Biomateriales Metalicos Final

DEFINICIÓNLa ciencia de los BIOMATERIALES es la rama de la ingeniería biomédica que se encarga delestudio de la síntesis, composición y evaluación de los materiales empleados para lafabricación de dispositivos que entran en contacto con los tejidos de los seres vivos,considerando no sólo las reacciones entre ellos sino también los cambios tanto a nivelestructural como a nivel propiedades de los mismos.

“Biomecánica articular y Sustituciones protésicas”. Instituto de Biomecánica de Valencia

CLASIFICACIONES

MODO DE OBTENCIÓN (sintético o natural)

PERMANENCIA EN EL CUERPO (permanente o transitorio)

TEJIDO DONDE SEA IMPLANTADO (duro o blando)

RESPUESTA DEL TEJIDO FRENTE AL IMPLANTE

Inertes o biológicamente inactivos, con formación de tejido fibroso en la interfase

Bioactivo o biológicamente activo, con formación de enlace interfacial

Reabsorbible o biodegradable, que se disuelve con el tiempo en el medio biológico y eltejido circundante lo sustituye.

Los metales esenciales son los que están presentes en los organismos vivientes y ejercen una función biológica insustituible.

Elem. Cerebro Riñón Hígado Pulmón Músculo Piel Sangre Plasma

Ca 320 390 140 480 100 360 62 99

Cl 8000 9000 4800 12000 2800 11000 2900 4000

Co 0.0005 0.05 0.23 0.06 0.02 0.03 0.0003 0.0004

Cr 0.12 0.05 0.03 0.6 0.04 0.3 0.03 0.02

Cu 22 12 20 6 3 1.7 1.1 1.1

Fe 200 290 520 1300 140 29 480 1.1

I 0.4 0.09 0.0015 0.001 0.1 1.7 0.06 0.08

K 11600 7800 7400 8600 10500 1900 1700 170

Mg 550 550 480 410 630 150 41 22

Mn 1.1 3.8 3.7 0.8 0.2 0.2 0.03 0.003

Mo 0.2 1.4 2.8 0.2 0.2 0.07 0.004 0.04

Na 10000 800 5500 1200 4000 9300 2000 3300

Ni 0.3 0.2 0.2 0.2 0.008 0.8 0.04 0.04

Se 2.1 2.1 2.1 - 2.5 - 0.27 0.11

Contenido de diferentes elementos esenciales (en ppm) en tejidos secos de mamíferos.

¿BIOMATERIAL METÁLICO?

Elemento Efecto

tóxico

Elemento Efecto

tóxico

I - 10 000 Ba(II) 200

K(I) 6 000 Li(I) 200

B(borato) 4 000 Sb(III o V) 100

Br- 3 000 Ag(I) 60

Sn(II) 2 000 As(III o V) 5 - 50

Co(II) 500 F- 20

Cu(II) 250-500 Se(IV) 5

Cr(VI) 200 Cd(II) 3

Tabla 2.1. Toxicidad en humanos de algunos elementos, expresada en mg/dia/Bowen,1966/

Metal Tipo de metal Efecto de

deficiencia

Efecto de exceso

Cadmio (Cd) tóxico reduce

crecimiento

nefritis

Calcio (Ca) esencial deformación

ósea

cataratas, cálculos,

arterio-esclerosis

Cromo (Cr) esencial incorrecto

metabolismo

glucosa

Cobalto (Co) esencial anemia falla coronaria,

policitemia

Cobre (Cu) esencial anemia enfermedad

Wilson

Hierro (Fe) esencial anemia hemocromatosis,

siderosis

Paladio (Pd) tóxico reduce

crecimiento

anemia, encefalitis

Litio (Li) tóxico depresión

maníaca

neuritis

Magnesio (Mg) esencial convulsiones anestesia

Manganeso

(Mn)

esencial deformación

ósea

ataxia

Tabla 2.2 Principales efectos por defecto o exceso en el organismo de algunos metales.

¿TÓXICIDAD?

MATERIALESMETÉLICOS

75% son metales

Muy pocos son utilizados

como biomateriales

Concepto variable a lo largo del tiempo

BiocompatibleBiocompatibleBiofuncional

BiocompatibleBiofuncionalBioactivo

1ª

generación

2ª

generación

3ª

generación

Biocompatibilidad:

Biológicamente aceptable (aceptado por el organismo sin provocar rechazo)

No tóxico

Inerte o químicamente estable

Biofuncionalidad: capacidad de desempeñar la función para la que ha sido creado

Propiedades mecánicas (de acuerdo con utilidad, tiempo de vida, etc.)

Flexibilidad, dureza, resistencia a fatiga…

Densidad y peso adecuados

Diseño adecuado y adaptabilidad

Bioactividad:

Integración con moléculas biológicas

Regeneración del tejido

Capacidad de responder a señales provenientes del medio induciendo una respuesta específica del tejido biológico circundante

Reacciones entre

Superficie del material

Respuesta inflamatoria del tejido huésped

Factores

Características del paciente

Procedimiento quirúrgico

Fluido y tejidos circundantes

Características del biomaterial:

Toxicidad

Reacciones químicas superficiales

Hidrofobicidad/hidrofilicidad

Liberación de iones (corrosión)

Topografía (rugosidad, porosidad…)

Efectos mecánicos

Interfase implante-tejido

Reacción del sistema inmune

Resultado

Integración del implante o

Encapsulamiento en capa fibrosa

Capa fibrosaImpide la correcta integración del implante al hueso

ToxicidadTolerancia biológica al metal

Corrosión

Pérdida de pureza del material

Liberación de iones al medio

Depende

Nobleza del material

Pasivación formación de capa de óxido

Medio biológico (pH, cargas,…)

Corrosión - TiposCorrosión por fisuras o “crevice”

Corrosión por picaduras o “pitting”

Ruptura de la película de óxido

Tipo especial

Fretting

Corrosión bajo tensión

Corrosión intergranular

Producido por átomos de C

Debido a malos tratamientos térmicos

Materiales Módulo

Elástico

(Mpa)

Resistencia

(Mpa)

Deformación

Máxima

(%)

Densidad

(g/cm3)

Polímeros

Silicona

Nailon

UHMW polietileno

PMMA

1-10

2,800

1,500

60

6-7

76

34

60

350-360

90

200-250

1-3

1.12-1.23

1.14

0.93-0.94

1.10-1.23

Metales

Aceros Inoxidable 316L

Co-Cr

Ti6Al4V

200,000

230,000

110,000

540-620

900

900

55-60

60

10

7.9

9.2

4.5

Cerámicas y carbones

Al2O3

Carbón pirolítico

Hidroxiapatita

363,000

280,000

120,000

490

517

150

<1

<1

<1

3.9

1.5-2.0

3.2

Tejidos

Piel

Hueso(fémur)

Diente(dentina)

0.34/38

17,200

13,800

7.6

121

138

60

1

<1

1.0

2.0

1.9

Desde inicio de la historia…Las prótesis y elementos sustitutivos de miembros del cuerpo han existido debido a necesidades de tipo:

Necesidad sustitutiva en caso de amputaciones (traumáticas, de castigo…)

Estéticas (dentales)

Estando, hasta bien entrado el siglo XVIII, al alcance de pocos, debido a su coste, y a sus características morfológicas (peso y estética)

Prótesis metálicas, edad moderna

Al final del siglo XVI aproximadamente, empieza la protésica de miembro superior con elementos metálicos (mano de Götz). Accesible para miembros del estamento militar y nobles (cara y pesada), y hecha por orfebres.

En el siglo XIX, las prótesis dentales empiezan a utilizar elementos mixtos, también otros materiales metálicos (inventados por Fronzi), Pt y Ag.

Prótesis Metálicas. Edad contemporánea

Primera Guerra Mundial: Empieza la protésica exterior (exoprótesis), por los tullidos (Otto Bock), usando elementos metálicos: Fe, Bronce.

Segunda Guerra Mundial y posteriores: Gracias” a la Administración de Veteranos (US), industria (GER), Ministerio Ejército (USSR), se crean escuelas de protésicos, y se empiezan a desarrollar materiales para las mismas (endo y exoprótesis):

Acero Inoxidable (50-60`s)

Fibra Carbono (70-80’s)

Ti / Cr y aleaciones (90’s) actualidad

“La principal aplicación de los biomateriales metálicos es reparar o

reconstruir las partes del cuerpo humano que han sufrido daño o se han perdido.”

“Biomateriales para la rehabilitación del cuerpo humano” . BENJAMÍN VALDEZ S., MICHAEL SCHORR W., ERNESTO VALDEZ S. Y

MÓNICA CARRILLO B.

CLASIFICACIONES

Disposición en el cuerpo(interno o externo)

Tiempo de permanencia,Material de osteosíntesis: En general

pueden ser extraídos cuando el proceso biológicoreparativo ha terminado, puesto que el hueso escapaz de soportar las exigencias habituales sin suauxilio.

Prótesis: se las emplea para reemplazartotal o parcialmente un hueso o una articulaciónirreparablemente dañados en su morfología.

Hierro, Cromo, Níquel, Titanio y Molibdeno (pueden ser tolerados por el cuerpo en pequeñas cantidades)

Biocompatibilidad Biofuncionalidad Bioactividad

Acero

Inoxidable

Aleaciones de

Cromo-Cobalto

Aleaciones de

Titanio

Elemento Composición

Carbono 0.03 max.

Manganeso 2.00 max.

Fósforo 0.03 max.

Azufre 0.03 max.

Silicio 0.75 max.

Cromo 17.00-20.00

Níquel 12.00-14.00

Molibdeno 2.00-4.00

Composición química del acero Inoxidable 316L(ASTM,1992)

“Biomecánica articular y Sustituciones protésicas”. Instituto de

Biomecánica de Valencia

El acero es una aleación de hierro y carbono, a la que la adición de otros

elementos le confieren la propiedad de ser resistente a la oxidación

ACERO INOXIDABLEDEFINICIÓN

EVOLUCIÓN

1º para implantes fue el 18-8 (18%Ni-8%Cr)

+ Molibdeno(2-4%), aumentar la resistencia a corrosión en medio salino

316L, disminuye el Carbono 0,08% del 316 a 0,03%Mejora la corrosión in vivo

Para mantener las condiciones de corrosión Cr >11%

ACERO INOXIDABLE

“Biomecánica articular y Sustituciones protésicas”. Instituto de

Biomecánica de Valencia

Efecto del Níquel y del Cromo en la estructura austenítica (ASTM,1992)

ESTRUCTURA

Ferrítica (con resistencia mecánica reducida)

De cementita (carburos de hierro duros y frágiles)

Perlítica (una matriz ferrítica con láminas de cementita)

Austenítica (dura y resistente)

ACERO INOXIDABLE

CONDICIÓN RESISTENCIAA TRACCIÓN

(MPa)

TENSIÓN DE FLUENCIA

(MPa)

ALARGAMIENTO MÁXIMO (%)

DUREZAROCKWELL

Recocido 485 172 40 95HRB

Trabajado en frío

860 690 12 -

Propiedades mecánicas del acero inoxidable 316L (ASTM,1992)


Las características microestructurales y propiedades mecánicas de un acero

inoxidable no se deben sólo a su composición química, sino también al

tratamiento térmico y mecánico aplicado

ACERO 316L

Trabajado en frío(Acritud)

ACERO INOXIDABLE

Para la fabricación de prótesis de acero inoxidable 316L,

PROBLEMA Corrosión en zonas anexas a tornillos

Fabricación de pieza trabajado

en frío

Soldadura por calentamiento

uniforme

Eliminación de oxido en la superficie

Tratado de superficie por pulido espejo o acabado mate por

arenado

Pasivadomediante Ácido

Nitrico

ALEACIONES DE CROMO-COBALTO

Comercialmente, Stellite®, Vitallium®, Vinertia®, según fabricante

Elem CoCrMo(F75) CoCrWNi(F90) CoNiCrMo(F562) CoNiCrMoWFe(F563)

Min Max Min Max Min Max Min Max

Cr 27.0 30.0 19.0 21.0 19.0 21.0 18.0 22.0

Mo 5.0 7.0 - - 9.0 10.5 3.0 4.0

Ni - 2.5 9.0 11.0 33.0 37.0 15.0 25.0

Fe - 0.75 - 3.0 - 1.0 4.0 6.0

C - 0.35 0.05 0.15 - 0.025 - 0.05

Si - 1.0 - 1.0 - 0.15 - 0.5

Mn - 1.0 - 2.0 - 0.15 - 1.0

W - - 14.0 16.0 - - 3.0 4.0

P - - - - - 0.015 - -

S - - - - - 0.010 - 0.010

Ti - - - - - 1.0 0.5 3.5

Co Hasta el total

Características químicas de las aleciones de CR-CO más comunes (Se,litsch,1980)



Fundición CoCrMo(F75) Forja CoCrWNi(F90) Forja CoNiCrMo(F562)Tratado en frío

RESISTENCIA A TRACCIÓN (Mpa)

655 860 1793 min

LÍMITE DE FLUENCIA (0,2% offset) (MPa)

450 310 1585

ALARGAMIENTO(%) 8 10 8.0

REDUCCIÓN ÁREA (%) 8 35.0

RESISTENCIA A FATIGA (MPa)

310

CrCoMoTécnica de

Cera PerdidaPrótesis dentales y

actualmente prótesis articulares

Técnica de Forja

Vástagos de prótesis de rodilla y cadera

CrCoMoNi

Características químicas de las aleciones de CR-CO más comunes (Semlitsch,1980)



ALEACIONES DE TITANIO

Comercialmente existen cuatro tipos de Ti no aleado, dependiendo de las impurezas. El O es l má simportante para la ductilidad y resistencia.

Para prótesis se utiliza el Ti aleado Ti6Al4V. (5,5-6,5% Alumino, 3,5-4,5% Vanadio)

Comercialmente, Tivanium®, Tivaloy®, Tikrutan®, según fabricante


Composición química del titanio no aleacdo y de la aleación Ti6Al4V (ASTM ,1992)

Elemento Grado 1 Grado2 Grado3 Grado4 Ti6Al4V

Nitrógeno 0.03 0.03 0.05 0.05 0.05

Carbono 0.10 0.10 0.10 0.10 0.08

Hidrógeno 0.015 0.015 0.015 0.015 0.0125

Hierro 0.20 0.30 0.30 0.50 0.25

Oxigeno 0.18 0.25 0.35 0.40 0.13

Titanio Hasta el total


Propiedades Grado 1 Grado2 Grado3 Grado4 Ti6Al4V Ti3Nb13Zr

RESISTENCIA A TRACCIÓN (MPa)

240 345 450 550 860 1030

LÍMITE DE FLUENCIA (0,2% offset) (MPa)

170 275 380 485 795 900

ALARGAMIENTO(%) 24 20 18 15 10 15

REDUCCIÓN ÁREA (%) 30 30 30 25 25 45


Propiedades mecánicas del titanio y sus aleaciones (Davidson et al.,1994)

Titanio puro presenta unas propiedades mecánicas muy bajas. En implantes normalmente se utiliza el titanio aleado Ti6Al4V

Cuanto mayor grado de impurezas mayor resistencia y menor ductilidad.

Titanio tiene poca ersistencia a esfuerzos cortates, poco recomendable para tornillos, placas de osteosistesis, etc.


Titanio es muy reactivo

POSITIVO

NEGATIVO

Biocompatibilidad

Procesado a alta temperatura atmósfera inerte o fundido en vacío

FABRICACIÓN

Forjado a menos de 925° y mecanizado a baja velocidad y herramientas afiladas

Algunas aplicaciones de titanio se recubren con microesferas de titanio de diamentroente 50-200µm que se sueldan a 1200°.Esto repercute negativamente a las propiedades mecánicas a fatiga, lo fragiliza y lo hace anisótropo.


Y en el futuro..http://www.youtube.com/watch?v=sJ4J69EEpu4

Hay miles de prótesis distintas, restructuraciones parciales, totales, placas, implantes dentales endoprótesis, exoprótesis, etc.

http://www.youtube.com/watch?v=sJ4J69EEpu4

Principales componentes son Compuestos con una alta conductividad y propiedades plásmicas, capacidad de resistencia y biocompatibilidad:

Fe: Los primeros caracterizados en nanonpartículas(usualmente recubiertas)

Au: Dando lugar a nanogold®, con aplicaciones inmensas en biotecnología y sensores.

Ag: Por su alta biocompatibilidad y resistencia a microbios y bacterias.

Pt, Ti: Alto rango de absorción y antioxidantes

Estructuras en forma de «puntos»

Estructuras más comunesUsualmente en forma de «puntos», bien esféricos, bien en forma de conchas, «shells», bicapa, a veces (Pt) en suspensión coloidal ó en forma de «polvillo» para crear «arrays».

Se han desarrollado, ultimamente, sobre todo en con nanopartículasde plata, la forma de placas, «plates», para dotar a estas nanopartículas de un rango de absorción mucho mayor al de ya por sí alto que disfrutan, debido a las variaciones de potencial al tener el efecto plasmónico ó de variación de potencial de e- en su superficie.

© CIEMAT

Ejemplos de nanoestructuras metálicas

Nanopartículas de AuEn general suspendidas en suspensión coloidal de agua, de color rojo intenso (<100nm) o amarillento (>100nm).

Tienen importantes propiedades eléctricas y una banda de absorción grande y modulable, debido a la existencia del efecto plasmódico en su superficiel.

Su producción (caracterización) se deriva fundamentalmente de la reducción del ácido Cloroaúrico (Cl4AuH), por cualquier metal, que provoca la precipitación de iones Au3+

Nanopartículas de Au

Usos particularmente interesantes son:Agentes de contraste en microscopía electrónica

Tratamiento experimental de enfermedades relacionadas con el sistema óseo (artritisreumatoide)

Radiofármacos en el tratamiento de enfermedades tumorales.

Abad, J. M.; Mertens, S. F. L.; Pita, M.; Fernandez, V. M.; Schiffrin, D. J. "Functionalization of Thioctic Acid-Capped Gold Nanoparticles for

Specific Immobilization of Histidine-Tagged Proteins" J. Am. Chem. Soc.; 2005; 127, 5689-5694.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja042717i
























Nanopartículas de Ag

Tamaño entre 1 y 100 nm

Generalmente cubiertas por Óxido u otros agentes (poliuretano)

Puede formar nanobarras, nanotubos…

Su caracterización se hace fundamentalmente por tres métodos:

PVD ó deposición de vapor.

Implantación iónica (bombardeo de iones sobre una placa con sustrato)

Química húmeda: Reducción de una sal de plata con agentes como borohidrido de Sodio (NaBH4) ó azúcares como beta-D-Glucosa.


Aplicaciones específicas:

Bactericida y antifúngicoImportantes propiedades de agente que se fija a membranas plasmáticas.

Instrumentos quirúrgicos

Cementos óseos

Agentes antiviralesTratamiento VIH

Jose Luis Elechiguerra “Interaction of silver

nanoparticles with HIV-1” a) HAADF image of

an HIV-1 virus exposed to BSA-conjugated

silver nanoparticles. b) HAADF image of HIV-

1 viruses without silver nanoparticle

treatment.


Aplicaciones específicas:Cicatrizante: especialmente en heridas producidas por contínuos roces (prótesis), eliminación olores por sudor.

Fibras sintéticas:

Inconvenientes:

Ambientales (contaminación de aguas)

Constantin Ciobanu “Polyurethane Gel

with Silver Nanoparticles for the

Treatment of Skin Diseases” Imágenes

antes de tratamiento,y 19 y 57 días

después

Pureza 99,9%

Apariencia nanopolvos negro

APS 25 nm

SSA 40-60 m 2 / g

Proceso de fabricación Procesos de REDOX.

Morfología Esférica

La densidad aparente 0.1-0.25g/cm 3

densidad real 7,90 g / cm 3

Prevención de la corrosión Parcialmente apaciguada

Nanopartículas de Fe

Habitualmente obtenidas por procesos redox

Nanopartículas de Fe

Sus usos más habituales son:

Tratamiento de contaminación de Aguas

Biodiagnóstico (por imagen ó contraste)

Nanoaleaciones

Plásticos (Recubrimiento)

Nanopartículas de Pt

Habitualmente suspendidas en coloide

Muy pequeñas, entre 2-3 nm ó incluso más pequeñas

Principal interés reside en sus propiedades anti-oxidantes

Su síntesis es a través de la reducción del hexacloroplatinato (PtCl6)2-, se consiguen partículas sub-nano –neutras- de Pt, y el resto del precipitado, se va «pegando» a ellas, para conseguir nanopartículas de muy uniforme tamaño.

Nanopartículas de Pt

Aunque el rango de aplicaciones podría ser extremadamente amplio, el hecho de que sean muy pequeñas, pero tiendan a agregarse, y que puedan actuar como catalizadores en ciertas reacciones, ha hecho que debido a potenciales problemas con efectos sobre la salud, todavía estemos en una fase muy prematura de investigación sobre aplicacioesbiomédicas.

En cambio, sí hay tecnologías en marcha para su aplicación en superconductores y supercomputación.

Micro-páncreas artificial ® Universidad Illinois

Aplicaciones Biomédicas - Ejemplo

Válvulas cardiacas

Jaulas, pivotes, anillo y ciertos discosmetálicos.

Jaula-bola, lenticulares,de disco oscilante, bivalvas

Acero inoxidable,Cr-Co, titanio

StentsEndovasculares, esofágicas,de próstata, de ureter, coronarias, biliares, EVAR (abdominal aortic aneurysm)…

Material

Acero inoxidable, Tantalio, Aleaciones de Cobalto, Platino, Nitinol

Revestimientos de diferentes materiales: (medicamentos en los liberadores de droga, polímeros u oro en los bioactivos, y membranas biológicas en stent grafts)

Estructura y diseño

Tubo fenestrado

Malla multicelular

Espirilados (coil)

MarcapasosRegulación del ritmo cardiaco

Generador de impulsos + batería + circuitos electrónicos + electrodos

Electrodos de titanio, plata, acero inoxidable, aleaciones de cobalto; baterías litio-yodo; carcasas de titanio

Intrumentación quirúrgicaTubos, catéteres, grapas…

Dispositivos anticonceptivosDIU de cobre

Corrosión en el útero

Impide la implantación del óvulo

OdontologíaCoronas, puentes, implantes, alambres dentales, pernos, tornillos…

Titanio, aceros inoxidables,aleaciones de plata, níquelcobalto, NiTi

NitinolAleación de Ni-Ti (alrededor de 50-50%)

2 fases:Baja Temperatura Martensita

Dureza, resistencia y módulo elástico inferiores

Alta Temperatura Austenita

Memoria de formaTransformación entre fases por cambios de temperatura

NitinolMemoria de forma simple

Austenita se deforma y se enfría en esa posición Forma a recordar

Martensita se deforma a temperaturas bajas

Aumento de temperatura vuelta a la forma inicial austenítica

Memoria de forma doble

Necesita adiestramiento (muchos ciclos de memoria simple)

Cambios de dislocaciones

Favorecer aparición de variantes martensíticas

Impedir otras

NitinolSuperelasticidad

Md>T>Af

Transformación entre fases por aplicación de carga

Sin carga Austenita

Puede estabilizarse en fase Martensita al aplicar cierta tensión

Carga:

AB=deformación elástica Austenita

BC=transformación en Martensita

CD=deformación elástica Martensita

D=límite elasticidad. Deformaciones plásticas hasta rotura

Descarga:

C’F=recuperación elástica Martensita

FG=transformación en Austenita

GH=recuperación elástica Austenita

Magnesio

Ventajas

Material biodegradable y reabsorbible

Existencia natural en tejido óseo y elemento esencial en metabolismo (4º catión más abundante: 0.7-1.05 mmol/L)

Iones solubles en medio fisiológico, no tóxicos y exceso excretado por la orina

Desventajas

Cinética de biodegradación rápida

Altos niveles pueden provocar parálisis, hipotensión, problemas cardiacos y respiratorios.

Aplicaciones ortopédicas – Implantes óseos

Magnesio

Propiedades mecánicas más cercanas al hueso:

Baja densidad

Módulo elástico

Resistencia a compresión

Es necesario Magnesio para la incorporación de Ca al hueso

Puede estimular el crecimiento de nuevo tejido óseo

Recubrimientos de conversión química aplicados sobre magnesio puro: a) capa de carbonato y b) capa de fluoruro.

Sección transversal de magnesio puro

con recubrimiento de fluoruro de

magnesio.

Imágenes: M. Carboneras et al. “Tratamientos químicos de conversión para la protección de magnesio biodegradable en aplicaciones temporales dereparación ósea”


MagnesioProblemas

Alta corrosión en fluidos corporales (10,5-210 mm/año en solución NaCl 3%) pérdida integridad mecánica

Mejorar resistencia a corrosión

Modificación superficial recubrimientos

Conversión química

Anodizado

Electrodepósito de hidroxiapatita…

Aleaciones de Magnesio

Al, Mn, Cd, Ag,tierras raras…


Magnesio

Recubrimientos de conversión química aplicados sobre Recubrimiento de MgF2 e hidroxiapatita en Magnesio (izda) y osteoblastos adosados a la superficie del material


Materiales porososCellular metals o metal foams

Ingeniería de tejidos

Mejora integración implante-tejido natural Regeneración ósea

Fabricación:

Características poros

• Número

• Tamaño

• Forma

• Conectividad

Características Mecánicas

• Módulo Young

• Elasticidad

• Tensión Rotura

• Densidad …


Materiales porososMagnesio

Otros (titanio, níquel, hierro, aluminio…)

SEM micrograph of a magnesium material with porous microstructure produced using space-holding particles. Wen et al. “Compressibility of porous magnesium foam: dependency on porosity and pore size”

Tantalio

Zimmer Trabecular

Metal™ Technology

Imágenes de titanio, níquel y hierro porosos. John Banhart, Manufacture, characterisation and application of cellular metals and metal foams

Aplicaciones vascularesStents biodegradables

Hierro, magnesio

Realizan su función y se degradan

Evitan reestenosis, trombosis, disfunción endotelial prolongada, heterogeneidad de propiedades mecánicas en distintos puntos de los vasos, peligro de ruptura…

Disminuyen la inflamación

Stents de Magnesio VS Acero inoxidable después tras 30 días desde la implantación en coronarias porcinas. Ron Waksman, Biodegradable Stents: They Do Their Job and Disappear: Why Bioabsorbable Stents?

Aplicaciones vascularesStents autoexpandibles NiTi

Stents basados en la Superelasticidad del Nitinol

Superelasticidad: Md >T>Af

Ausencia fuerzas exteriores: máximo diámetro Austenita

Tensiones superiores a σBMartensita inducida por tensión

Introducción stent comprimido

Colocación expansión

Aplicaciones vasculares

Stents autoexpandibles NiTiStents basados en la Superelasticidad del Nitinol

Histéresis del material gran absorción de E en ciclos

Expansión en conducto con estenosis fuerza sobre las paredes correspondiente a la tensión de descarga del material

Resistencia a Compresión Radial (RCR) alta evita colapso frente a contracción (espasmos, presión por tumor, mov peristálticos…)

Fuerza crónica expansiva (FCE) baja aumento de diámetro sin producir lesiones (vasodilatación…)

Aplicaciones vasculares

Stents autoexpandibles NiTiStents basados en la Memoria de Forma del Nitinol

Introducción a temperatura baja (fase martensita)

Expansión al aumentar la temperatura en el interior (fase austenita)

Necesita:

Af cercano a T del interior del cuerpo (37ºC)

Ms bajo, pero no demasiado para no producir lesiones en la colocación (necrosis)

Aplicaciones dentales

Alambres dentales de NitinolMediante tratamiento calórico diferencial, puede adecuar la fuerza que ha de generar el alambre en cada segmento de la arcada

Los biomateriales metálicos han sido, históricamente, los más utilizados en biomedicina, en especial en elementos estructurales cómo prótesis, por su alta resistencia a rotura.

Sus propiedades mecánicas su pueden variar a través de su composición química y su procesos de fabricación, lo que los hace muy interesantes para muchas aplicaciones

Aunque la investigación científica está más centrada en la obtención de nuevos biomateriales no metálicos su utilización sigue siendo primordial en muchos campos

La investigación actual en biometales se centra en:Diseño de recubrimientos, modificaciones superficiales, aleaciones, etc. con características mejores para la biomedicina

Utilización de materiales metálicos en nuevos campos como la nanomedicina

Desarrollo de materiales bioactivos

¿¿PREGUNTAS??

Muchas gracias

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