paso (S2) de depositar o depositar conjuntamente, a partir de un blanco a base de titanio y un blanco a base de estroncio, una capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio sobre al menos una superficie del cuerpo; el paso (S3) de depositar una capa protectora despues del paso de deposicion conjunta (S2).

La Figura 10 muestra la estructura de recubrimiento de acuerdo con una realizacion de la invencion.

El recubrimiento 1 se muestra recubriendo un cuerpo 2, tal como un implante de Ti, con una capa 3 que comprende compuestos de base metalica, tal como una capa de Ti. La capa funcionalizadora 4 se situa sobre la capa de Ti. La capa 4 comprende oxido de estroncio y oxido de titanio. Se puede colocar una capa protectora opcional 5, tal como una capa polimerica, sobre la capa 4.

Aunque la presente invencion se ha descrito en relacion con las realizaciones especificadas, no se debe interpretar de ninguna manera que esta limitada a los ejemplos presentados. El alcance de la presente invencion esta definido por el conjunto de reivindicaciones adjuntas. En el contexto de las reivindicaciones, el termino “comprende” o la expresion “que comprende” no excluyen otros posibles elementos o pasos. Asimismo, no debe considerarse que la

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mencion de referencias tales como “un” o “uno”, etc. excluye la pluralidad. El uso de senales de referencia en las reivindicaciones con respecto a los elementos indicados en las figuras no se debe interpretar que limita el alcance de la invencion. Ademas, las caractensticas individuales mencionadas en diferentes reivindicaciones podran posiblemente combinarse de manera conveniente y la mencion de estas caractensticas en las diferentes reivindicaciones no excluye que una combinacion de caractensticas no sea posible y conveniente.

La Figura 11 muestra la liberacion de estroncio acumulada en funcion del tiempo determinada mediante experimentos de lavado. Estos experimentos de lavado se han llevado a cabo en algunos de los recubrimientos de Ti-Sr-O preparados sobre geometnas de un implante de Ti de Grado 4 con un diametro de 1.1 mm. El area superficial recubierta total de cada geometna del implante correspondio a 1 cm2. Resumiendo, se estudio la liberacion de Sr sumergiendo sustratos en solucion salina tamponada con fosfato (PBS) utilizando 1 mL/cm2. A continuacion, estos se dejaron durante 1 dfa en una incubadora a 37 °C. A continuacion, se elimino el PBS y se guardo para los analisis. A continuacion, se anadio otra vez 1 mL/cm2 de PBS nuevo a los sustratos y se dejo durante dos dfas mas (dfa 3). En este momento, se elimino el PBS y se guardo de nuevo y se anadio PBS nuevo a las muestras. Las ultimas muestras se recuperaron despues de un periodo total de 14 dfas. Las muestras recuperadas se analizaron utilizando espectroscopfa de emision optica con plasma acoplado inductivamente (ICP- OES). El instrumento utilizado para el analisis fue un Spectro Arcos de AMETEK (AMETEK, Alemania). Se realizaron un total de tres analisis en cada muestra y la cantidad total de muestra utilizada para analisis fue de aproximadamente 8 mL. Cabe destacar que el valor maximo de la tasa de liberacion de estroncio se puede ajustar y que es posible un suministro prolongado.

Ademas, la Figura 11 muestra claramente que las muestras que tienen un recubrimiento mas grueso generan la liberacion mas alta de Sr a largo plazo, es decir ~9 pg/cm2 a lo largo de un penodo de dos semanas. La liberacion optima a largo plazo puede ser superior que el valor medido para el conjunto de muestras presentadas en la figura.

La Figura 12 muestra la liberacion de estroncio acumulada medida por ICP-OES en funcion del tiempo para varias composiciones elementales (%at.) de recubrimientos preparados sobre obleas de silicio. La liberacion de Sr acumulada se ha definido anteriormente como la acumulacion del Sr a lo largo del penodo de liberacion, por lo tanto, los datos del dfa 3 corresponden a la suma de los datos del dfa 1 y del dfa 3.

Estos valores, tales como la concentracion y la tasa de liberacion, se pueden adaptar hasta los valores deseados mediante ajustes del metodo de deposicion, concentracion de Sr y grosor y estructura de la capa de recubrimiento.

Ejemplo 2

Recubrimiento depositado para un implante en roedores.

Se han estudiado un total de 40 implantes en 20 ratas. 10 de estos fueron implantes de referencia sin recubrimiento.

Los implantes tuvieron un diametro de 1.1 mm y una longitud de 6 mm. Los recubrimientos depositados sobre los implantes tuvieron una concentracion de Sr de un 5.5%at. y diferentes grosores comprendidos entre 50 y 1500 nm.

Los implantes se fijaron al hueso mediante una colocacion a presion, es decir la unica fuerza que mantema el implante en su lugar fue la friccion entre el implante y el hueso.

Las Figuras 13 y 14 muestran el resultado de la prueba despues de 4 semanas.

Por lo general, se observo que el grosor del recubrimiento aumenta el area superficial, por lo tanto, un incremento en el area superficial parece ser beneficioso para la formacion de hueso nuevo. En este sentido, tambien puede ser posible lograr resultados similares con un recubrimiento mas delgado pero mas poroso.

Tambien se puede apreciar que la presencia del recubrimiento aumenta la formacion del hueso y, en particular, la presencia de un recubrimiento con un grosor de 1500 nm consigue un 50% de formacion de hueso nuevo.

Tambien se puede apreciar que se obtiene un aumento del contacto promedio entre el hueso y el implante con un mayor grosor del recubrimiento que corresponde a un nivel mas elevado de liberacion de Sr.

Ejemplo 3

Recubrimiento depositado para un implante en roedores.

Se han estudiado un total de 60 implantes en 30 ratas.

Los implantes tuvieron un diametro de 1.1 mm y una longitud de 5 mm. Los recubrimientos depositados sobre los implantes tuvieron una concentracion de Sr de un 5.5%at. y un 8-9%at. y un grosor de 1500 nm.

Los implantes recubiertos se sometieron a un paso de lavado durante 60 o 22 minutos, para eliminar posibles segregados de Sr sobre la superficie del recubrimiento. El paso de lavado elimina el Sr en diferentes formas, p. ej.,

SrO segregado sobre la superficie, pero no elimina el propio titanato de estroncio, es decir no destruye el recubrimiento. Tambien puede ser que durante el paso de lavado tenga lugar un intercambio ionico parcial.

Los implantes de esta prueba in vivo emplearon un diseno ligeramente diferente al de la prueba anterior de manera que se evitara el riesgo de inflamacion debido a micromovimientos del implante. Los implantes utilizados en esta 5 prueba in vivo fueron mas cortos, 5 mm en lugar de 6 mm y se proporcionaron equipados con un filamento de manera que se lograra un mejor anclaje al hueso.

Las Figuras 15 y 16 muestran el resultado de la segunda prueba con el implante en las ratas despues de cinco semanas.

Al buscar un recubrimiento y, por lo tanto, un implante donde la liberacion de Sr se prolongue en el tiempo, es decir, 10 que tambien haya liberacion despues de varios dfas del implante, por lo tanto un recubrimiento que permita la liberacion mas elevada de Sr a largo plazo, se observo que, tal y como se puede apreciar a partir de la Figura 15, el recubrimiento con la concentracion mas elevada, es decir un 8-9% y el tiempo mas bajo de lavado, es decir 22 minutos, fue el que proporciono el mejor crecimiento del hueso y, por lo tanto, la liberacion mas elevada de Sr a largo plazo de acuerdo con los perfiles de lavado esperados.

15 La Figura 16 muestra el contacto entre el hueso y el implante. Este es otro modo de evaluar el crecimiento del hueso en las proximidades del implante. Los valores mostrados en la Figura 16 son el % de contacto entre el hueso y el implante, es decir, los puntos de contacto entre el implante y el hueso que ha crecido despues del periodo de implantacion de cinco semanas.

En conclusion, los resultados de las pruebas senalan hacia un recubrimiento que tiene una concentracion de Sr mas 20 elevada y con un paso de lavado limitado o ausente.

Claims (15)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   REIVINDICACIONES

   1. Un recubrimiento para un implante que comprende:

   una capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio, donde el contenido de Sr de dicho recubrimiento esta comprendido entre un 5 y un 25%at. y el grosor de dicho recubrimiento esta comprendido entre 200 nm y 3000 nm, y dicho recubrimiento comprende poros donde al menos un 50% de dichos poros tienen diametros comprendidos entre 0.1 y 50 nm, y de este modo se estimula la integracion osea y la curacion en las proximidades del implante.
2. 2. Un recubrimiento para un implante de acuerdo con la reivindicacion 1, donde el contenido de Sr de dicho recubrimiento esta comprendido entre un 8 y un 15% y el grosor de dicho recubrimiento esta comprendido entre 1500 nm y 3000 nm.
3. 3. Un recubrimiento para un implante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el contenido de Sr de dicho recubrimiento esta comprendido entre un 8 y un 9% y el grosor esta comprendido entre 1400 nm y 1600 nm.
4. 4. Un recubrimiento para un implante de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, donde dicha capa comprende ademas carbonato de estroncio.
5. 5. Un recubrimiento para un implante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha capa comprende ademas compuestos de base metalica.
6. 6. Un recubrimiento para un implante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo dicho recubrimiento ademas una capa interfacial entre la superficie del implante que se va recubrir y dicha capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio.
7. 7. Un recubrimiento para un implante de acuerdo con la reivindicacion 6, donde dicha capa interfacial es una capa a base de titanio.
8. 8. Un recubrimiento para un implante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo dicho recubrimiento ademas una capa de difusion sobre dicha capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio.
9. 9. Un recubrimiento para un implante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-8, donde dichos compuestos a base de titanio estan en una fase amorfa y/o cristalina.
10. 10. Un recubrimiento para un implante de acuerdo con la reivindicacion 9, donde dichos compuestos a base de titanio en dicha fase cristalina tienen un tamano de grano inferior a 100 nm.
11. 11. Un metodo para proporcionar un recubrimiento para un implante de acuerdo con las reivindicaciones 1-10 mediante tecnicas de deposicion ffsica de vapor, comprendiendo el metodo:

    depositar a partir de uno o mas blancos que comprenden Sr y/o Ti una capa que comprende Sr y Ti sobre al menos parte de un cuerpo.
12. 12. Un metodo para proporcionar un recubrimiento para un implante mediante tecnicas de deposicion ffsica de vapor, tales como la pulverizacion catodica de acuerdo con la reivindicacion 11, donde dicha deposicion comprende:

    la deposicion conjunta a partir de un blanco a base de titanio y un blanco a base de estroncio de una capa que comprende oxido de estroncio y oxido de titanio sobre al menos una parte de dicho cuerpo.
13. 13. Un metodo para proporcionar un recubrimiento para un implante de acuerdo con las reivindicaciones 11-12, comprendiendo el metodo ademas:

    - depositar una capa a base de Ti sobre el cuerpo antes del paso de deposicion;

    - depositar una capa protectora despues de dicho paso de deposicion.
14. 14. Un metodo para proporcionar un recubrimiento para un implante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 11-13, que comprende ademas poner en contacto dicho cuerpo con una solucion acuosa durante un periodo de tiempo comprendido entre 1 y 120 minutos, preferentemente entre 1 y 60 minutos, mas preferentemente en el intervalo comprendido entre 20 y 30 minutos, para lavar de esta manera dicho cuerpo recubierto.
15. 15. Un implante que comprende:

    un cuerpo recubierto con un recubrimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10.