Este documento trata sobre los biomateriales. Explica que los biomateriales son materiales usados para reemplazar o reparar tejidos del cuerpo y deben ser biocompatibles. Luego describe algunas aplicaciones comunes de biomateriales como prótesis articulares, placas óseas, cemento óseo e implantes dentales. Finalmente, menciona que la ciencia de biomateriales es multidisciplinaria ya que involucra aspectos de medicina, biología, química e ingeniería.

1. Biomateriales
Dr. Angel Francisco Villalpando Reyna

2. PARADIGMA CENTRAL
DE LA CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES
William D. Callister Jr., Materials Science and Engineering An Introduction
Propiedades
Microestructura
Procesamiento

3. Hoy en día, el área médica
demanda materiales con
apropiadas propiedades
mecánicas, biocompatibles
y, en algunos casos, de alta
bioactividad al estar en
contacto con ambientes
biológicos.
Las demandas de este tipo de
materiales va cada ves mas
demandante acorde a los
avances de la tecnología y
la cirugía medica.
3

4. La inversión económica realizada en el área en
EUA en el año 2000 fue cercana a $117.2 billones
de dólares estadounidenses tan solo en el tópico de
regeneración ósea.
A nivel mundial la industria biomédica es de las de
mas alto crecimiento, debido al incremento a la
expectativa de vida de la población, y aumento
de enfermedades crónico degenerativas de la
población.
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5. Un BIOMATERIAL es un material usado para hacer
dispositivos que remplazan una parte o una función del
cuerpo en forma segura, fiable, económica y
fisiologicamente aceptable (Hench and Erthridge,
1982).
Un BIOMATERIAL puede ser simplemente definido
como un material sintetico empleado para remplazar
parte de un sistema o funciones en contacto intimo
con el tejido vivo.
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6. Desarrollos notables relacionados a Implantes
Año Investigaciones Desarrolladas
Antes en los sigos18th–19th Varios de dispositivos metálicos para el arreglo de fractura de hueso han sido encontrados
en vestigios arqueologica; alambres y clavijas de Fe, Au, Ag, and Pt
1860–1870 J. Lister Aparicion de la cirugia Asceptica
1886 H. Hansmann Desarrollo de la primera Placa de Acero-Ni para fractura osea
1893–1912 W.A. Lane Tornillos y placa ( Fractura lineal)
1912 D. Sherman Placa de acero al Vanadio Primero en desarrollarse para uso medico,
con menor concentración de estrés y corrosion (Sherman Plate) .
1924 A. A. Zierold Introducción de la primera aleación en base a CoCrMo Stellites®
1926 M.Z. Lange Introducción de acero inoxidable 18-8sMo, mejor que el acero inoxidable
18-8
1926 E.W. Hey-Groves , Uso de los tornillo Carpenter’s para fractura de cabeza femoral
1931 M.N. Smith-Petersen Primer dispositivo de fijacion en fractura de cuello femoral
hecho de acero inoxidable
1936 C.S. Venable, W.G. Stuck Introducción del Vitallium®(19-9 acero inoxidable),
posteriormente cambiado por aleaciones de CoCr .
1938 P. Wiles Primer reemplazo total de Cadera
1939 J.C. Burch, H.M. Carney Introducción del Tantalum (Ta)
1946 J. and R. Judet Primer diseño biomecánico de remplazo de cabeza femoral; Empleo de
primer plástico (Polimetilmetacrilato - PMMA) usado para el reemplazo de articulacion
1940s M. J. Dorzee, A. Franceschetti Primer acrílico empleado (PMMA) para remplazo
corneal .
1947 J. Cotton Introducción de aleaciones de Ti y Titanio puro
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7. 1952 A. B. Voorhees, A. Jaretzta, A.B. Blackmore. First successful blood vessel replacement
made of cloth for tissue ingrowth
1958 S . Furman, G. Robinson First successful direct heart stimulation
1958 J. Charnley First use of acrylic bone cement in total hip replacement on the advice
1960 A. Starr, M. L. Edwards First commercial heart valves
1970s W. J. Kolff Total heart replacement, L. Hench develop Bioactive materials
osteoinductive materials
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8. • Prótesis articulares
• Placas óseas
• Cemento óseo
• Articulación de la cadera
• Ligamentos y tendones artificiales
• Implantes dentales para la fijación del diente
•Válvulas del corazón
•Dispositivos para reparación de la piel
•Reemplazos cocleares
• Lentes de contacto
Articulación de la cadera
Válvula de
corazón
Articulación
de la rodilla
Piel
Biomateriales & Aplicaciones Actuales

9. Biomateriales & Aplicaciones Emergentes

10. APPLICATION TYPES OF MATERIALS
Skeletal System
Replacement Joints, Plates, Srews Ti, Ti-Al-V, SS, UHDPE/UHMWPE, Allografts
Bone replacement/regeneration Hydroxyapatite, Glass-Ceramics, DMC, CAP, Stem Cell
Bone cements PMMA, BisGMA, TEGDMA
Artificial tendon and liigament ePTFE, PET
Dental Restoratives and Implant Methacrylates, Ti, Alumina, PFM, Ca(PO4)2
Cardiovascular System
Vascular implants PET, ePTFE, autografts, allografts, SIS
Heart Valves xenografts, SS, carbon/PET
Catheters PDMSe, PUR, HDPE, PTFE, Polyamides
Cardiovascular Tissue Stem Cells, autografts, allografts
Organs
Artificial Heart (VADs) PUR, PC, PDMSe
Skin replacement PDMSe-Collagen Composites, HEMA hydrogels
Kidney, Bladder Cellulose, PAN, SIS
Heart-Lung Machine PDMSe
Dialysis PDMSe, Cellulose, PSF
Sensory
Cochlear Implants Pt
IOLs PMMA, PDMSe, HEMA hydrogels
Contact Lens Acrylate/PDMSe Hydrogels

11. Relación entre los Materiales & el Cuerpo Humano
*
*
*
*
*
*
*
Composición del cuerpo
25%
45%
30%
Composición del Hueso
Agua
Fosfato y carbonato de
calcio
Colageno y otras
proteinas

12. 6.ÁreasdeAplicacióndelos
Biomateriales
12

13. 13
Biomateriales
Biofarmacéutica
Liberadores de medicamentos
Identificación y síntesis de medicamentos
Materiales para implantes
Reparación y reemplazo de tejidos
Materiales para implantes, reparación y
reemplazos estructurales
Dispositivos implantables
Dispositivos para la evaluación , diagnostico y
tratamiento
Dispositivos sensoriales
Dispositivos quirúrgicos Herramientas quirúrgicas
Herramientas, dispositivos y
equipos de diagnóstico
Pruebas genéticas
ImágenesComprensión de los procesos
básicos de la vida

14. Biomateriales un área
Multidisciplinaria
La Ciencia de los Biomateriales es considerada como la más
multidisciplinaria de todas las ciencias, ya que abarca aspectos
relacionados con:
• Medicina
• Biología
• Química
• Ingeniería
• Ciencia de los Materiales
…
…
…

15. Biomateriales un área
Multidisciplinaria
especialistas en materiales
Bioingenieros
Cirujanos
Farmacéuticos
Biólogos
Inmunólogos
...
...

16. Biomateriales & Cuerpo Humano
BIOMATERIALES
METÁLICOS CERÁMICOSPOLÍMEROS

17. 17
oMetales:
oAcero 316L
oAleaciones Co-Cr
oTitanio Puro
oTi6Al4V
oTantalio
oNitinol

18. 18
oAplicaciones:
o Alambres Guías
o Válvulas mecánicas de corazón
o Implantes ortopédicos e
odontológicos
o Placas para fracturas
o Clavos y tornillos
o Soportes para corazones
artificiales
o Comandos para marca-pasos y
estimuladores eléctricos
implantables

19. 19
oCerámicos:
oAlúmina (Al2O3)
- Alta densidad
- Mono cristalina
oCircona (ZrO2)
oHidroxiapatita
oFosfato Tricalcico
oBio-vidrios
oVitrocerámico

20. 20
oAplicaciones:
o Recubrimientos de implantes
Endoóseos .
oUnión ósea
o Cirugía Reconstructiva
oImplantes Odontológicos
oImplantes Ortopédicos

21. 21
oPolímeros:
oAcrílicos
oPoliésteres
oPoliuretanos
oPoliamidas
oSilicones
oPolimetilmetacrilato
oPolímeros Epoxicos
oCo-polímeros de acido
láctico – acido glicolico
oPoli coprolactona
oPoli orto esteres

22. 22
oAplicaciones:
o Liberación controlada de Medicamento
o Unión ósea
o Suturas
o Cirugía Reconstructiva
o Placas Ortopédicos
o Catetes
o Tubos
oVálvulas Cardiacas
oCemento Óseo
o Lentes intraoculares
oSoporte para implantes extra corpóreos
oImplantes para cirugía Plástica

23. 23
oMateriales Reabsorbibles
oHidroxiapatita de baja
densidad
oFostato tricalcico
oCo-polimeros de Acido
Polilactico/ Poliglicolico
oPoliaminoacidos
oPoli ortoesteres
oPoli coprolactonas
oColágeno

24. 24
oAplicaciones:
o Implantes Óseo
o Injertos Vasculares
o Válvulas Cardiacas
o Tendones
o Ligamentos
o Sustitutos de Pericardio
o Relleno Óseo

25. 25
oCarbono:
o Carbono pirolítico
(isotrópico de baja
temperatura)
o Carbono isotrópico de
ultra baja temperatura

26. 26
oAplicaciones:
o Válvulas cardíacas y grupos
cardiovasculares.
o Grupos en polímeros sensibles
a la temperatura.

27. 27
oMacro Moléculas Derivadas:
oQuitosano
o Colágeno
o Elastina
o Ácido hialuronico
o Acetatos de celulosa
o Fosfo-lipídos

28. 28
oAplicaciones:
o Membranas de Hemodiálisis
o Liberación controlada de
medicamento
o Anti adhesivos
o Tejidos para corazón
o Suturas
o Tejidos experimentales trombo-
resistentes
oSistemas curativos
o Órganos híbridos

29. 29
oRecubrimientos Pasivos:
o Albumina
o Cadenas de Alcanos
o Flourcarbonos
o Ácido hialuronico
o Hidrogeles
o Aceite de Silicón
oAplicaciones:
o Tromboresistente
o Lubricante de
Agujas
o Arrastre reducido
de cateters

30. 30
oRecubrimientos Bioactivos:
o Hidroxiapatita
oTromboresistencia
oMembranas
Antimicrobianas
oTromboliticos
oProteinas
oPeptidos
oAplicaciones:
o Tromboresistente
o Mejorar
adherencia celular
oResistencia a la
Infección
oRecubrimiento de
implantes endoóseos

31. Bio-Materiales
Materiales
Bioinertes
Materiales
Biodegradables
Materiales
Bioactivos
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32. 32
8.AplicacionesEnOdontologia

33. Biomateriales & Medicina
APLICACIONES: REEMPLAZO DE
DIENTES
• Previene la pérdida de apoyo a la raíz.
• Aumenta la eficiencia de masticar.
• Previene la reabsorción ósea.
• Mantener los dientes sanos.
• Estética.

34. Biomateriales & Medicina
Materiales para aplicaciones dentales
• Rellenos: amalgamas, resinas acrílicas, cerámicos.
• Implantes de raíz y fijación: aleaciones de titanio.
• Dientes: porcelana, resinas, cerámicos.
• Cementos/resinas: acrilatos.
• Puentes: Resina y metales (Au, CoCr).
• Frenos: acero inoxidable, nitinol y cerámicos.

35. Frenos (Brackets)
metálicos
Frenos (Brackets)
cerámicos
Biomateriales & Medicina
TRATAMIENTOS DENTALES

36. 36
9.PrincipiodeIngenieriade
Tejidos

37. • El desarrollo de implantes han dado a los
investigadores incentivos para conocer las
reacciones que ocurren entre los tejidos y los
diversos implante.
• Al principio del desarrollo de implantes se
empleaban principalmente materiales bioinertes
tales como alúmina o acero inoxidable.
• Branemark en 1970 introdujo el concepto de
oseointegración, el cual une directamente las
características funcionales y estructurales,
entre el hueso y la superficie del implante.
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38. El criterios de selección de biomateriales es basada en
diversas aplicaciones.
• Extra corporal, aquellos materiales que estén en
contactos con Fluidos Fisiológicos, que remueven
impurezas o le retornan la sangre.
• Dispositivos que son insertados en los vasos
sanguíneos.
• Dispositivos permanentemente implantados para la
sustitución de tejido dañados.
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39. Otras aplicaciones especificas:
Aplicaciones Tejidos Suaves
Implantes de seno o facial
Aplicaciones en Tejidos Duros
Aplicaciones Odontológicas y Ortopédicas
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