Polímeros con memoria de forma y nuevos monómeros con aplicación dental

A través de investigaciones recientes, el CIQA obtuvo nuevos polímeros inteligentes con memoria de forma y nuevas formulaciones para aplicaciones dentales, a partir de la síntesis de nuevos monómeros biobasados provenientes de fuentes naturales.


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Los polímeros con memoria de forma son materiales novedosos que presentan un comportamiento inteligente al ser expuestos a un estímulo externo, por lo que han despertado gran interés.  Investigaciones recientes demuestran innumerables y posibles aplicaciones, gracias al bajo costo y a la elevada capacidad de deformación y recuperación que caracteriza a estos materiales.

Figura 1. Esquema del simple efecto de memoria de forma.

 

La capacidad de los polímeros de modular, más precisamente, esta característica de retención de forma, los hace más versátiles para lograr materiales inteligentes para aplicaciones definidas. Algunos  ejemplos, donde  estos materiales se han utilizado son en dispositivos biomédicos implantables, preparación de materiales compuestos electroconductores y magnéticos, en aplicaciones textiles y en la preparación de recubrimientos para la corrosión de metales, entre otras.

Recientemente se ha investigado que los polímeros con memoria de forma  derivados de resinas epóxicas, han encontrado un amplio interés tanto científico como tecnológico gracias a que son baratas, presentan excelentes propiedades físicas y mecánicas y, además, es más fácil modular sus propiedades de recuperación de forma, al aplicar un estímulo adecuado. 

Uno de los estudios realizados por nuestro grupo de trabajo en el Centro de Investigación en Química Aplicada, fue la modificación química de una resina epóxica aromática de amplio uso comercial.  Dicha resina, se caracteriza por ser un material de alto desempeño. Gracias a su elevada reactividad, cuenta con una gran variedad de aplicaciones, principalmente en recubrimientos. Este tipo de resinas epóxicas, endurecen en presencia de un agente de curado también conocido como agente entrecruzante.  Generalmente se emplean aminas para lograr el entrecruzamiento. Como resultando, el material posee alta rigidez; sin embargo, resulta en un polímero con muy frágil, siendo ésta una de sus principales desventajas.

Una de las investigaciones realizadas recientemente nos permitió obtener nuevos polímeros inteligentes con memoria de forma, a partir de la modificación química de la resina epóxica comercial, mediante nuevos agentes de curado del tipo alilamina, adicionando un compuesto del tipo tiol. Para que un polímero posea la capacidad de memoria de forma es necesario que cuente con dos fases: una rígida o dura que le ayuda a retener la forma original del material, lograda mediante enlaces covalentes que contienen las resinas epóxicas. Por otra parte se requiere de una fase suave, que ayuda a mantener la forma transciente del material, la cual puede ser lograda a través de grupos alílicos derivados de los nuevos agentes de curado o endurecedores sintetizados en el CIQA.

Los polímeros obtenidos con los nuevos endurecedores presentan una buena capacidad de memoria de forma, la cual fue medida mediante las pruebas de flexión o pliegue-despliegue y torsión.  En  ambas evaluaciones el polímero se somete a grandes deformaciones.  Además se desarrollaron y adaptaron equipos para realizar este tipo de pruebas, obteniendo buenos resultados en cuanto a la recuperación de la forma original de los nuevos polímeros.

Figura 2. Secuencia de deformación y recuperación de la forma de los nuevos polímeros.

La importancia de las resinas epóxicas radica principalmente  en que se usan en una amplia variedad de recubrimientos protectores y decorativos en virtud de su buena adhesión, resistencia mecánica y química. Son aplicadas principalmente en revestimientos de latas y tambores; recubrimientos para pintura de automóviles y de cables. En la industria eléctrica se usan porque son capaces de conservar sus propiedades en sitios mojados o con alta humedad; las aplicaciones típicas aquí son aislantes de alto voltaje, conmutadores y encapsulado de transistores. También se usan para fabricar laminados y materiales de matriz con fibra reforzada.

Nuevos monómeros con aplicación dental

Los materiales compuestos o compositos son los más usados en las últimas décadas como materiales restaurativos en piezas dentales, ya que han demostrado tener tanto buenas propiedades químicas como fisicomecánicas.  Además de buena biocompatibilidad ya que reemplazan el tejido biológico en apariencia y función.  Al menos la mitad de las restauraciones aplicadas hoy en día corresponde a este tipo de material compuesto o composito.

Estos compositos están principalmente constituidos por una matriz orgánica, monómeros acrílicos, un relleno inorgánico y un agente de unión entre la matriz y el relleno.  Cada uno de los componentes representa una oportunidad para incursionar en la mejora de estos materiales dentales restaurativos.

Desafortunadamente estas resinas dentales muestran algunos inconvenientes, entre los cuales podemos resaltar su alta contracción o encogimiento al polimerizar.  Además de baja conversión, lo cual origina monómero residual y su actual controversia en cuanto a su toxicidad.

Figura 3. Componentes principales de un composito dental.

En esta nueva línea, el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA)  explora como reducir el uso de químicos a base de petróleo, buscando alternativas a partir de fuentes sustentables y/o renovables, además de compuestos biobasados, entre otros. El CIQA está desarrollando nuevas formulaciones dentales a partir de la síntesis de nuevos monómeros biobasados provenientes de fuentes naturales, los cuales pueden cubrir las deficiencias que presentan las resinas comerciales actuales.

Los nuevos compositos dentales desarrollados a partir de agentes biobasados, han presentado buenas propiedades; entre las cuales podemos destacar principalmente su alta conversión en comparación a los comerciales utilizados.

Además presentan buenas propiedades de absorción y solubilidad en agua. Otro aspecto importante a destacar es que estos materiales fueron diseñados estructuralmente para evitar o reducir el encogimiento que se produce durante la fotopolimerización cuando estos son aplicados directamente en los órganos dentales. Esto se ve reflejado en pruebas realizadas de microfiltración y encogimiento, donde se observó que la filtración se redujo y el encogimiento disminuyó hasta un 50% en comparación con las resinas dentales comerciales.

Estos nuevos compositos biobasados son considerados como buenos candidatos alternos a aquellos derivados del petróleo para poder sustituir a las resinas comerciales actualmente usadas en el área como  materiales restaurativos.

Figura 4. Restauración de órganos dentales con nueva formulación elaborada en el laboratorio de Síntesis de Polímeros del CIQA.

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