Biomateriales Metalicos Final
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Biomateriales Metalicos Final Biomateriales Metalicos Final Presentation Transcript

  • DEFINICIÓN La ciencia de los BIOMATERIALES es la rama de la ingeniería biomédica que se encarga del estudio de la síntesis, composición y evaluación de los materiales empleados para la fabricación 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 nivel estructural como a nivel propiedades de los mismos. “Biomecánica articular y Sustituciones protésicas”. Instituto de Biomecánica de ValenciaCLASIFICACIONES 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 el tejido circundante lo sustituye.
  • ¿BIOMATERIAL METÁLICO?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.
  • ¿TÓXICIDAD?Elemento Efecto Elemento Efecto Metal Tipo de metal Efecto de Efecto de exceso tóxico tóxico deficiencia Cadmio (Cd) tóxico reduce nefritis I- 10 000 Ba(II) 200 crecimiento K(I) 6 000 Li(I) 200 Calcio (Ca) esencial deformación cataratas, cálculos,B(borato) 4 000 Sb(III o V) 100 ósea arterio-esclerosis Br- 3 000 Ag(I) 60 Sn(II) 2 000 As(III o V) 5 - 50 Cromo (Cr) esencial incorrecto Co(II) 500 F- 20 metabolismo Cu(II) 250-500 Se(IV) 5 glucosa Cr(VI) 200 Cd(II) 3 Cobalto (Co) esencial anemia falla coronaria, policitemiaTabla 2.1. Toxicidad en humanos de Cobre (Cu) esencial anemia enfermedadalgunos elementos, expresada en mg/dia Wilson Hierro (Fe) esencial anemia hemocromatosis,/Bowen,1966/ siderosis Paladio (Pd) tóxico reduce anemia, encefalitis crecimiento MATERIALES Litio (Li) tóxico depresión maníaca neuritis Magnesio (Mg) esencial convulsiones anestesia METÉLICOS Manganeso (Mn) esencial deformación ósea ataxia Tabla 2.2 Principales efectos por defecto o exceso en el organismo de algunos metales.
  • 75% son metalesMuy pocos son utilizadoscomo biomateriales
  • Concepto variable a lo largo del tiempo 1ª 2ª 3ª generación generación generación Biocompatible Biocompatible Biocompatible Biofuncional Biofuncional Bioactivo
  • Biocompatibilidad: Biológicamente aceptable (aceptado por el organismo sin provocar rechazo) No tóxico Inerte o químicamente estableBiofuncionalidad: capacidad de desempeñar la función para la que ha sidocreado Propiedades mecánicas (de acuerdo con utilidad, tiempo de vida, etc.) Flexibilidad, dureza, resistencia a fatiga… Densidad y peso adecuados Diseño adecuado y adaptabilidadBioactividad: 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 Interfase implante-tejido Superficie del material Reacción del sistema inmune Respuesta inflamatoria del tejido huéspedFactores 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…) Resultado Efectos mecánicos Integración del implante o Encapsulamiento en capa fibrosa
  • Capa fibrosa Impide la correcta integración del implante al huesoToxicidad Tolerancia 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 - Tipos Corrosión bajo tensión Corrosión por fisuras o “crevice” Corrosión por picaduras o “pitting” Corrosión intergranular Ruptura de la película de óxido Producido por átomos de C Tipo especial Debido a malos tratamientos Fretting térmicos
  • Materiales Módulo Resistencia Deformación Densidad Elástico (Mpa) Máxima (g/cm3) (Mpa) (%)Polímeros Silicona 1-10 6-7 350-360 1.12-1.23 Nailon 2,800 76 90 1.14 UHMW polietileno 1,500 34 200-250 0.93-0.94 PMMA 60 60 1-3 1.10-1.23Metales Aceros Inoxidable 316L 200,000 540-620 55-60 7.9 Co-Cr 230,000 900 60 9.2 Ti6Al4V 110,000 900 10 4.5Cerámicas y carbones Al2O3 363,000 490 <1 3.9 Carbón pirolítico 280,000 517 <1 1.5-2.0 Hidroxiapatita 120,000 150 <1 3.2TejidosPiel 0.34/38 7.6 60 1.0Hueso(fémur) 17,200 121 1 2.0Diente(dentina) 13,800 138 <1 1.9
  • Desde inicio de la historia…Las prótesis y elementos sustitutivos de miembros del cuerpohan 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 yestética)
  • Prótesis metálicas, edad modernaAl final del siglo XVI aproximadamente, empieza la protésica demiembro superior con elementos metálicos (mano de Götz).Accesible para miembros del estamento militar y nobles (cara ypesada), y hecha por orfebres.En el siglo XIX, las prótesis dentales empiezan a utilizarelementos mixtos, también otros materiales metálicos(inventados por Fronzi), Pt y Ag.
  • Prótesis Metálicas. Edad contemporáneaPrimera Guerra Mundial: Empieza la protésica exterior(exoprótesis), por los tullidos (Otto Bock), usando elementosmetálicos: Fe, Bronce.Segunda Guerra Mundial y posteriores: Gracias” a laAdministración de Veteranos (US), industria (GER), MinisterioEjército (USSR), se crean escuelas de protésicos, y se empiezana 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 oreconstruir 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.CLASIFICACIONESDisposición en el cuerpo(interno o externo)Tiempo de permanencia, Material de osteosíntesis: En generalpueden 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 Aleaciones de Aleaciones de Inoxidable Cromo-Cobalto Titanio
  • DEFINICIÓN ACERO INOXIDABLE El acero es una aleación de hierro y carbono, a la que la adición de otros Composición química del aceroelementos le confieren la propiedad de Inoxidable 316L(ASTM,1992) ser resistente a la oxidación Elemento Composición Carbono 0.03 max. EVOLUCIÓN Manganeso 2.00 max. 1º para implantes fue el 18-8 (18%Ni-8%Cr) Fósforo 0.03 max. + Molibdeno(2-4%), Azufre 0.03 max. aumentar la resistencia a corrosión en medio salino Silicio 0.75 max. 316L, disminuye el Carbono 0,08% del 316 a 0,03% Cromo 17.00-20.00 Mejora la corrosión in vivo Níquel 12.00-14.00 Para mantener las condiciones de corrosión Cr >11% Molibdeno 2.00-4.00 “Biomecánica articular y Sustituciones protésicas”. Instituto de Biomecánica de Valencia
  • ACERO INOXIDABLE Efecto del Níquel y del Cromo en la estructura austenítica (ASTM,1992)ESTRUCTURAFerrítica (con resistencia mecánica reducida)De cementita (carburos de hierro duros y frágiles)Perlítica (una matriz ferrítica con láminas de cementita)Austenítica (dura y resistente) “Biomecánica articular y Sustituciones protésicas”. Instituto de Biomecánica de Valencia
  • ACERO INOXIDABLE Las características microestructurales y ACERO 316L propiedades mecánicas de un acero inoxidable no se deben sólo a su Trabajado en frío composición química, sino también al (Acritud)tratamiento térmico y mecánico aplicado Propiedades mecánicas del acero inoxidable 316L (ASTM,1992) CONDICIÓN RESISTENCIA TENSIÓN DE ALARGAMIENT DUREZA A TRACCIÓN FLUENCIA O MÁXIMO (%) ROCKWELL (MPa) (MPa) Recocido 485 172 40 95HRB Trabajado 860 690 12 - en frío “Biomecánica articular y Sustituciones protésicas”. Instituto de Biomecánica de Valencia
  • Corrosión en zonas ACERO INOXIDABLEPROBLEMA anexas a tornillosPara la fabricación de prótesis de acero inoxidable 316L, Fabricación de Soldadura por Eliminación de pieza trabajado calentamiento oxido en la en frío uniforme superficie Tratado de superficie Pasivado por pulido espejo o mediante Ácido acabado mate por Nitrico arenado
  • ALEACIONES DE CROMO-COBALTOComercialmente, Stellite®, Vitallium®, Vinertia®, según fabricante Características químicas de las aleciones de CR-CO más comunes (Se,litsch,1980) 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 “Biomecánica articular y Sustituciones protésicas”. Instituto de Biomecánica de Valencia
  • ALEACIONES DE CROMO-COBALTO Técnica de Prótesis dentales yCrCoMo Cera Perdida actualmente prótesis articularesCrCoMoNi Técnica de Vástagos de prótesis de Forja rodilla y cadera Características químicas de las aleciones de CR-CO más comunes (Semlitsch,1980) Fundición CoCrMo(F75) Forja CoCrWNi(F90) Forja CoNiCrMo(F562) Tratado en fríoRESISTENCIA A TRACCIÓN 655 860 1793 min (Mpa) LÍMITE DE FLUENCIA 450 310 1585 (0,2% offset) (MPa) ALARGAMIENTO(%) 8 10 8.0 REDUCCIÓN ÁREA (%) 8 35.0 RESISTENCIA A FATIGA 310 (MPa) “Biomecánica articular y Sustituciones protésicas”. Instituto de Biomecánica de Valencia
  • ALEACIONES DE CROMO-COBALTO
  • 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“Biomecánica articular y Sustituciones protésicas”. Instituto de Biomecánica de Valencia
  • ALEACIONES DE TITANIO 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. Propiedades mecánicas del titanio y sus aleaciones (Davidson et al.,1994) Propiedades Grado 1 Grado2 Grado3 Grado4 Ti6Al4V Ti3Nb13Zr RESISTENCIA A 240 345 450 550 860 1030 TRACCIÓN (MPa)LÍMITE DE FLUENCIA 170 275 380 485 795 900 (0,2% offset) (MPa)ALARGAMIENTO(%) 24 20 18 15 10 15REDUCCIÓN ÁREA (%) 30 30 30 25 25 45 “Biomecánica articular y Sustituciones protésicas”. Instituto de Biomecánica de Valencia
  • ALEACIONES DE TITANIO POSITIVO BiocompatibilidadTitanio es muy reactivo NEGATIVO 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 diamentro ente 50-200µm que se sueldan a 1200°.Esto repercute negativamente a las propiedades mecánicas a fatiga, lo fragiliza y lo hace anisótropo.
  • ALEACIONES DE TITANIO
  • Hay miles de prótesis distintas,restructuraciones parciales, totales,placas, implantes dentalesendoprótesis, exoprótesis, etc. Y en el futuro.. http://www.youtube.com/watch?v=sJ4J69EEpu4
  • Principales componentes son Compuestos con una altaconductividad y propiedades plásmicas, capacidad deresistencia y biocompatibilidad:Fe: Los primeros caracterizados en nanonpartículas(usualmente recubiertas)Au: Dando lugar a nanogold®, con aplicaciones inmensasen biotecnología y sensores.Ag: Por su alta biocompatibilidad y resistencia a microbiosy bacterias.Pt, Ti: Alto rango de absorcióny antioxidantesEstructuras en forma de «puntos»
  • Estructuras más comunes Usualmente 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 nanopartículas de 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.
  • Ejemplos de nanoestructuras metálicas © CIEMAT
  • Nanopartículas de Au En 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 (artritis reumatoide) 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 forSpecific Immobilization of Histidine-Tagged Proteins" J. Am. Chem. Soc.; 2005; 127, 5689-5694.
  • 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.
  • Nanopartículas de Ag Aplicaciones específicas: Bactericida y antifúngico Importantes propiedades de agente que se fija a membranas plasmáticas. Instrumentos quirúrgicos Cementos óseos Agentes antivirales Tratamiento 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.
  • Nanopartículas de Ag Aplicaciones específicas: Cicatrizante: especialmente en heridas producidas por contínuos roces (prótesis), eliminación olores por sudor. Constantin Ciobanu “Polyurethane Gel with Silver Nanoparticles for the Treatment of Skin Diseases” Imágenes antes de tratamiento,y 19 y 57 días después Fibras sintéticas: Inconvenientes: Ambientales (contaminación de aguas)
  • Nanopartículas de Fe Habitualmente obtenidas por procesos redoxPureza 99,9%Apariencia nanopolvos negroAPS 25 nmSSA 40-60 m 2 / gProceso de fabricación Procesos de REDOX.Morfología EsféricaLa densidad aparente 0.1-0.25g/cm 3densidad real 7,90 g / cm 3Prevención de la corrosión Parcialmente apaciguada
  • 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 aplicacioes biomédicas. En cambio, sí hay tecnologías en marcha para su aplicación en superconductores y supercomputación.
  • Aplicaciones Biomédicas - Ejemplo Micro-páncreas artificial ® Universidad Illinois
  • Válvulas cardiacas Jaulas, pivotes, anillo y ciertos discos metálicos. Jaula-bola, lenticulares, de disco oscilante, bivalvas Acero inoxidable, Cr-Co, titanio
  • Stents Endovasculares, 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)
  • Marcapasos Regulación 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 quirúrgica Tubos, catéteres, grapas…Dispositivos anticonceptivos DIU de cobre Corrosión en el útero Impide la implantación del óvuloOdontología Coronas, puentes, implantes, alambres dentales, pernos, tornillos… Titanio, aceros inoxidables, aleaciones de plata, níquel cobalto, NiTi
  • Nitinol Aleación de Ni-Ti (alrededor de 50-50%) 2 fases: Baja Temperatura  Martensita Dureza, resistencia y módulo elástico inferiores Alta Temperatura  Austenita Memoria de forma Transformación entre fases por cambios de temperatura
  • Nitinol Memoria 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
  • Nitinol Superelasticidad 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 óseosMagnesio 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
  • Aplicaciones ortopédicas – Implantes óseosMagnesio Problemas Alta corrosión en fluidos corporales (10,5- 210 mm/año en solución NaCl 3%)  pérdida integridad mecánica Mejorar resistencia a corrosión Modificación superficial  Sección transversal de magnesio puro con recubrimiento de fluoruro de recubrimientos magnesio. Conversión química Anodizado Electrodepósito de hidroxiapatita… Aleaciones de Magnesio Al, Mn, Cd, Ag, tierras raras… Recubrimientos de conversión química aplicados sobre magnesio puro: a) capa de carbonato y b) capa de fluoruro. Imágenes: M. Carboneras et al. “Tratamientos químicos de conversión para la protección de magnesio biodegradable en aplicaciones temporales dereparación ósea”
  • Aplicaciones ortopédicas – Implantes óseos Magnesio Recubrimientos de conversión química aplicados sobre Recubrimiento de MgF2 e hidroxiapatita en Magnesio (izda) y osteoblastos adosados a la superficie del material
  • Aplicaciones ortopédicas – Implantes óseos Materiales porosos Características Características poros Mecánicas Cellular metals o metal foams • Número • Módulo Young Ingeniería de tejidos • Tamaño • Elasticidad Mejora integración implante-tejido • Forma • Tensión Rotura • Conectividad • Densidad … natural  Regeneración ósea Fabricación:
  • Aplicaciones ortopédicas – Implantes óseos Materiales porosos Tantalio Zimmer Trabecular Magnesio Metal™ Technology 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” Otros (titanio, níquel, hierro, aluminio…)Imágenes de titanio, níquel y hierro porosos. John Banhart, Manufacture,characterisation and application of cellular metals and metal foams
  • Aplicaciones vasculares Stents 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 vasculares Stents autoexpandibles  NiTi Stents basados en la Superelasticidad del Nitinol Superelasticidad: Md >T>Af Ausencia fuerzas exteriores: máximo diámetro  Austenita Tensiones superiores a σB  Martensita inducida por tensión Introducción stent comprimido Colocación  expansión
  • Aplicaciones vasculares Stents autoexpandibles  NiTi Stents 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  NiTi Stents 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 Nitinol Mediante 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 másutilizados en biomedicina, en especial en elementosestructurales cómo prótesis, por su alta resistencia a rotura.Sus propiedades mecánicas su pueden variar a través de sucomposición química y su procesos de fabricación, lo que loshace muy interesantes para muchas aplicacionesAunque la investigación científica está más centrada en laobtención de nuevos biomateriales no metálicos su utilizaciónsigue siendo primordial en muchos camposLa 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