1. Materialen Zientzia eta Teknologia II. Kongresua, Donostia 2014
POLILAKTIDA OINARRI DUTEN INPLANTE ETA 3D ZELULA-
EUSKARRI BIODEGRADAGARRIEN FABRIKAZIOA ETA
PROPIETATEEN AZTERKETA OHIKO TRANSFORMAKUNTZA
TEKNIKAK ETA 3D INPRIMATZEA ALDERATUZ
Ibon Rementeria1,a
, Ane Miren Varela1,b
, Jone M. Ugartemendia1,c
, J.R.Sarasua1,d
1
Euskal Herriko Unibertsitatea (EHU-UPV), Meatze-Metalurgia eta Materialen Zientzia Saila. POLYMAT.
Bilboko Ingeniaritza Goi Eskola Teknikoa. Urkixo zumardia z/g 48013 Bilbo
a
irementeria009@ikasle.ehu.es, b
amvarela001@ikasle.ehu.es c
jone.munoz@ehu.es, d
jr.sarasua@ehu.es
Gako-hitzak: 3D inprimaketa, poli-L-laktida, zelula-euskarriak, inplanteak, propietate
mekanikoak.
Laburpena: Lan honetan, transformakuntza metodo arrunten bidez eta 3D inprimaketa bidez
fabrikaturiko lagin zurrunen (inplanteen antzera) eta lagin porotsuen (zelula-euskarrien antzera)
propietateen alderaketa gauzatu da. Aukeraturako materiala poli(L-laktida) (PLLA) polimero
biodegradagarria izan da.
Sarrera
3D inprimaketa medikuntza arlorako etorkizun oparoko teknologia berritzailetzat aurkezten da
gaur egun. Nahiz eta arlo honetan ekar ditzakeen onurak zabalak izan, transformakuntza teknika
honen indargune nagusia neurrira egindako inplanteen eta ehun ingeniaritzan hain garrantzitsuak
diren 3D zelula-euskarrien (scaffold) prototipatze eta fabrikazioan aurki daiteke. Orokorrean,
merkatuan aurkitzen diren inplante estandarizatuek prozesu kirurgiko eta paziente gehienen
baldintzak eta beharrak betetzen dituzte. Hala ere, hainbat kasutan neurrira egindako inplanteen
beharra ezinbestekoa da. Gaur egun, badira jada material biodegradagarri edo/eta biobateragarriak
erabiliz 3D inprimagailuarekin fabrikaturiko hainbat inplante. Esate baterako, masailezurra1
,
burezurra2
, eta duela ez asko arnasbide gaixotasun bat zuen ume baten trakea3
simulatzen zuen
inplante bat fabrikatzeko erabili da 3D inprimaketa. Zelula-euskarrien kasuan, 3D inprimaketak
hainbat onura ekar ditzake. Zelula euskarriak fabrikatzeko erabiltzen diren beste teknikekin
alderatuz, teknologia honek ez ditu disolbatzaile toxikoak erabiltzen, eta poro kopuru eta hauen
tamainaren gaineko kontrola hobeagoa da. Azken parametro honek garrantzi handia dauka zelula-
ugalketarako, izan ere behar den elikagai eta oxigeno kantitatea estruktura guztian zehar ondo
barreiatu behar da. Honen inguruan, argitaratu dira jada poli(ε-kaprolaktona) (PCL) oinarri duten
zelula-euskarri biodegradagarrien diseinuari buruzko lanak, esate baterako, hezur-ehunen
birsorkuntzarako 4,5
.
Medikuntza arloan aurki daitezkeen ohiko polimero artean poli(L-laktida) (PLLA) aurkitzen da.
PLLA iturri berriztagarrietatik lortu daitekeen polimero erdikristalino biodegradagarria da. Bere
zurruntasun eta erresistentziari esker oso erabilia da hezur-berreraikuntzan. Azken 25 urteetan,
polilaktidaz (PLA) eginiko eta PLA oinarri duten inplanteei buruzko lan kopurua esponentzialki
hazi da6
. Lan hauen artean, hezur hausturak konpontzeko erabiltzen diren hagaxka, plaka, orratz edo
torloju itxurako inplanteak nabarmentzen dira.
Hala eta guztiz ere, 3D inprimagailuaz fabrikaturiko produktuak erabilgarriak izan daitezen,
aplikazio espezifiko bakoitzak eskatzen dituen baldintzak bete behar dituzte. Sorturiko piezaren
portaera, propietate mekanikoak, eta bukaerako piezaren kalitatea 3D inprimagailuaren
parametroekin zuzenki lotuta daude. Beraz, 3D inprimagailuaren parametroak optimoki doitu behar
dira produktuaren funtzionalitatea bermatzeko. Hau guztiagatik, ezinbestekoa da 3D
inprimagailuaren erabilpenaren mugak non dauden aztertzea. Inprimaketa geruzen altuera,
inprimatze abiadura, edo inprimaketa tenperatura bezalako parametroak doituz propietate mekaniko

2. desberdinak lortu daitezke bukaerako piezan. Hau dela eta, aplikazio bakoitzerako inprimaketa
parametroak aldatu eta aztertu beharreko elementuak dira.
Lan honen helburua ohiko transformakuntza tekniken eta 3D inprimaketa bitartez lorturiko
PLLA oinarri duten lagin zurrun eta porotsuen fabrikazio eta propietateen azterketan datza.
Horretarako lehen urrats bezala, ohiko moduan lortzen diren laginen eta 3D inprimagailuz lortzen
diren laginen propietate mekanikoak alderatuko dira.
Material eta metodoak
Lagin zurrunak eta porotsuak poli(L-laktida) (PLLA) polimero biodegradagarria erabiliz
fabrikatu dira. Lehenengo kasurako Form Futura etxeak hornituriko 2,95 mm ±0,1 mm diametroko
filamentua erabili da eta bigarren kasurako colorFabb etxeak hornituriko 2,95 mm ±0,05 mm
diametroko filamentua.
Lagin zurrunak injekzioz transformatu dira (AB Machinery) 195 ºC-tan eta 700 kPa-ko
presiopean hamar segundoz.
Lagin porotsuak disoluzio-lurruntze/partikulen iragazketa metodoa (DLPI) teknikaren bitartez
lortu dira (Solvent casting/Particulate leaching). Horretarako % 90 bolumenean gatza eta % 10
bolumenean polimero disoluzioa duen nahastea prestatu da. PLLA disoluzioarentzat kloroformoa
erabili da disolbatzaile gisa (CHCl3). Gatz aleen tamaina 200-300 mikra ingurukoa da. Nahastea
Tefloizko 80 mm luze 80 mm zabal eta 1mm altuerako ontzi batean jaurti da eta hiru egunez giro
tenperaturan utzi da. Behin kloroformoa guztiz lurrunduta, xafla honetatik propietate mekanikoak
neurtzeko erabiliko diren laginak lortu dira trokel baten bitartez. Lagin hauek, ur distilatuan bi
egunez murgildurik egon ondoren gatza disolba dadin, airean egun batez eta huts-ganbaran bi
egunez eduki dira. Bukaeran lorturiko porotasuna % 70-koa izan da.
Erabili den 3D inprimagailua 0,4 mm-ko pitadun Tumaker Voladora (Grupo K35) izan da.
Inprimaturiko geruza-erresoluzioa 100 mikrometrokoa da eta geruza-altuera minimoa 0,06 mm-koa.
Lagin zurrunak, 195 ºC-tan eta lagin porotsuak 200 ºC-tan (% 70-eko porotasunekoak hauek ere)
inprimatu dira. Bi kasuetan geruza altuera 0,1mm-koa izan da.
Kasu guztietan 25 mm luze, 4 mm zabal eta 1 mm lodierako laginak lortu dira. Lagin hauek
propietate mekanikoak neurtzeko erabiltzen diren laginen itxura daukate eta ISO 527-2 /5A/ 5 araua
jarraitzen dute.
Ekortze Diferentzialeko Kalorimetria (DSC) saiakuntzak, indio eta zafiroz kalibratutako Q200-
DSC-an (TA Instruments) egin dira. Ekortze abiadura 20 ºC min-1
izan da eta laginen pisua 5 eta 10
mg tartekoa kasu guztietan.
Analisi Termograbimetrikoak (TGA) Q50 analizatzailean (TA Instruments) egin dira. Berotze
abiadura 5 ºC min-1 izan da.
Propietate mekanikoen saiakuntzak Instron 5565 trakzio makinan egin dira giro tenperaturan ISO
527-2 /5A/ 5 araua jarraituz. Lagin zurrunentzat 500N-eko karga-zelularekin egin da lan eta lagin
porotsuentzat 10N-eko karga-zelularekin.
Emaitzak
Lehenik eta behin, laginak fabrikatzeko erabili diren filamentuak DSC eta TGA-z karakterizatu
dira. 1. Irudian erabilitako filamentuen DSC kurbak ikus daitezke eta 1. Taulan trantsizio termikoen
balioak. Bi kasuetan neurturiko trantsizio termikoak poli(L-laktida)-ren (PLLA) trantsizioekin bat
datoz. Beira trantsizio tenperatura (Tg) 62 ºC-tan kokatzen da bi kasuetan eta urtze tenperatura (Tu)
155 ºC eta 169 ºC-tan lagin zurrunarentzat erabilitako filamentuaren eta lagin porotsuentzat
erabilitako filamentuaren kasuan, hurrenez hurren. Kristaltasun maila (Xk) 1. Ekuazioa aplikatuz
kalkulatu da kasu bietan, non ΔHu eta ΔHk esperimentalki lortutako urtze eta kristalizazio entalpiak
diren eta ΔHu
º
% 100 kristaldutako polimeroaren urtze entalpia teorikoa. PLLA-ren kasuan ΔHu
º
balioa 106 J/g-koa izan da7
.
Xk = (ΔHu- ΔHk) /ΔHu
º
. (1)

3. Bestalde, TGA-ren emaitzek filamentuen karga inorganiko kopurua oso txikia dela baieztatu
dute. Lagin zurrunak egiteko erabili den filamentuak soilik % 0,53-ko karga inorganiko kopurua
aurkeztu du eta lagin porotsuak egiteko erabili den filamentuak % 1,55.
(1) (2)
1.Irudia. DSC kurbak (1) Lagin zurrunak non (a) filamentua, (b) lagin injektatua (c) 3D
inprimagailuz lortutako lagina. (2) lagin porotsuak non (a) filamentua (b) disoluzio-
lurruntze/partikulen iragazketa metodoaz lorturiko lagina. Lehen ekorketa beltzez eta bigarrena
gorriz adierazita dago.
1.Taula. Ohiko eran fabrikatutako eta 3D inprimagailuaren bidez fabrikaturiko laginen trantsizio
termikoak.
Tg [ºC] Tk [ºC] Tu [ºC] ΔHk [J/g] ΔHu [J/g] Xk [%]
Lagin
zurruna
Filamentua 62 120 155 26,0 27,4 1,3
Injekzioa 60 106 157 25,5 36,5 10,4
3D 62 118 156 25,5 29,8 4,0
Lagin
porotsua
Filamentua 62 116 169 36,7 40,3 3,4
DLPI 61 101 168 27,2 32,9 5,3
3D - - - - - -
Laginei dagokienez, bi kasuetan, bai ohiko eran transformatutako laginen eta 3D inprimaketa
bitartez lortutako laginen trantsizio termikoak antzekoak izan dira (ikus 1. Taula).
2. Irudiak eta 3.Taulak injektaturiko eta 3D inprimaketaz lorturiko lagin zurrunen propietate
mekanikoak laburtzen dituzte. Ezberdintasun nagusiena erresistentzia eta luzapenean aurkitzen da.
Dirudienez, 3D inprimaketaz lorturiko laginek % 47 tentsio gehiago jasan dezakete eta hautsi
aurretik gehiago luzatzeko gaitasuna aurkezten dute. Ziurrenik ezberdintasun onen arrazoi nagusia
geruzaz-geruza inprimaturiko zuntzen 60 º-ko norabidean aurki daiteke.
Lagin porotsuen kasuan, 3D inprimagailuaren lan baldintzak direla eta, ezin izan dira 3D lagin
porotsurik inprimatu oraingoz eta beraz propietate mekanikoak lortu. Ikerketa taldeak 3D
inprimagailuaren parametroen doikuntzan dihardu lanean hemen laburbilduz azaltzen den lana
osatzeko.

4. 2. Irudia. Lagin zurrunen trakzio saiakuntza kurba adierazgarrienak (beltzez) injektatutako lagina
(gorriz) 3D inprimagailuan fabrikaturiko lagina.
3.Taula. Lagin zurrunen propietate mekanikoak. E(Young-en modulua), σmax (erresistentzia) eta
εu (hautsi aurretiko luzapena)
Lagin zurrunak E [MPa] σmax [MPa] εn [%]
Injekzioa 1120±49 34±6 5±0,5
3D 986±70 50±1 9±0,25
Ondorioak
Lan honetan, ohiko transformakuntza tekniken eta 3D inprimaketa bitartez lorturiko PLLA
oinarri duten lagin zurrun eta porotsuen fabrikazio eta propietateen azterketa gauzatu da.
Ezberdintasun nagusiena lagin zurrunek aurkeztutako propietate mekanikoetan aurkitu da. 3D
inprimagailuz fabrikaturiko laginek erresistentzi altuagoa eta luzapen handiago aurkeztu dute
injektatutako laginekin alderatuz.
Esker onak
Hegoi Amestoy eta Aitor Larrañagari, beren laguntzagatik. Lan hau Eusko Jaurlaritzak
emandako ikerketa taldeentzako diru-laguntzari esker egin ahal izan da partzialki (ref.: GIC12/161-
IT-632-13).
Erreferentziak
1. Singare S, Liu Y, Li D, Lu B, Wang J, He S., J Prosthodont ,17:135–140, 2008.
2. Suwanprateeb, J.; Thammarakcharoen, F.; Wongsuvan, V.; Chokevivat, W., Journal of Porous
Materials19:623-632, 2012.
3. Zopf, David A.; Hollister, Scott J.; Nelson, Marc E.; Ohye, Richard G.; Green, Glenn E.,
Journal of Medicine, 368: 2043-2045, 2013.
4. Park S, Kim G, Jeon Y, Koh Y, Kim W., J Mater Sci Mater Med., 20: 229–234, 2009.
5. Hollister SJ., Nat Mater.,4:518–524, 2005.
6. Middleton, J.C.; Tipton, A.J. Biomaterials, 21:2335-2346, 2000.
7. Sarasua,J.R.; Prud’homme, R.E.; Wisniewski, M.; Le Borge, A.; Spassky, N.
Macromolecules, 12: 3895-3905,1998.