Efecto del tratamiento de plasma atmosférico frío en resinas fotocurables biocompatibles empleadas para impresión 3D

Abstract

Este Trabajo de Fin de Grado evalúa cómo el tratamiento de plasma atmosférico frío (CAP) modifica las propiedades superficiales y mecánicas de la resina BioMed Clear de FormLabs, utilizada en impresión 3D mediante estereolitografía para aplicaciones biomédicas. El principal objetivo ha sido mejorar la mojabilidad y la energía superficial de la resina, favoreciendo la adhesión celular, sin comprometer sus propiedades mecánicas tras un envejecimiento prolongado en condiciones in vitro similares a las del cuerpo humano.

Se fabricaron probetas tratadas y no tratadas con CAP, y se sumergieron en solución PBS durante diferentes periodos de tiempo de 0, 1, 7, 30, 90 y 180 días. Se midieron los ángulos de contacto, la energía superficial, la absorción de agua, la pérdida de material soluble y las propiedades mecánicas de flexión y de compresión.

Los resultados mostraron una reducción del ángulo de contacto con agua del 53% y un aumento del 40% en la energía superficial total, mejorando significativamente la mojabilidad. Las propiedades mecánicas no mostraron diferencias relevantes tras el tratamiento, y se deterioran hasta el día 30, a partir del cual se estabilizan en un valor. Por otra parte, se observó una saturación de agua a los 7 días, seguida de una pérdida de peso en seco y húmedo que sugiere la liberación de material soluble.

En conclusión, el tratamiento con CAP optimiza la superficie de las resinas fotocurables, aumentando su compatibilidad con tejidos sin afectar su estructura interna, lo que facilita su uso en dispositivos médicos y en aplicaciones de ingeniería de tejidos. Este trabajo aporta una base para el desarrollo de dispositivos biomédicos impresos en 3D más seguros y eficaces, proponiendo líneas futuras de investigación.

This Bachelor's Thesis evaluates how cold atmospheric plasma (CAP) treatment modifies the surface and mechanical properties of FormLabs BioMed Clear resin, which is used in 3D printing via stereolithography for biomedical applications. The main objective was to improve the wettability and surface energy of the resin, promoting cell adhesion, without compromising its mechanical properties after prolonged aging under in vitro conditions similar to those of the human body.

Treated and untreated samples with CAP were fabricated and submerged in PBS solution for different periods of time of 0, 1, 7, 30, 90, and 180 days. Contact angles, surface energy, water absorption, loss of soluble material, and bending and compression mechanical properties were measured.

The results showed a 53% reduction in the water contact angle and a 40% increase in total surface energy, significantly improving the wettability. The mechanical properties showed no relevant differences after treatment, and deteriorate until day 30, after which they stabilize at a value. On the other hand, water saturation was observed at 7 days, followed by a loss of weight in both dry and wet conditions suggesting the release of soluble material.

In conclusion, treatment with CAP optimizes the surface of photopolymerizable resins, increasing their compatibility with tissues without affecting their internal structure, which facilitates their use in medical devices and tissue engineering applications. This work provides a foundation for the development of safer and more effective 3D-printed biomedical devices, proposing future research directions.