Trabajo sobre biomateriales para la asignatura de Instrumentación Biomédica del Grado de Ingeniería de Telecomunicaciones, Sonido e Imagen de la Universidad Politécnica de Valencia, EPSG.

1. 17-4-2015
Instrumentación Biomédica | Tania Borrull Callejas
ESCUELA
POLITÉCNICA
SUPERIOR
DE GANDÍA
BIOMATERIALES

2. BIOMATERIALES
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BIOMATERIALES
1. INTRODUCCIÓN......................................................................................................................... 2
2. ¿QUÉ SON?................................................................................................................................ 2
2.1. Propiedades de los biomateriales...................................................................................... 4
3. BREVE HISTORIA........................................................................................................................ 5
4. TIPOS DE BIOMATERIALES......................................................................................................... 7
4.1. Metales............................................................................................................................... 7
4.2. Polímeros............................................................................................................................ 9
4.3. Cerámicas, cristales y cristales-cerámicas........................................................................ 12
5. ENSAYOS SOBRE LOS MATERIALES.......................................................................................... 13
6. APLICACIONES DE LOS BIOMATERIALES.................................................................................. 15
6.1. Implantes cardíacos.......................................................................................................... 16
6.2. Reemplazos articulares .................................................................................................... 16
6.3. Implantes dentales........................................................................................................... 16
6.4. Lentes intraoculares......................................................................................................... 17
6.5. Sustitutos para la sangre.................................................................................................. 17
7. EL FUTURO, ANDAMIOS PARA LA REGENERACION DE TEJIDO. .............................................. 17
8. CONCLUSIÓN........................................................................................................................... 18
BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................................. 18
Tabla de ilustraciones
Fig 1. Red conceptual biomateriales
Fig 2.Ejemplo sobre la determinación de la dureza
Fig 3. Dentadura de madera de G. Washington
Fig 4. Lente intraocular
Fig 5. Estructuras cristalinas
Fig 6. Estructuras de los polímeros. (A) lineal (B) ramificado (C) estructural
Fig 7. Mecanismos de deformación de polímeros
Fig 8. Máquina de ensayo de tracción
Fig 9. Curva de ensayo de tracción
Fig 10. Probeta de acero antes (A) y después de la deformación (B)
Fig 11. Válvula de carbón pirolítico, cubierta de titanio

3. BIOMATERIALES
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1. INTRODUCCIÓN
Los biomateriales han formado parte de uno de los avances más importantes de la
medicina. Uno de sus objetivos principales es el de mejorar la calidad de vida de los pacientes,
aumentando su esperanza de vida.
Actualmente más de cincuenta millones de personas en todo el mundo tienen implantado
algún tipo de prótesis, haciendo que cada vez esté más presente en el día a día de nuestra
sociedad.
Se puede pensar que un biomaterial simplemente sirve para remplazar alguna parte del
cuerpo, pero también ayudan a la prevención, el diagnostico y el tratamiento de muchos
trastornos de la salud.
Un biomaterial puede estar fabricado de diversos materiales, ya sean sintéticos o
biológicos, con la condición de que, finalmente, sea compatible con el paciente.
Para la final aplicación de este en cualquier cuerpo humano nos debemos asegurar de que se
ha seguido el siguiente esquema.
Fig 1. Red conceptual biomateriales
A continuación se verán expuestos los puntos en los que se explican y se da forma a las
ideas principales sobre los biomateriales.
2. ¿QUÉ SON?
A pesar de que en un principio fueron utilizados para aplicaciones médicas, además, son
utilizados para: cultivar células, manipular proteínas en el laboratorio, etc. En esta ocasión me
centraré en analizar y desarrollar las aplicaciones médicas.
Según el DRAE un biomaterial es:
Material tolerado por el organismo, utilizado para prótesis y otros fines.
APLICACIONES
TIPOS DE BIOMATERIALES
METÁLICOS POLIMÉRICOS CERÁMICOS/ETC
REQUERIMIENTOS
CARDIOVASCULARES ORTOPEDICOS DERMATOLÓGICOS/ETC
BIOCOMPATIBILIDAD
BIOMATERIAL

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Después de leer la definición de diferentes libros se puede llegar a una definición científica en
común:
Material sintético empleado para remplazar parte de un sistema vivo y ser utilizado en un
dispositivo médico para interactuar con sistemas biológicos.
Para que un biomaterial sea aceptado para su uso en pacientes debe de ser biocompatible.
Si lo es, se considera que es compatible con el entorno biológico en el que se encuentra, es
decir, es capaz de interactuar con tejidos vivos sin causar daño o muy pocas reacciones
biológicas. Como reacción biológica nos referimos a algún tipo de reacciones alérgicas o
inflamaciones, por ejemplo. Es probable que la biocompatibilidad tenga que ser definida
específicamente dependiendo de la aplicación final del material, así que podemos ver que los
biomateriales no siguen unas características específicas.
Cabe añadir las siguientes características generales:
- No ser tóxico, ni carcinógeno.
- Ser químicamente estable, no presentar degradaciones con el tiempo y ser inerte.
- Tener una resistencia mecánica adecuada.
- Tener un tiempo de fatiga adecuado, es decir, soporta cargas que varían cíclicamente
con el tiempo
- Tener una densidad y peso adecuados.
- Su tamaño y forma deben de ser adecuados.
- Debe ser relativamente barato, reproducible y fácil de fabricar ya que su producción se
realiza a gran escala.
Como podemos observar un biomaterial debe poseer unas cualidades muy concretas para
su posterior aplicación.
En algunos casos, la función de los tejidos u órganos es tan importante que es mejor no
remplazarlos por biomateriales, como, la médula espinal o el cerebro, el paciente tendrá
bastantes desventajas con un órgano de esa índole artificial. Una alternativa para los implantes
artificiales es el trasplante, por ejemplo de riñón o corazón, aun así es factible reponer partes
del órgano que se vean afectadas. En el caso del corazón, se puede implantar una válvula
artificial, arterias, venas, etc.
Por otra parte, un biomaterial, a parte de las aplicaciones sobre el cuerpo humano, dentro
del ámbito médico tiene otras funcionalidades. El biomaterial normalmente no es usado como
un simple material sino que se integran en los dispositivos médicos, es por ello por lo que en
contacto con el organismo provocan una respuesta no específica por no estar destinados a
formar parte del cuerpo humano, provocando la activación de una gran variedad de procesos
biológicos.

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2.1. Propiedades de los biomateriales
La fabricación de los materiales depende de sus propiedades mecánicas, como resistencia,
dureza, ductilidad, etc.
La estabilidad de un material la determinará la fuerza de los enlaces atómicos:
- Enlace iónico: este enlace se produce cuando dos átomos con iones de distinto signo
se atraen. Uno de los átomos capta electrones del otro, los dos átomos se convierten
entonces en un catión y un anión, que están fuertemente atraídos por el efecto
electrostático.
- Enlace covalente: este enlace se produce cuando los átomos tienen la misma
tendencia a dar y recibir electrones, por esta razón no forman enlace iónicos fuertes.
Las estructuras estables de electrones se consiguen mediante el intercambio de
electrones de valencia.
- Enlace metálico: es un enlace químico que mantiene unidos los átomos por los núcleos
y los electrones de valencia, que se juntan alrededor de estos. Estos átomos se
agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy
compactas.
Dependiendo de la fuerza que tengan estos enlaces determinaran la estabilidad del
material al aplicarle una carga, esto es, la tendencia de un material a resistir el cambio
producido por una reacción interna o acciones del medio externo, esto se relaciona con las
propiedades mecánicas. Otro tipo de propiedad es la relacionada a los cambios de
temperatura, a esta se le llama propiedad térmica, variaran en función de los cambios de
temperatura que experimente el material.
Cuando se estira un material, las fuerzas de atracción y repulsión entre los átomos del
material en si determinan como se comportará, aquí entra en juego la Ley de Hooke. Cuando
un material solido se somete a una fuerza de tracción se extenderá una distancia proporcional
a la carga. Hooke expresa el hecho de que la mayoría de los solidos se comportan de una
manera elástica si las cargas no son demasiado grandes.
La resistencia al impacto o tenacidad, cuantifica la energía que un material soporta hasta la
fractura. Todos los materiales tienen grietas internas que se propagaran más rápidamente
cuanto menos tenaz sea el material. Cuando el material se deforma fácilmente la parte de
material que rodea la grieta se deforma, este proceso consume energía y retarda la
propagación de la grieta y por ello se consigue que el material sea tenaz.

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Fig 2.Ejemplo sobre la determinación de la dureza
La dureza es la capacidad de un material para deformarse plásticamente bajo la influencia
de campos de esfuerzos complejos, cuanto más duro es un material, más cuesta deformarlo
plásticamente. La dificultad existente para la deformación se mide en función de la fuerza que
se aplique. Para determinarla dependerá del tipo de material, ya que cada uno tiene un índice
de tenacidad diferente. En la fig 2 se explica como, mediante un método llamado indentación,
se determina la dureza. A un indentador se le aplica una fuerza y este deformará la superficie
del material, cuando se retire el indentador se mide la distancia que ha penetrado en el
material y esta distancia es inversamente proporcional a la dureza.
Por último, el desgaste estará relacionado con la fricción que tendrá el material con otra
parte del cuerpo. Puede definirse como el proceso mediante el cual parte de material se
desprende de la superficie que se encuentra en contacto con otro material, esto ocurre
cuando se encuentran en movimiento una contra la otra. La perdida de material es un proceso
lento pero aun así continuo. Por ejemplo, en las prótesis de uniones entre huesos se
desgastará bastante.
3. BREVE HISTORIA
El campo que hoy en día llamamos ciencia de los biomateriales puede considerarse que
comenzó con civilizaciones muy antiguas, como la romana, china e incluso la azteca hace mas
de 2000 años. Por aquel entonces se usaba ya el oro en el campo de la odontología. Durante
gran parte de la historia registrada, los ojos de cristal y los dientes de madera tenían un uso
muy común.

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1829. H. S. Levert realizó los primeros estudios que determinaron la compatibilidad de
materiales para implantes, con materiales como la plata, oro, plomo y platino.
1886. H. Hansmann emplea placas de acero para facilitar la reparación de fracturas de huesos.
Estas primeras aplicaciones se deterioraban rápidamente.
1893. W.A. Lane desarrolla un sistema de tornillos de carbón para placas de fijación de fractura
de huesos.
1931. M.S. Petersen desarrolla un dispositivo de vidrio para prótesis de cadera.
1938. Primer remplazo total de cadera.
1945. Se inventan las lentes intraoculares de acrílico, para pilotos tras la segunda guerra
mundial.
1950-1960. Desarrollo de aleaciones con base de titanio.
Fig 3. Dentadura de madera
de G. Washington
Fig 4. Lente intraocular

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1970-1980. Uso de materiales porosos para favorecer el crecimiento del hueso
Debido al éxito de los avances de los anteriores años, actualmente se siguen usando
muchos de los métodos que se introdujeron.
Es difícil determinar el origen preciso del termino biomaterial. No obstante, es posible que
el campo se reconociera desde el simposio de la Universidad de Clemson a finales de 1960s. El
éxito de estos simposios llevó a la formación de la Sociedad de Biomateriales de los Estados
Unidos de América. A partir de entonces se comienza a disponer de investigadores e
ingenieros que diseñan materiales con un criterio específico.
4. TIPOS DE BIOMATERIALES
Los materiales comúnmente usados para construir las estructuras están divididos en tres
clases:
1. Metales
2. Cerámicas (cristales incluidos).
3. Polímeros.
Estas clases pueden ser identificadas solamente, a grosso modo con los tres tipos de
uniones atómicas, descritas con anterioridad.
A continuación paso a describir las tres familias o clases de materiales.
4.1. Metales
Estos materiales han revolucionado la forma de vida de los humanos desde el comienzo de
su utilización. Y al igual que el resto de materiales que se describen cumplen una función
polifacética, tanto que los metales utilizados como prótesis dentro del cuerpo humano
también son utilizados para hacer las turbinas de una central eléctrica. En los dos casos están
creados con aleaciones de cromo y níquel.
Los metales que poseen una unión metálica en el estado sólido son metales puros, mientras
que las mezclas o soluciones de diferentes metales se llaman aleaciones.

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Cerca del 85% de todos los metales tienen estructura cristalina, como se muestra en la
figura 7.
- En los metales donde su estructura es una red cúbica centrada en el cuerpo (A)
hace que el material sea resistente a la deformación.
- Los metales en los que su estructura es una red cúbica centrada en las caras (D)
hace que el material se deforme mejor.
- Finalmente, en los metales en los que su red es un hexágono compacto (C) hace
que el material sea poco deformable.
-
Una vez solidificado, un metal comienza a reunir moléculas en ciertos puntos y forman un
núcleo ordenado que crece en todas las direcciones y las celdas cristalinas se unen deteniendo
el crecimiento.
Salvo por algunas excepciones, como el platino, oro y plata, los metales no suelen
encontrarse en la naturaleza de forma pura y se han tenido que desarrollar técnicas para
obtenerlos. Uno de los pasos es la refundición del metal, la introducción de los elementos de la
aleación y después la solidificación para producir la aleación que contiene las especificaciones
químicas necesarias. Por ejemplo para formar el acero inoxidable el hierro es aleado con unas
cantidades específicas de carbono, siliconas, níquel, y cromo. Dependiendo de la cantidad de
carbono también influirá en la dureza de la aleación.
En su estado natural, podría decirse que, son relativamente blandos o fáciles de deformar,
mientras que las aleaciones son más duras que los metales puros.
El tipo de enlace químico (metálico) caracterizado en estos materiales permite que puedan
ser utilizados en implantes sometidos a cargas de fijación interna, como por ejemplo para
Fig 5. Estructuras cristalinas
B
A
C
D

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mantener huesos fracturados estabilizados y alineados. Son aptos para estas aplicaciones
debido a su tenacidad y resistencia, una tenacidad elevada en el implante conlleva a que este
cargue con la mayor parte de la carga en la región del implante.
Este material posee una serie de ventajas y desventajas.
Ventajas:
- Alta resistencia transversal y tensión.
- Alta resistencia al desgaste.
Estas ventajas influyen en el tipo de implante al que irá destinado, siendo óptimo para
reemplazos de cadera, donde el desgaste es constante.
Desventajas:
- Falta de compatibilidad completa con el medio fisiológico.
- Desajuste de las propiedades mecánicas del sistema musculo-esqueleto
- Corrosión en cierto tipo de aceros
- Toxicidad de iones de cobre, cromo y molibdeno
Otro de los aspectos a tener en cuenta es que en la fabricación de metales el tratamiento
de la superficie debe ser específico, es conveniente que tenga una cubierta porosa en mayor o
menor medida. Esto es necesario para que facilite la fijación de los implantes sobre el hueso.
4.2. Polímeros
Los polímeros son compuestos orgánicos de gran peso molecular constituido por unidades
estructurales repetitivas que es igual a grandes moléculas formadas por la unión de muchas
pequeñas moléculas (monómeros) que pueden ser iguales o diferentes, están caracterizados
por tener estructuras flexibles permitiendo su empleo en materiales de alta plasticidad, es
decir que posee una deformación permanente. Los polímeros poseen un enlace covalente.
Fig 6. Estructuras de los polímeros. (A) lineal (B) ramificado (C) estructural
Los polímeros son mucho más blandos que los metales, su aislamiento eléctrico y térmico
están limitados por su poca resistencia a la temperatura, siendo idóneos como aislante a bajas
temperatura pero no son viables para altas. Dependiendo de la temperatura a la que se ven
sometidos se comportarán de forma diferente. Existen dos regiones: vitrificación y de fusión.

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- Cuando: T<región de vitrificación el estado del polímero es cristalino.
- Cuando: región de vitrificación<T<región de fusión el estado del polímero es gomoso.
- Cuando: T>región de fusión, entonces el polímero se encuentra en el estado fundido.
Estos materiales han logrado consolidarse sobre otros, esto se debe a las posibilidades que
presentan a la hora de fabricarlos, pudiendo conformarlos en diferentes configuraciones como
fibras, tejidos, películas o bloques.
Al igual que como materiales para implantes, también podemos encontrar los polímeros en
la suela de nuestros zapatos o en la ropa que llevamos puesta.
Se puede hacer una agrupación según el tiempo que deben mantener su función cuando se
aplican como implantes quirúrgicos.
- En el primer grupo se incluyen los implantes que deben permanecer
permanentemente en el paciente. Se trata de los sistemas utilizados para sustituir
parcial o totalmente tejidos destruidos como consecuencia de una enfermedad.
- En el segundo grupo se incluyen los implantes que son degradables de aplicación
temporal. Son aquellos que deben mantener una funcionalidad durante un periodo de
tiempo limitado, ya que el organismo será capaz de desarrollar mecanismos de
curación y regeneración para reparar la zona o el tejido afectado.
Por otro lado, los polímeros pueden ser de tres tipos:
- Polímeros naturales: provenientes de un vegetal o animal, como el almidón, por
ejemplo.
- Polímeros artificiales: resultado de modificaciones mediante procesos químicos, como
la nitrocelulosa.
- Los polímeros sintéticos: se obtienen de procesos de polimerización controlados a
partir de materias primas de bajo peso molecular, como el nylon.

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Los polímeros se diferencian en:
- Termoplásticos: se deforman fundamentalmente por deformación elástica (reversible)
por debajo de su temperatura de
transición, aumentando su resistencia. Por
encima de esta temperatura la
deformación es de tipo plástico
(irreversible), disminuyendo su resistencia
y aumentando sus características dúctiles.
Debido a esto, para dar forma a
materiales de este tipo se requiere de la
aplicación de calor previo al enfriamiento
que les da su forma definitiva. Este tipo de
polímero posee una larga cadena principal de átomos de carbono unidos de forma
covalente.
Los mecanismos que rigen el comportamiento de los polímeros termoplásticos
vienen determinados por: el alargamiento de la cadena principal (a), su desenrollado
(b) y el deslizamiento de las mismas(c). En este grupo encontramos, entre los más
importantes:
o Polietileno: flexibilidad en un amplio rango de temperaturas. Resistencia a la
corrosión.
o Cloruro de vinilo: alta resistencia química y facilidad para mezclarse con
aditivos para dar lugar a otros compuestos.
o Polipropileno: resistencia química a la humedad y calor, baja densidad, dureza
superficial, estabilidad dimensional, flexibilidad notable.
o Otros: poliestireno, abs, acrílicos, fluorplasticos.
- Termoestables: estos materiales son los fabricados con una forma permanente y
endurecida por reacciones químicas. Son materiales que necesitan de calor para el
endurecimiento permanente del polímero. A menudo, los polímeros termoestables se
obtienen en forma de resinas liquidas.
En general, las ventajas de los plásticos termoestables son: alta estabilidad térmica,
alta rigidez, alta estabilidad dimensional, resistencia a la termofluencia y deformación
bajo carga, peso ligero, altas propiedades de aislamiento térmico. Los polímeros
estables más importantes son:
o Resinas fenólicas: bajo coste, propiedades aislantes eléctricas y térmicas.
o Resinas epoxi: buena resistencia química, propiedades mecánicas y buen
comportamiento como aislante eléctrico.
o Poliésteres insaturados.
o Ureas y melaminas.
Fig 7. Mecanismos de deformación de polímeros

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4.3. Cerámicas, cristales y cristales-cerámicas
Cerámicas, cristales, y cristales-cerámicas incluyen un ancho rango de composiciones
inorgánicas/nometales. Muchos materiales cerámicos están formados por estructuras de
silicatos (átomos de silicio y oxígeno enlazados) y también son formaciones naturales
minerales como las arcillas.
En la industria médica, estos materiales han sido esenciales para gafas, instrumentos de
diagnóstico, artículos de química, termómetros, matraces de cultivo de tejidos, fibras ópticas y
endoscopios. Ofrecen las ventajas de resistencia a ataques microbianos, cambio de pH,
temperatura, etc. Las cerámicas son los materiales más duros (enlace iónico) que existen, pero
se quiebran con mucha facilidad.
Al no ser reciclables incrementan los costes de fabricación. Son malas conductoras de la
electricidad, debido a las uniones iónicas y que sus electrones están localizados entre los
iones/átomos que los constituyen, tanto que son utilizadas como aisladores eléctricos para
líneas de alta tensión. Muchas de las aplicaciones se basan en estas propiedades, gran
cantidad de estos materiales se usan en cirugía reconstructiva que se degradan con el tiempo
(efecto deseado).
Estos materiales son constituidos por compuestos inorgánicos que contienen elementos
metálicos y no metálicos, el enlace interatómico es iónico o covalente y que generalmente es
formado por temperaturas elevadas. La mayor parte de las cerámicas existen como minerales.
Un subgrupo de las cerámicas son las cerámicas porosas. Una ventaja potencial ofrecida
por este material es la combinación de que sea inerte junto con la estabilidad mecánica que
desarrolla cuando el hueso crece entre los poros de la cerámica. En este sentido el implante
sirve cono una estructura para la formación del hueso
Otro de los subgrupos son los cristales bioactivos y los cristales cerámicos, son muy frágiles
y tienen pobres propiedades mecánicas, aunque pueden soportar grandes cargas de
compresión. Los vidrios son materiales que durante el enfriamiento se vuelven rígidos sin
formar estructuras cristalinas, los átomos no están colocados en un orden repetitivo. Son
empleados donde la resistencia al desgaste es importante y se utilizan para reparar o
remplazar tejido conectivo (sostiene y cohesiona a otros tejidos dentro de los órganos) duro
del esqueleto. Los cristales bioactivos producen un enlace químico con los tejidos. Son
materiales con una superficie reactiva, aunque presentan baja solubilidad en el medio
biológico. Son empleadas frecuentemente para la fijación de implantes en el sistema óseo.
Como ventajas de los biomateriales cerámicos encontramos las siguientes:
- Es inerte en el cuerpo.
- Resistente al desgaste.
- Tenacidad y resistencia a la compresión.

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Por otra parte las desventajas de las cerámicas son:
- Es un material frágil (Resistencia a la fractura y tolerancia a las grietas bajas)
- Resistencia a la tensión pequeña (Excepción de las fibras)
- Resistencia pobre a la fatiga.
Dentro de las clases de biomateriales podemos encontrar una amplia variedad de ellos,
además de los que están en continuo desarrollo. Entre ellos tenemos los hidrogeles,
compuestos o ‘composites’, etc.
5. ENSAYOS SOBRE LOS MATERIALES.
Existe una gran variedad de ensayos mecánicos. El objetivo de la caracterización
experimental de los materiales es el estudio del comportamiento mecánico y estructural. El
análisis de su composición, morfología, microestructura y comportamiento macroscópico nos
permite el desarrollo de modelos que reproducen el comportamiento de los biomateriales y
tejidos biológicos para adivinar como se comportarán finalmente después del implante. Se
pueden realizar ensayos uniaxiales, biaxiales, de compresión, tensión tangencial, inflado,
tomografías, histologías y ensayos para caracterizar el comportamiento elástico, viscoelástico,
fatiga, etc. A continuación describiré algunos de ellos, partiendo de una probeta de acero
- Ensayo de tracción uniaxial: El material se somete a dos fuerzas con la misma
magnitud y dirección en sentidos opuestos. Se mide la carga mientras se aplica el
desplazamiento. La maquina de ensayo, como la de la figura 7, deforma la probeta
desplazando el cabezal móvil de una velocidad que se puede seleccionar. La mordaza
da una señal que representa la carga aplicada.
Fig 8. Máquina de ensayo de tracción

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Fig 9. Curva de ensayo de tracción
Las curvas tienen una primera parte lineal, esta es la zona elástica, donde el material
se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona el material regresa a su
longitud inicial. Después pasan a la zona plástica, y el material alcanza el punto de
fluencia, la deformación es permanente. Después llega la zona inestable F=Fmax que
depende de cada acero, en este punto el material muestra su punto débil y concentra
la deformación en una zona.
- Ensayo de resistencia: a partir del ensayo anterior se puede realizar este. Por medio de
este ensayo se mide la resistencia del material ante diferentes esfuerzos. Analizando
las probetas después de rotas del ensayo de tracción, es posible medir dos
parámetros: el alargamiento final que experimenta la probeta y el diámetro final,
obteniendo el área final
Fig 10. Probeta de acero antes (A) y después de la deformación (B)
- Para determinar el comportamiento elástico o viscoelastico se realizan ensayos sobre
relajación de esfuerzos (aplicar una velocidad de deformación y se estudia la variación
del esfuerzo necesario en función del tiempo), ensayo de fluencia (se mantiene
constante el esfuerzo y se observa la variación de la deformación en función del
tiempo), recuperación elástica (se aplica un esfuerzo constante estudiando la
deformación, retirar el esfuerzo y ver la recuperación en función del tiempo) y
experimentos dinámicos u oscilatorios (caracterizan las propiedades viscosas y
elásticas).

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6. APLICACIONES DE LOS BIOMATERIALES
Los biomateriales están contextualizados dependiendo del tipo de aplicación:
- Para reemplazar partes dañadas o faltantes como en el caso de diálisis renal o una
articulación de cadera.
- Para curas como suturas quirúrgicas.
- Mejorar funciones de órganos, como son los marcapasos o lentes.
- Correcciones estéticas, es el caso de los implantes mamarios.
- Realización de diagnóstico y tratamientos, electrodos o drenajes.
Tabla 1. Aplicaciones de materiales sintéticos
Aplicación Tipos de materiales
Esqueleto
Reemplazos articulares
Placa ósea para la fijación de la fractura
Cemento óseo
Reparación de defectos óseos
Tendones y ligamentos artificiales
Implantes dentales para fijaciones dentales
Titanio, acero inoxidable, polietileno
Acero inoxidable, aleación de cromo y cobalto
Metacrilato
Hidroxiapatita
Teflón
Titanio, aluminio fosfato de calcio
Sistema cardiovascular
Prótesis de vasos sanguíneos
Válvula cardiaca
Catéter
Teflón, poliuretano
Carbón, acero inoxidable
Goma de silicona, teflón
Órganos
Corazón artificial
Plantilla para reparar la piel
Riñón artificial
Poliuretano
Compuesto de silicona y colágeno
Celulosa
Sentidos
Reemplazo de la cóclea
Lentes intraoculares
Lentes de contacto
Vendaje de la cornea
Electrodos de platino
Goma de silicona, hidrogeles
Acrilato-Silicona, hidrogeles
Colágeno

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6.1. Implantes cardíacos
Comenzando con el caso concreto de las sustituciones
de las válvulas cardiacas, la necesidad de una sustitución se
ve impuesta por degeneraciones y otras patologías.
Estas prótesis son fabricadas de carbón pirolítico, (un
material casi tan duro como el diamante y con muy poco
desgaste) metales, elastómeros, válvulas naturales y otros
tejidos químicamente procesados para reducir una reacción
inmunológica y aumentar la durabilidad del implante.
Fig 11. Válvula de carbón pirolítico, cubierta de
titanio
Generalmente, cuando la válvula está implantada, las funciones cardiacas se restauran a
niveles normales. A pesar del éxito de este tipo de implantes existen problemas con los
diferentes tipos de válvulas; la degeneración del tejido, fallos mecánicos, infecciones que
aparecen en el post operatorio e introducción de coágulos de sangre son algunos de los
problemas que pueden surgir.
Otro ejemplo de dispositivos utilizados en aplicaciones relacionadas con el corazón es el
ejemplo del stent. Este dispositivo se fabrica con materiales inertes para permanecer
temporalmente o permanentemente en el cuerpo. Su papel es el de formar una estructura
dentro de una vena o arteria obstruida con el fin de mantenerla abierta y facilitar el transporte
de sangre. Los problemas que tienen estos implantes es el daño producido a las paredes del
vaso sanguíneo causada por la inserción, puede generar trombos.
6.2. Reemplazos articulares
Las articulaciones son sometidas a altos esfuerzos mecánicos y sufre un abuso considerable.
Es normal que después de 50 años o a causa de enfermedades reumatológicas o degenerativas
la articulación se desgaste, conllevando a una perdida considerable de la movilidad. Las
articulaciones se fabrican con titanio, con aleaciones específicas altamente resistentes,
cerámicas, compuestos y polietileno. Con algunos reemplazos, procedimiento quirúrgico y un
periodo de curación, donde se verá si la unión entre el hueso y el implante puede soportar
todo el peso del cuerpo, se restauraran las funciones. Después de 10 o 15 años, el implante
deberá de retirarse y cambiarlo por uno nuevo.
6.3. Implantes dentales
En la boca, tanto los dientes como los tejidos que los sostienen pueden deteriorarse a causa
de enfermedades bacterianas o por el paso del tiempo.
Las caries, la desmineralización y la disolución de los dientes asociadas con la actividad
metabólica de la placa dental pueden ocasionar la perdida parcial o total de la dentadura.

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La introducción de los implantes de titanio ha revolucionado la implantología dental, en la que
este material forma una raíz dental artificial. Un requisito que debe seguir estrictamente
cualquier material de implantología dental es que sea capaz de formar un sello hermético
contra la invasión bacteriana existente en el implante que atraviesa la encía, en caso contrario
podrían producirse infecciones severas. Una de las principales características del implante de
titanio es que se puede unir con la mandíbula.
6.4. Lentes intraoculares
Estas lentes se introducen con cirugía dentro del ojo y, normalmente, están hechas de
silicona elastómera, metacrilato o cualquier otro material usado para remplazar la lente
natural cuando se vuelve borrosa o con cataratas por disfunciones del cristalino. Un alto
porcentaje de personas que rondan los 75 años necesitan un implante de este tipo. Los
procedimientos quirúrgicos actualmente están muy desarrollados, tanto que el implante se
suele realizar de forma ambulatoria, necesitando solamente unas pocas horas de ingreso
hospitalario.
6.5. Sustitutos para la sangre
Las transfusiones de sangre conllevan la necesidad de un donante compatible, y no siempre
se cubre la demanda existente. Además las transfusiones pueden ser vías de transmisión de
enfermedades como hepatitis o el VIH, estos problemas generan el interés en desarrollar
sustitutos para la sangre que no poseen este tipo de problemas.
La sangre contiene muchos componentes que se pueden separar como los leucocitos,
plaquetas, plasma, etc. Generalmente, al referirse a los sustitutos para la sangre se engloba en
el concepto de portadores de oxigeno para sustituir los eritrocitos. Un grupo de componentes
que parecen prometedores son los perfluoroquimicos, los cuales pueden llevar mucho más
oxígeno que la hemoglobina, otra alternativa es la hemoglobina liquida. Este campo se
encuentra todavía en desarrollo.
7. EL FUTURO, ANDAMIOS PARA LA REGENERACION DE TEJIDO.
El concepto es el siguiente:
Si la reacción que se produce en el paciente al realizar el implante con tejidos vivos no
conlleva ninguna reacción negativa, porque no diseñar materiales biodegradables para la
reparación de tejidos vivos. Esto ya es posible hoy en día cuando se coloca una pieza que
reponga cualquier necesidad biológica, el siguiente paso es la regeneración de tejido que
actualmente se encuentra en pleno desarrollo. Este campo ya pasa a formar parte de la
ingeniería de tejidos, cuyo principal objetivo es el de crear compuestos biológicos y
biomateriales con intención de reparar mantener o mejorar la función de órganos y tejidos.
Aquí es donde intervienen los andamios y las células que, trabajando conjuntamente pueden

19. BIOMATERIALES
18
llegar a conseguir el objetivo propuesto, la reconstrucción del hueso natural (tratándose de
regeneración ósea) evitando la necesidad de reinjertos.
Junto con las células encargadas de la osteogénesis, que es la capacidad de generar tejido
óseo por la acción de las células, los andamios fabricados con biomateriales se encargan de la
osteoconducción, que es la capacidad de permitir y favorecer el crecimiento y organización del
tejido óseo. Este se puede implantar con la condición de que sea compatible, poroso y
biodegradable, y también se le pueden sembrar células del propio paciente. Debe soportar una
carga mecánica sobre el tejido a añadir y tener una tasa de degradación que debe coincidir con
el proceso de la regeneración.
8. CONCLUSIÓN
Debido al amplio abanico de aplicaciones que poseen los biomateriales ayudan a miles de
personas a mejorar su calidad de vida. La prevención, el diagnostico y el tratamiento de
muchos trastornos se han podido realizar gracias a la existencia de nuevos materiales y los
dispositivos en los que forman parte. Aun que los posibles fallos que se produzcan una vez
implantado el material en el cuerpo sean bastante importantes como, deformaciones o
fracturas, el éxito de esta práctica lleva a los pacientes a que finalmente se le realice el
trasplante conllevando con las posibles consecuencias.
También cabrían destacar las grandes posibilidades de desarrollo de este campo hacia un
futuro no muy lejano haciendo posibles cosas que no se pensaban hasta hace poco tiempo.
Por otra parte, debido al largo trabajo de fabricación testeo que llevan detrás los
biomateriales, se requieren grandes cantidades de dinero, por lo que un gran sector de la
población se verá excluido de la capacidad de este campo de la biomedicina.
BIBLIOGRAFÍA
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