Trabajo sobre los materiales biocompatibles

1. BIOMATERIALES
Ashley Carpio Sandoval 1ºBACH B

2. Índice
I. LOS BIOMATERIALES
II. TIPOS DE BIOMATERIALES
•Biomateriales metálicos
•Biomateriales cerámicos
•Biomateriales poliméricos
III. APLICACIÓN
• Ingeniería biomédica
• Impresión 3D con material biocompatible
IV. BIOMATERIALES A PARTIR DE RESIDUOS DE MALTA

3. 1. Los biomateriales
•Son materiales capaces de remplazar la función de los tejidos u órganos vivos, o
restaurarlos.
•Están expuestos de modo temporal o permanente a fluidos del cuerpo, aunque en realidad
pueden estar localizados fuera del propio cuerpo (materiales dentales).
•Se estudian bajo tres aspectos fundamentales: materiales biológicos, materiales de
implante y la interacción existente entre ellos dentro del cuerpo.
•Dispositivos como miembros artificiales, amplificadores de sonido para el oído y prótesis
faciales externas, no son considerados como implantes.
•Con los biomateriales se pueden fabricar miembros artificiales, desarrollar uniones para las
extremidades (crear marcapasos o lentes y fabricar implantes dentales).
•Un biomaterial:
-Debe ser biocompatible (el organismo tiene que aceptarlo)
-Tener estabilidad química (sin degradarse con el paso del tiempo)
-Contar con resistencia mecánica (para no romperse)
-Carecer de toxicidad (para no dañar otras partes del cuerpo).
-Debe poseer tanto una densidad como un peso adecuados.
-Tiene que ser inerte.
-Tiene que ser fácil de fabricar y de producirse a gran escala.

4. 2. Tipos de biomateriales
Los biomateriales pueden ser materiales biológicos naturales, como
la madera o la piel, u otros elementos que tienen la capacidad de integrarse a
un organismo vivo para cumplir ciertas funciones. Esto quiere decir que los
biomateriales pueden formar parte de un ser vivo, ya sea de manera natural o
a través de algún tipo de implante.
No obstante, también existen los biomateriales de origen artificial como sería
el caso de los polímeros, las cerámicas, los metales…
En concreto, esta clase de biomateriales, teniendo en consideración la
naturaleza de los mismos, se pueden dividir en varios grupos:
CerámicosMetálicos Poliméricos

5. •Metálicos
•Se utilizan para crear implantes y prótesis que van a tener que soportar mucha carga de peso.
•En la década de 1920, Reiner Erdle y Charles Orange, desarrollaron la aleación Vitallium, que fue el
primer biomaterial metálico aleado con características mecánicas de biocompatibilidad y de resistencia
a la corrosión, aceptables para aplicaciones en prótesis quirúrgicas.
-Esta aleación de cobalto, fue el punto de partida para una serie de investigaciones
multidisciplinarias en el desarrollo de nuevas aplicaciones ortopédicas, además de varios
tipos de implantes de reemplazo articular.
•En la década de 1930 se desarrolla el acero inoxidable grado quirúrgico 316LQ, que es un acero con
bajo contenido de carbono.
•Otras aleaciones que han tomado gran importancia en aplicaciones aeronáuticas y aerospaciales, así
como en aplicaciones médicas para implantes quirúrgicos, son las de base titanio:
-Aleación Ti6Al4V: presenta ventajas superiores en peso, propiedades mecánicas y de
resistencia a la corrosión con respecto a las aleaciones base cobalto y acero inoxidable.
Resistencia baja al desgaste, así como un alto costo. Esta aleación ha sido modificada,
intercambiando el Vanadio por el Niobio, lo cual ha dejado una notable mejora en el índice
de biocompatibilidad.
•Con el objetivo de incrementar la resistencia al desgaste, se ha implementado el uso de recubrimientos
duros en cabezas femorales, aplicados mediante técnicas de depositación física en fase vapor (PVD),
además de utilizar materiales cerámicos como alúmina (Al2O3) o circonia (ZrO2).

6. •Cerámicos
•Se emplean para darle forma a prótesis o implantes cuando no es
necesario que tengan que soportar una elevada carga. Por este motivo, se
utilizan con mucha frecuencia en implantes dentales y cirugía ortopédica.
•Contienen elementos metálicos y no metálicos. Debido a sus enlaces
iónicos o covalentes, son generalmente, duros y frágiles.
•Tienen un alto punto de fusión y una baja conductividad térmica y
eléctrica.
•Se consideran resistentes al desgaste.
•Los principales biocerámicos son alúmina, zirconia, hidroxyapatita,
porcelanas, vidrios bioactivos, etcétera.
•Sus principales aplicaciones están en el sistema óseo, con todo tipo de
implantes y recubrimientos en prótesis articulares; también se utilizan en
aplicaciones dentales, en válvulas artificiales, cirugía de la espina dorsal y
reparaciones craneales.
•Estos materiales pueden asumir funciones de los tejidos y están en
condiciones de permanecer en contacto con los fluidos corporales sin
deteriorarse.

7. •Poliméricos
•Se utiliza en muchos y variados campos.
•Resultan ser biomateriales muy versátiles, por lo que pueden encontrarse en
implantes de tipo quirúrgico así como en sistemas encargados de dosificar los
medicamentos.
•Existe una gran variedad de polímeros biocompatibles: los polímeros
naturales, como por ejemplo la celulosa, glucosalina, etcétera, y polímeros
sintéticos, como, por ejemplo, polietileno de ultra alto peso molecular
(UHMWPE), PVC, nylon, silicona, etcétera.
•El desarrollo de los biopolímeros en las aplicaciones incluye prótesis faciales,
partes de prótesis de oído, aplicaciones dentales; marcapasos, riñones, hígado
y pulmones.
•Ejemplos: películas delgadas y capas de PVC se utilizan en bolsas de
almacenamiento y empaquetamiento quirúrgico de sangre y otras soluciones;
partes de esófago, segmentos de arterias, suturas biodegradables, partes de
implantes articulares en dedos, acetábulo de cadera y rodilla, entre otros.

8. 3. Aplicación
•Los biomateriales tienen un campo de aplicación muy amplio
que se extiende desde dispositivos de uso masivo y cotidiano en
centros de salud.
•La biomecánica se encarga de estudiar la mecánica y la dinámica
de los tejidos y las relaciones que existen entre ellos; esto es muy
importante en el diseño y el injerto de los implantes.
•Después de realizado un injerto, no se puede hablar del éxito de
un implante, este se debe considerar en términos de la
rehabilitación del paciente.
•Una de las principales aplicaciones es la ingeniería biomédica.

9. •Ingeniería biomédica
A fin de educar profesionales capaces de este tipo de desarrollos, las universidades en
el mundo abrieron varias carreras que unen conocimientos en diversas aéreas de la
ingeniería con la medicina, biotecnología, bioingeniería, biomecánica e ingeniería
biomédica, y la formación en biomateriales es una de las importantes materias en el
proceso de educación de expertos en ingeniería biomédica.
Materiales Ventajas Desventajas Ejemplos
Polímeros:
Silicón, teflón, dacrón, nylon
Elásticos, fáciles de fabricar,
baja densidad
Baja resistencia mecánica,
degradación con el tiempo
Suturas, arterias, venas,
orejas, mandíbulas, dientes,
tendones.
Metales: 316, 316LS.S,
aleaciones de titanio, aceros
de bajo contenido en carbón
Resistencia a esfuerzos de
alto impacto, alta resistencia
al desgaste
Baja biocompatibilidad,
corrosión en medios
fisiológicos, alta densidad,
pérdida de propiedades
mecánicas con tejidos
conectivos suaves.
Fijación ortopédica: tornillos,
clavos, alambres, placas,
barras intermededulares,
implantes dentales
Cerámicas: óxidos de
aluminio, aluminatos de
calcio, óxidos de titanio,
carbonos
Buena biocompatibilidad,
resistencia a la corrosión,
inerte, resistencia a la alta
corrosión
Fractura ante esfuerzos de
alto impacto, difícil
fabricación, baja resistencia
mecánica, inelásticos, alta
densidad.
Prótesis de cadera, dientes,
dispositivos transcutáneos.
Compuestos: cerámica-metal
carbón-otro material
Buena compatibilidad,
inerte, resistencia a la
corrosión, alta resistencia a
los esfuerzos
Carecen de consistencia en
la fabricación del material
Válvulas cardiacas, uniones
óseas, marca pasos

10. •Impresión 3D
•El fotopolímero PolyJetbiocompatible (MED610) es un material de
prototipado rápido rígido para uso médico. Ofrece una gran estabilidad
dimensional y es totalmente transparente.
•Resulta ideal para aplicaciones que requieran un prolongado contacto con la
piel durante más de 30 días y contacto a corto plazo con la mucosa de hasta
24 horas.
•Tiene cinco aprobaciones médicas incluidas citotoxicidad, genotoxicidad,
hipersensibilidad retardada, irritación y plástico USP clase VI.

11. 4. Biomateriales a partir de residuos de malta
•Investigadores de la UPM y del CSIC en colaboración con Mahou y Createch han hecho
estudios para tratar de buscar una alternativa al uso de prótesis sintéticas o formadas a partir
de hueso ovinos procesados, recurriendo a residuos de la producción de cerveza.
•Estos estudios han llevado al desarrollo de materiales biocompatibles, que pueden ser
utilizados como soportes para la regeneración ósea, a partir del bagazo (restos orgánicos
procedentes del procesado de la malta).
•Los restos orgánicos generados en la industria cervecera son ricos en los componentes
químicos presentes en el hueso.
•Esta alternativa además de ofrecer un material potencialmente bueno en términos funcionales
tiene ventajas adicionales frente a otras prótesis ya que estas son mucho más costosas y
agresivas para el medioambiente).
•Al ver que era posible obtener un material con propiedades adecuadas, se realizaron ensayos
en cultivos celulares para determinar la biocompatibilidad del material con la viabilidad de los
osteoblastos. Tras el éxito de este ensayo se procedió a la síntesis de matrices en 3D para
analizar la capacidad de adhesión, proliferación y diferenciación de las células óseas a estas
estructuras. Los resultados obtenidos demuestran que los materiales desarrollados son
biocompatibles y permiten que los osteoblastos que crecen sobre ellos proliferen y alcancen
los mismos grados de maduración que sobre la hidroxiapatita.

12. Por Ashley Carpio