3. 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 Valencia
CLASIFICACIONES
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.

4. ¿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.

5. ¿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,
policitemia
Tabla 2.1. Toxicidad en humanos de Cobre (Cu) esencial anemia enfermedad
algunos 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.

7. 75% son metales
Muy pocos son utilizados
como biomateriales

8. Concepto variable a lo largo del tiempo
1ª 2ª 3ª
generación generación generación
Biocompatible
Biocompatible
Biocompatible Biofuncional
Biofuncional
Bioactivo

9. Biocompatibilidad:
Biológicamente aceptable (aceptado por el organismo sin provocar rechazo)
No tóxico
Inerte o químicamente estable
Biofuncionalidad: capacidad de desempeñar la función para la que ha sido
creado
Propiedades mecánicas (de acuerdo con utilidad, tiempo de vida, etc.)
Flexibilidad, dureza, resistencia a fatiga…
Densidad y peso adecuados
Diseño adecuado y adaptabilidad
Bioactividad:
Integración con moléculas biológicas
Regeneración del tejido
Capacidad de responder a señales provenientes del medio induciendo una
respuesta específica del tejido biológico circundante

10. Reacciones entre Interfase implante-tejido
Superficie del material Reacción del sistema inmune
Respuesta inflamatoria del
tejido huésped
Factores
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

11. Capa fibrosa
Impide la correcta integración del implante al hueso
Toxicidad
Tolerancia biológica
al metal

12. 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,…)

13. 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

14. 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 1.10-1.23
Metales
Aceros Inoxidable 316L 200,000 540-620 55-60 7.9
Co-Cr 230,000 900 60 9.2
Ti6Al4V 110,000 900 10 4.5
Cerámicas y carbones
Al2O3 363,000 490 <1 3.9
Carbón pirolítico 280,000 517 <1 1.5-2.0
Hidroxiapatita 120,000 150 <1 3.2
Tejidos
Piel 0.34/38 7.6 60 1.0
Hueso(fémur) 17,200 121 1 2.0
Diente(dentina) 13,800 138 <1 1.9

16. Desde inicio de la historia…
Las prótesis y elementos sustitutivos de miembros del cuerpo
han 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 y
estética)

17. Prótesis metálicas, edad moderna
Al final del siglo XVI aproximadamente, empieza la protésica de
miembro superior con elementos metálicos (mano de Götz).
Accesible para miembros del estamento militar y nobles (cara y
pesada), y hecha por orfebres.
En el siglo XIX, las prótesis dentales empiezan a utilizar
elementos mixtos, también otros materiales metálicos
(inventados por Fronzi), Pt y Ag.

18. Prótesis Metálicas. Edad contemporánea
Primera Guerra Mundial: Empieza la protésica exterior
(exoprótesis), por los tullidos (Otto Bock), usando elementos
metálicos: Fe, Bronce.
Segunda Guerra Mundial y posteriores: Gracias” a la
Administración de Veteranos (US), industria (GER), Ministerio
Ejército (USSR), se crean escuelas de protésicos, y se empiezan
a 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

19. “La principal aplicación de los
biomateriales metálicos es reparar o
reconstruir 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.
CLASIFICACIONES
Disposición en el cuerpo(interno o externo)
Tiempo de permanencia,
Material de osteosíntesis: En general
pueden ser extraídos cuando el proceso biológico
reparativo ha terminado, puesto que el hueso es
capaz de soportar las exigencias habituales sin su
auxilio.
Prótesis: se las emplea para reemplazar
total o parcialmente un hueso o una articulación
irreparablemente dañados en su morfología.

20. 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

21. DEFINICIÓN ACERO INOXIDABLE
El acero es una aleación de hierro y
carbono, a la que la adición de otros Composición química del acero
elementos 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

22. ACERO INOXIDABLE
Efecto del Níquel y del Cromo en la
estructura austenítica (ASTM,1992)
ESTRUCTURA
Ferrítica (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

23. 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

24. Corrosión en zonas
ACERO INOXIDABLE
PROBLEMA anexas a tornillos
Para 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

25. ALEACIONES DE CROMO-COBALTO
Comercialmente, 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

26. ALEACIONES DE CROMO-COBALTO
Técnica de Prótesis dentales y
CrCoMo Cera Perdida actualmente prótesis
articulares
CrCoMoNi 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 frío
RESISTENCIA 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

27. ALEACIONES DE CROMO-COBALTO

28. 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

29. 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 15
REDUCCIÓN ÁREA (%) 30 30 30 25 25 45
“Biomecánica articular y Sustituciones protésicas”. Instituto de Biomecánica de Valencia

30. ALEACIONES DE TITANIO
POSITIVO Biocompatibilidad
Titanio 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.

31. ALEACIONES DE TITANIO

32. Hay miles de prótesis distintas,
restructuraciones parciales, totales,
placas, implantes dentales
endoprótesis, exoprótesis, etc.
Y en el futuro..
http://www.youtube.com/watch?v=sJ4J69EEpu4

35. Principales componentes son Compuestos con una alta
conductividad y propiedades plásmicas, capacidad de
resistencia y biocompatibilidad:
Fe: Los primeros caracterizados en nanonpartículas
(usualmente recubiertas)
Au: Dando lugar a nanogold®, con aplicaciones inmensas
en biotecnología y sensores.
Ag: Por su alta biocompatibilidad y resistencia a microbios
y bacterias.
Pt, Ti: Alto rango de absorción
y antioxidantes
Estructuras en forma de «puntos»

36. 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.

37. Ejemplos de nanoestructuras metálicas
© CIEMAT

38. 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+

39. 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 for
Specific Immobilization of Histidine-Tagged Proteins" J. Am. Chem. Soc.; 2005; 127, 5689-5694.

40. 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.

41. 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.

42. 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)

43. Nanopartículas de Fe
Habitualmente obtenidas por procesos redox
Pureza 99,9%
Apariencia nanopolvos negro
APS 25 nm
SSA 40-60 m 2 / g
Proceso de fabricación Procesos de REDOX.
Morfología Esférica
La densidad aparente 0.1-0.25g/cm 3
densidad real 7,90 g / cm 3
Prevención de la corrosión Parcialmente apaciguada

44. Nanopartículas de Fe
Sus usos más habituales son:
Tratamiento de contaminación de Aguas
Biodiagnóstico (por imagen ó contraste)
Nanoaleaciones
Plásticos (Recubrimiento)

45. 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.

46. 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.

47. Aplicaciones Biomédicas - Ejemplo
Micro-páncreas artificial ® Universidad Illinois

49. Válvulas cardiacas
Jaulas, pivotes, anillo y ciertos discos
metálicos.
Jaula-bola, lenticulares,
de disco oscilante,
bivalvas
Acero inoxidable,
Cr-Co, titanio

50. 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)

51. 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

53. Intrumentación quirúrgica
Tubos, catéteres, grapas…
Dispositivos anticonceptivos
DIU de cobre
Corrosión en el útero
Impide la implantación del óvulo
Odontología
Coronas, puentes, implantes, alambres dentales,
pernos, tornillos…
Titanio, aceros inoxidables,
aleaciones de plata, níquel
cobalto, NiTi

55. 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

56. 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

57. 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

58. 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.

59. Aplicaciones ortopédicas – Implantes óseos
Magnesio
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

60. Aplicaciones ortopédicas – Implantes óseos
Magnesio
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”

61. 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

62. 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:

63. 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

64. 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?

65. 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

66. 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…)

67. 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)

68. 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

69. Los biomateriales metálicos han sido, históricamente, los más
utilizados en biomedicina, en especial en elementos
estructurales cómo prótesis, por su alta resistencia a rotura.
Sus propiedades mecánicas su pueden variar a través de su
composición química y su procesos de fabricación, lo que los
hace muy interesantes para muchas aplicaciones
Aunque la investigación científica está más centrada en la
obtención de nuevos biomateriales no metálicos su utilización
sigue siendo primordial en muchos campos
La 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

70. ¿¿PREGUNTAS??
Muchas gracias