Bioceramicas

BIOCERÁMICAS

OBJETIVOS

1. Aprender acerca de un material innovador tal como lo son las biocerámicas.

2. Conocer propiedades químicas, físicas, características, método de obtención y aplicaciones de las Biocerámicas.

INTRODUCCIÓN

La ciencia de los materiales, se relaciona con el estudio de los materiales, sus características, propiedades, comportamiento y la manera como deben utilizarse para sacar el mejor provecho de ellos. Los materiales son sustancias con gran cantidad de propiedades que los hacen útiles en estructuras, máquinas, dispositivos y productos, para nuestro caso específico los materiales a estudiar serán los funcionales, cuyas propiedades biológicas, químicas y físicas son utilizadas para el desarrollo de una función, en este caso nuestro estudio se basará en su uso como parte sustitutiva del cuerpo humano.

En el presente trabajo describiremos un material que además de ser innovador, es todo un avance para el mejoramiento de la calidad vida del ser humano, las biocerámicas, diseñadas para ser usadas en la fabricación de implantes quirúrgicos, prótesis y órganos artificiales, así como para cumplir una determinada función fisiológica en el cuerpo humano.

Por tal razón nos damos cuenta que la adecuada manipulación de los materiales contribuye con el desarrollo militar, tecnológico, ingenieril, biológico, entre otros que nos permite optimizar las vida de las personas.

MARCO TEÓRICO

CARATERÍSTICAS DE LAS BIOCERÁMICAS

Para empezar es importante destacar que las Biocerámicas hacen parte de dos grupos de materiales, unos son los biomateriales, materiales inertes biológicamente compatibles que pueden remplazar la función de tejidos u órganos, los cuales están diseñados para ser implantados o incorporados dentro del sistema vivo, por otro lado están las cerámicas, compuestos inorgánicos no metálicos como los silicatos y vidrios, óxidos, ferritas, titanatos, grafito y carbono, son frágiles, con alta resistencia eléctrica, poca ductilidad.

Las biocerámicas son las cerámicas utilizadas en la reparación y reconstrucción de partes del cuerpo dañadas o enfermas, puesto que son los materiales más biocompatibles, los cuales pueden obtenerse con propiedades bioestables, bioactivas y bioabsorbibles; son compuestos químicos complejos que contienen elementos metálicos y no metálicos, debido a su enlace iónico o covalente, son generalmente duros, frágiles, tienen un alto punto de fusión y una baja conductividad térmica y eléctrica. Poseen buena biocompatibilidad y oseointegración, además son los materiales más parecidos al componente mineral del hueso y los dientes.

Los principales bioceramicos 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.

Clasificación de las Biocerámicas

A) Según tipo de respuesta del tejido:

Atendiendo a su actividad química en el organismo humano, se consideran 3 tipos de biocerámicas.

 Bioinertes

Al2O3 (Alúmina) ;TiO2 (Dióxido de Titanio) ; SiO2 (Dióxido de Silicio) ; ZrO2 (Circona)

No reaccionan apreciablemente con el medio al ser implantado, la respuesta del tejido es la formación de una membrana fibrosa muy fina, del orden de micras, que rodea al implante.

 Bioactivas

Biovidrios, Vitrocerámicas, Hidroxiapatita: Ca10(PO4)6(OH)2=HA, compuesto similar ala fase mineral del hueso.

Unión directa al tejido vivo sin formación de tejido conectivo en el medio.

 Biodegradables o reabsorbibles

Ca3(PO4)2=TCP (Fosfato Tricálcico)

Al ser implantados, se disuelven gradualmente con el tiempo, siendo reemplazados por el tejido natural.

B) Según la aplicación a la que se destinen

 Estrucutrales

De elevada resistencia mecánica, generalmente bioinertes. Alúmina (Al2O3) y Circona (ZrO2)

 No estructurales

Hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2) y fosfato tricálcico (TCP).

Son generalmente biocerámicas bioactivas o biodegradables, porosas, es decir, contienen espacios vacíos o poros que le permitan absorber fluido; tienen baja resistencia mecánica ya que no tienen que soportar grandes cargas.

C) Según características del material

 Biocerámicas densas inertes:

• Porosidad nula, es decir, su capacidad de absorción de líquidos o gases es nula.

• Unión al hueso es morfológica: Crecimiento del tejido en las irregularidades superficiales al implante, por unión a través de un cemento acrílico o por acoplamiento del implante en el defecto mediante presión.

• El ejemplo típico de este grupo es la alúmina (mono y policristalina).

 Porosas Inertes: La unión al hueso es mecánica y la fijación biológica, ya que se produce el crecimiento del hueso a través de los poros del implante. La alumina policristalina porosa y los recubrimientos porosos de HA (Hidroxiapatita) sobre metales son un ejemplo de este grupo.

 Bioactivas densas o porosas: La unión al tejido óseo es de tipo químico y la fijación bioactiva. En este grupo se encuentra el hidroxiapatito, los biovidrios y las vitrocerámicas bioactivas.

 Densas reabsorbibles: El implante es reemplazado lentamente por el hueso. A este grupo pertenecen el fosfato tricálcico (TCP) además de otros fosfatos, así como el sulfato cálcico (CaSO4•½H2O, escayola).

 Vidrios Biactivos: Se usan directamente al hueso a través de una capa de carbohidroxiapatita (CHA) biológicamente activa. Su fase es química y estructuralmente equivalente a la fase mineral constituyente del hueso.

COMPOSICIÓN QUÍMICA

En términos generales entre las biocerámicas las más utilizadas son los compuestos de fosfato y calcio o compuestos fosfocálcicos.

Entre los compuestos fosfocálcicos se encuentra una gama muy variada de biocerámicas en donde las más biomiméticas, es decir, los mejores imitadores de las funciones vitales son los fosfatos que provienen del ácido ortofosfórico. Entre estos ortofosfatos encontramos la hidroxiapatita Ca10(PO4)6(OH)2, el fosfato tricálcico beta Ca3(PO4) 2, el fosfato monocálcico monohidratado Ca(H2PO4)2•H2O, el fosfato octacálcico Ca8(HPO4)2(PO4)4.5H2O, el fosfato dicálcico dihidratado aHPO4•2H2O, el fosfato monocálcico anhidro Ca(H2PO4)2, el fosfato tetracálcico Ca4(PO4) 2O, la carboapatita Ca10(PO4)3(CO3)3(OH)2, el fosfato dicálcico anhidro CaHPO4 y el fosfato de calcio amorfo. La mayoría de estos se encuentran en tejidos naturales en condiciones naturales o patológicas.

ALUMINOSOS: Material que posee alúmina o sus características; la alúmina es el óxido de aluminio (Al2O3). Junto con la sílice, es el componente más importante en la constitución de las arcillas y los esmaltes, confiriéndoles resistencia y aumentando su temperatura de maduración. El óxido de aluminio existe en la naturaleza en forma de corindón y de esmeril.

Aluminato de calcio: Se trata de un material muy especial, dado que se degrada por acción de los fluídos biológicos dando alúmina a iones Ca2+ que se incorporan al hueso. También se usan fosfoaluminatos de calcio.

SILICATOS: Los silicatos están compuestos por silicio y oxígeno que forman parte de la mayoría de arcillas, rocas y arenas. Estos elementos pueden estar acompañados de otros entre los que destacan aluminio, hierro, magnesio o calcio. Químicamente son sales del ácido silícico.

SILICO-ALUMINOSOS: Contiene óxido de aluminio (Al2O3) y sílice (SiO2). Ej: Porcelana dental.

SILICO-FOSFATOS: Contiene óxido de aluminio (Al2O3) y sales del ácido Fosfórico. Usados como cementos dentales.

FOSFATOS: Son las sales o los ésteres del ácido fosfórico. Los fosfatos más avanzados son los ortofosfatos que contienen el anión PO43-. Los ortofosfatos se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza, sobre todo en forma de apatita y forman parte esencial dedientes y huesos.

Hidroxiapatito: El apatito (o apatita) es el constituyente principal de los tejidos óseos

CARBONES CERÁMICOS: Los carbones vítreos, son producidos por carbonización de diferentes compuestos orgánicos, presentan ventajas en la aplicación como implantes de diverso tipo.

CARBONES PIROLÍTICOS: Se obtienen a partir de la descomposición de hidrocarburos gaseosos, con los cuales se está experimentando para el uso en implantes.

GRAFITO: Es una de las formas alotrópicas en las que se puede presentar el carbono. Usado para válvulas cardíacas, revestimiento de acetábulos, etc.

PROPIEDADES DE LAS BIOCERÁMICAS

BIOCOMPATIBLES: No son tóxicas y son aceptadas por el sistema inmunológico presentando propiedades de osteointegración.

OSTEOCONDUCTORAS: Capacidad de hacer crecer tejido óseo y establecer un enlace fisicoquímico con éste.

• Sustancias

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