Biopolímeros     Asignatura: BiomaterialesInstructor: Ernesto Beltrán Partida          Curso: 2012-1
– Diferentes tipos de polímeros son utilizados ampliamente en dispositivos  biomédicos, lo que incluye ortopedia, dental, ...
– Peso Molecular– Un polímero es usualmente producido con la distribución de pesos moleculares.– Para comparar los pesos m...
– Los polímero lineales usados para aplicaciones biomédicas generalmente tienen  un Mn en el rango de 25,000 a 100,000 y u...
– Síntesis– Los métodos para la preparación de polímeros sintéticos caen en dos categorías:  polimerización por adición (r...
– Los iniciadores pueden ser radicales libres, cationes, aniones o catalizadores  esteroespecíficos.– Las cadenas crecen r...
– Los polímeros producidos por polimerización por adición pueden ser  homopolímeros, o copolímeros.– Dependiendo de las co...
Fig. 4. Homopolímeros utilizados comobiomateriales
– Las propiedades de la condensación de un copolímero depende de tres factores:    – La química de las unidades del monóme...
– El entrecruzamiento de polímeros por adición o condensación es posible.– Por ejemplo; la mayor parte de las moléculas en...
– Tacticidad.– Los polímeros de largas cadenas, son capaces de sufrir diferentes conformaciones  atreves de la rotación de...
– Determinación de la Estructura.– La espectroscopia de IR seguido es utilizada para caracterizar la estructura de los  po...
– La resonancia magnética nuclear (NMR), en la que las energías de spin magnéticos  de núcleo de spin ½ o mayores son prob...
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Biopolímeros

  1. 1. Biopolímeros Asignatura: BiomaterialesInstructor: Ernesto Beltrán Partida Curso: 2012-1
  2. 2. – Diferentes tipos de polímeros son utilizados ampliamente en dispositivos biomédicos, lo que incluye ortopedia, dental, tejidos blandos, e implantes cardiovasculares.– Los polímeros se pueden derivar tanto de fuentes naturales, o de procesos orgánicos sintéticos.– Son relevantes una amplia variedad de polímeros naturales incluyendo los materiales de plantas, como es la celulosa, alginato de sodio, y el caucho natural, materiales animales como son tejido basado en válvulas cardiacas y suturas, colágeno, glicosaminoglucanos (GAGs) y ácido hialuronico, y otros materiales como el ácido desoxirribonucleico (DNA).– Tanto los polímeros naturales como sintéticos son moléculas de cadenas largas que consisten de un numero grande de pequeñas unidades repetitivas.– El propósito de un Bioingeniero es seleccionar el biomaterial con las propiedades que ajusten de mejor manera con la aplicación en particular requerida.
  3. 3. – Peso Molecular– Un polímero es usualmente producido con la distribución de pesos moleculares.– Para comparar los pesos moleculares de dos diferentes lotes de polímeros, es útil definir el peso molecular promedio. Mn : es el primer momento de la distribución del peso molecular y es un promedio sobre el numero de moléculas. Mw: es el segundo momento de la distribución del peso molecular y es un promedio del peso de cada cadena del polímero. Ni : es el numero de moles de la especie i Mi : es el peso molecular de la especie i– La proporción entre Mw y Mn es conocido como el índice de polidispersidad (PI) y es utilizado como una medida de la amplitud del peso molecular. Fig. 1.Distribución típica del peso molecular de un polímero.
  4. 4. – Los polímero lineales usados para aplicaciones biomédicas generalmente tienen un Mn en el rango de 25,000 a 100,000 y un Mw de 50,000 a 300,000 y en el caso excepcional, como el PE usado en las uniones de rodilla, Mw puede variar hasta en un millón.– Pesos moleculares altos o bajos, pueden ser necesarios dependiendo de la habilidad de las cadenas del polímero para cristalizar o exhibir interacciones secundarias como puentes de hidrogeno. Tabla 1 Propiedades Mecánicas de los polímeros biomédicos.
  5. 5. – Síntesis– Los métodos para la preparación de polímeros sintéticos caen en dos categorías: polimerización por adición (reacción en cadena) y polimerización por condensación (crecimiento por pasos). Fig. 2. (A) Polimerización de metil metacrilato (polimerización por adición). (B) Síntesis de poli(etilen teraftalato) (polimerización por condensación).
  6. 6. – Los iniciadores pueden ser radicales libres, cationes, aniones o catalizadores esteroespecíficos.– Las cadenas crecen rápidamente durante el paso de propagación hasta que la reacción es terminada con otro radical libre, la molécula de un solvente, otra molécula de polímero, un iniciador, o se adiciona un agente que transfiere cadenas.– La polimerización por condensación es completamente análoga para las reacciones de condensación de moléculas de bajo peso molecular.– Nylon y PET son polímeros de condensación típicos y son utilizados como fibras para biomateriales.– La reacción continua hasta que uno de los reactante se finaliza.– El método de polimerización seleccionado afecta fuertemente al polímero obtenido.
  7. 7. – Los polímeros producidos por polimerización por adición pueden ser homopolímeros, o copolímeros.– Dependiendo de las condiciones de la reacción y de la reactividad de cada tipo de monómero, los copolímero pueden ser aleatorios, alternantes, graft y copolímeros en bloques. Fig. 3. Posibles estructuras para las cadenas de los polímeros.
  8. 8. Fig. 4. Homopolímeros utilizados comobiomateriales
  9. 9. – Las propiedades de la condensación de un copolímero depende de tres factores: – La química de las unidades del monómero. – El peso molecular de los productos del polímero. – La distribución del peso molecular del copolímero.– El uso de monómeros bifuncionales da lugar a polímeros lineales, mientras que monómeros multifuncionales pueden ser utilizados para formar redes entrecruzadas covalentemente. Fig. 5. Copolímeros utilizados en medicina y sus monómeros base.
  10. 10. – El entrecruzamiento de polímeros por adición o condensación es posible.– Por ejemplo; la mayor parte de las moléculas en el caucho natural pueden ser entrecruzadas para tener redes blandas con 1-3% de sulfuros o para tener un caucho duro con 40-50% de sulfuro.Fig. 5. Enlaces de Hidrogeno en moléculas de nilon-6,6 en una celda unitaria con forma σ. (De L.Manderlkern, An introduction to Macromolecules, Springer-Verlag.) (B) agregación ionica dando lugar aentrecruzamientos fisicos en copolímeros.
  11. 11. – Tacticidad.– Los polímeros de largas cadenas, son capaces de sufrir diferentes conformaciones atreves de la rotación del balance de enlaces. Fig. 7. Posible productos en la polimerización del 1,3-Butadieno. – Tacticidad, se refiere al arreglo de los sustituyentes que se encuentran en una cadena polimérica extendida. – Los polímero atácticos usualmente no cristalizan. Los isotácticos y sindiotácticos sonFig. 6. Esteroisómeros esquemáticos de polímeros que cristalizan si las condicionespolipropileno. (De F. Rodriguez, Principles son favorables.of Polymer Systems. 1982).
  12. 12. – Determinación de la Estructura.– La espectroscopia de IR seguido es utilizada para caracterizar la estructura de los polímeros.– El espectro de IR es obtenido, haciendo pasar una radiación IR atreves de la muestra de interés y observando la longitud de onda de los picos de absorción.Fig. 8. Espectro de infrarrojo del poli(oxido de tetrametileno)/tolueno poliuretano basado endiisocianato
  13. 13. – La resonancia magnética nuclear (NMR), en la que las energías de spin magnéticos de núcleo de spin ½ o mayores son probados, y se utilizan para analizar composición química.Fig. 9. Espectro de NMR de 13C y asignación de poliuretano [diisocianato de difenilmetano (MDI,segmento duro), oxido de politetrametileno (segmento ligero PTMO), butanodiol (BD, cadenaextendida)].

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