La present tesi de Màster té com a principal objectiu investigar l'efecte de la modificació superficial a nivell micromètric de la zircona dental (3Y-TZP) per promoure l'adhesió i el creixement cel·lular. Les mostres utilitzades es van preparar mitjançant la tècnica de compressió isostàtica en Fred (CIP) i posteriorment es sinterizaron a 1450 ºC. A continuació, es va realitzar la modificació superficial de les mostres mitjançant un equip làser nanosegon. Els patrons topogràfics creats consisteixen en línies paral·leles amb diferents interlineats de 30, 50 and 100 micres; i aquestes tres mostres es van comparar també amb una mostra plana. Posteriorment, les mostres van ser caracteritzades microestructuralment mitjançant: el mètode d'Arquímedes per al càlcul de les densitats i la microscòpia làser confocal per analitzar la topografia dels patrons. A més, les mostres van ser degradades a vapor d'aigua durant 10 hores, i posteriorment es va caracteritzar la microestructura (difracció de raigs X "XRD" i Raman) i propietats mecàniques de les mateixes (duresa Vickers). Finalment, es va realitzar un estudi cel·lular per avaluar el comportament de les HMSCs cap als patrons cel·lulars per a un temps d'adhesió de 6 hores.
Els resultats demostren que els patrons làser presenten una profunditat de prop de 1,7μm, i que el acumulamiento de material produït en les vores és pronunciat. L'anàlisi XRD i Raman mostra que s'indueix fase monoclínica en la superfície després de 10 hores de degradació hidrotérmica, mentre que el Vm (%) de les mostres no degradades és negligible. A més, s'observa com la duresa Vickers decreix després de l'procés de degradació. Finalment, es va observar com els patrons làser faciliten l'ancoratge de les cèl·lules, incrementen l'àrea i la forma elongada de les cèl·lules, i promouen l'alineació cel·lular en la direcció dels patrons.
Zirconia based materials are considered one of the best choices for dental applications due to its
superior mechanical properties, aesthetic advantages and biocompatibility. Furthermore, in the last
decade, the use of topographic patterns has been a continuously growing area of research for tissue
engineering and it is widely accepted that the surface topography of biomaterials can influence the
biological response. One his matter, micro-topographical modification of dental zirconia (3Y-TZP) has
demonstrated to play an important role in cell response in terms of adhesion, proliferation and
differentiation. In this sense, one studied approach is to modify the surface roughness at micrometriclength scale by mean of laser technique.
The main goal of this Master’s project is to investigate the effect of microscale surface modification of
dental zirconia (3Y-TZP) to promote bone cells adhesion and growth. The samples were prepared by
Cold Isostatic Pressing and sintered at 1450 ºC. Afterwards, the surface modification was conducted by
using a nanosecond laser equipment. The created topographical pattern consists on parallel lines with
different interspaces of 30, 50 and 100 µm; and these three samples were also compared to flat 3YTZP. Afterwards, the specimens were microstructurally characterized by means of: Archimedes
method for density calculation and confocal laser scanning microscopy for the topographical analysis
of the patterns. Furthermore, the samples were hydrothermally degraded in steam water for 10 hours,
and after microstructural (X-Ray diffraction “XRD” and Raman) and mechanical (Vickers hardness)
characterization was performed to the non-degraded and degraded samples. Finally, cellular study was
conducted to evaluate the behaviour of hMSCs on the modified surfaces after 6 hours of adhesion.
The result showed laser patterns of ~ 1.7µm height and pronounced pile-up as side effect of the laser
beam. The XRD and Raman characterization showed that m- phase transformation was induced on the
sample surface after 10 hours of degradation in water steam, while the Vm (%) content obtained in the
non-degraded samples was negligible. Also, the Vickers hardness was decreased after the degradation
process. Finally, all the patterned surfaces allowed cell attachment, increased cell area and elongation
morphology, and promoted cell alignment in the direction of the laser patterns.
Los materiales base zircona son considerados gold estándar en aplicaciones dentales debido a que
presentan propiedades mecánicas superiores, ventajas estéticas y gran biocompatibilidad. Además, en
la última década, se ha incrementado el uso de patrones topográficos en el campo de ingeniería de
tejidos, en donde es ampliamente aceptado que la topografía de la superficie de los biomateriales
puede influenciar la respuesta celular. En esta cuestión, la modificación de la microtomografía de la
zircona dental (3T-TZP) ha demostrado tener gran influencia sobre la respuesta celular en términos de
adhesión, proliferación y diferenciación. En este sentido, uno de los métodos más estudiados para la
modificados de la rugosidad a escala micrométrica es mediante el láser.
La presente tesis de Máster tiene como principal objetivo investigar el efecto de la modificación
superficial a nivel micrométrico de la zircona dental (3Y-TZP) para promover la adhesión y el
crecimiento celular. Las muestras utilizadas se prepararon median la técnica de compresión Isostática
en Frio (CIP) y posteriormente se sinterizaron a 1450 ºC. A continuación, se realizó la modificación
superficial de las muestras mediante un equipo laser nanosegundo. Los patrones topográficos creados
consisten en líneas paralelas con diferentes interlineados de 30, 50 and 100 µm; y estas tres muestras
se compararon también con una muestra plana. Posteriormente, las muestras fueron caracterizadas
microestructuralmente mediante: el método de Arquímedes para el cálculo de las densidades y la
microscopia láser confocal para analizar la topografía de los patrones. Además, las muestras fueron
degradadas en vapor de agua durante 10 horas, y posteriormente se caracterizó la microestructura
(difracción de rayos X “XRD” y Raman) y propiedades mecánicas de las mismas (dureza Vickers).
Finalmente, se realizo un estudio celular para evaluar el comportamiento de las HMSCs hacia los
patrones celulares para un tiempo de adhesión de 6 horas.
Los resultados demuestran que los patrones laser presentan una profundidad de alrededor de 1,7µm,
y que el acumulamiento de material producido en los bordes es pronunciado. El análisis XRD y Raman
muestra que se induce fase monoclínica en la superficie después de 10 horas de degradación
hidrotérmica, mientras que el Vm (%) de las muestras no degradadas es negligible. Además, se observa
como la dureza Vickers decrece después del proceso de degradación. Finalmente, se observó como los
patrones láser facilitan el anclaje de las células, incrementan el área y la forma elongada de las células,
y promueven la alineación celular en la dirección de los patrones.
