Biometales
lmnl_31614 de Noviembre de 2013
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Los biometales, junto con los cerámicos, poliméricos y
compuestos o híbridos, hacen parte del grupo de biomateriales
que, según el II Consensus Conference de la European
Society of Biomaterials, son materiales diseñados
“para interaccionar con sistemas biológicos para evaluar,
tratar, aumentar o reemplazar cualquier tejido, órgano
o función del cuerpo”.
El primer biomaterial metálico del que se tiene conocimiento,
se utilizó en la década de 1920, cuando Reiner
Erdle (médico-dentista) y Charles Prange (metalúrgico),
desarrollaron el ‘Vitallium’, una aleación de cobalto (65
por ciento de Co, 30 de Cr y 5 de Mo) para restauraciones
dentales, pero a partir de la Segunda Guerra Mundial,
comenzó el avance tecnológico de los biometales que
conocemos.
Foto: www.idw-online.de
Biometales, Mercado Potencial
para el Sector Metalmecánico
Erika Mateus Gaviria
Periodista Metal Actual
Según la OMS,
un 15% de
la población
mundial
tiene alguna
discapacidad.
En la última década, la
industria mundial de
dispositivos médicos
ha reportado uno de
los índices más altos en
crecimiento, al generar
anualmente US$ 30.000
millones. Esta evolución
convierte la fabricación
de implantes y prótesis
con biometales en una
importante oportunidad
de negocio para el
sector metalmecánico.
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MATERIALES
Los biometales son un conjunto de
materiales implantables que no producen
reacción adversa en el cuerpo
humano, además de poseer una aceptable
relación densidad-resistencia y
un módulo de elasticidad adecuado
a la función requerida. Para que un
metal llegue a ser biomaterial es
necesario que cumpla requisitos específicos
como: biocompatibilidad1,
biofuncionalidad2, excelente soporte
de carga mecánica y buena resistencia
a la corrosión (pues los fluidos del
organismo humano son altamente
corrosivos, especialmente a temperaturas
de 37°C).
La mayoría de los biometales poseen
la capacidad de formar una capa protectora
contra la corrosión; en algunos
casos, gracias a sus propiedades
físico-químicas, pueden colaborar
en la reparación ósea, mejorando el
comportamiento de la fijación y crecimiento
de hueso nuevo. Igualmente,
existen biomateriales metálicos
usados para implantes vasculares e
implantología dental, que cuentan
con propiedades de memoria de forma3
(característica de recuperar su
forma por calentamiento después
de una deformación) y son antiadherentes
a las moléculas presentes
en la sangre, los tejidos y la saliva.
Para el ingeniero metalúrgico y profesor
de la Universidad Nacional de
Colombia, Hugo Armando Estupiñán,
los metales y aleaciones usados
en la fabricación de dispositivos biomédicos,
reaccionan a los iones de la
sangre (moléculas de oxigeno, proteínas,
fósforos, etc.) para mejorar la
formación del hueso. Además, estos
materiales son estables en el rango
de PH del cuerpo humano.
En cuanto a los implantes metálicos
de aplicación ósea, son modificados
en su superficie –mediante tratamientos
térmicos, electrolíticos o de
plasma que adecuen la tensión superficial
necesaria– para funcionar
como bases de nucleación y osteogénesis.
Por su parte, las superficies
metálicas de los implantes vasculares
tienen propiedades hidrofóbicas, las
cuales repelen cualquier clase de
líquido.
Aleaciones Metálicas
Utilizadas como
Biomateriales
El espectro de biomateriales metálicos
utilizados en dispositivos implantables
no es muy amplio, a nivel
mundial los más empleados son:
titanio casi puro; las aleaciones de
titanio en diferentes grados, en
especial Ti6Al4V; las aleaciones de
cobalto – cromo (CoCrMo y CoNi-
CrMo) y el acero inoxidable tipo
316LVM. Estas aleaciones pueden
clasificarse de acuerdo al tiempo
de permanencia en el cuerpo,
bien sea para tratar una fractura
o reemplazar la función de algún
miembro deteriorado.
Cristales de
Titanio
Foto: www.universa2013.blogspot.com
Biomateriales Metálicos Más Empleados
Metal o aleación Características
Acero Inoxidable
316LVM
Esta aleación proviene de la modificación de la aleación 316L, se caracteriza por ser
totalmente reciclable por su alta resistencia a la corrosión y propiedades higiénicas;
posee una adecuada relación resistencia mecánica – peso. Además combina la biocompatibilidad
y biofuncionalidad a bajos costos.
Titanio CP
Su composición es superior al 99% de Ti y empezó a ser utilizado en la fijación de
fracturas óseas a mediados de la década de los 50. Para implantes quirúrgicos el sector
médico lo utiliza en grados 1, 2, 3 y 4, pero por su mayor resistencia y buena ductilidad,
habitualmente emplea el titanio CP grado 4.
Ti6Al4V ELI
Es la más utilizada entre todas las aleaciones de titanio, para fabricar prótesis que
requieran una permanencia larga o definitiva. Es un biomaterial muy liviano, con alta
tenacidad y buen comportamiento a temperaturas elevadas, igualmente posee una perfecta
resistencia a la corrosión, al producir una fina capa superficial de oxido que lo
protege e impermeabiliza.
CoCrMo
Esta aleación de moldeado fue la primera utilizada en prótesis de cadera, posee buena
resistencia a la corrosión y al desgaste; hoy es empleada en piezas coladas y su campo
de aplicación se observa en las restauraciones dentales y las sustituciones de articulaciones
totales o parciales de cadera o rodilla.
CoNiCrMo
Tienen una alta resistencia mecánica, siendo utilizada en vástagos de cadera, rodilla,
hombro y mano. Su resistencia a la corrosión y la fatiga es elevada. Contiene aproximadamente
un 35% de cobalto y níquel en peso. Para trabajarla mecánicamente solo se
puede utilizar el proceso de forja en caliente.
Nitinol
Aleación de igual número de átomos de níquel y titanio, conocida como uno de los nuevos
materiales con memoria de forma, debe sus propiedades a una transición de fase
entre una estructura de austenita (dúctil y maleable) y otra de martensita (frágil y dura).
TAN (Ti6Al7Ni)
Es una aleación relativamente nueva en la fijación de fracturas, sus propiedades mecánicas
son muy similares a la de Ti6Al4V, pero en este caso el vanadio es sustituido
por niobio.
Fuentes: Universidad Nacional de Colombia y Escuela Universidad Politécnica de Catalyuna.
Elaborado: Erika Mateus Gaviria.
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En Colombia los biometales de mayor
uso en la fabricación de dispositivos
implantables son, en primer lugar, el
acero inoxidable 316LVM por su relativo
bajo costo y en segundo lugar,
las prótesis de Ti6Al4V ELI, a las cuales
la mayoría de la población no tiene
acceso débido a sus altos precios.
Proceso de Fabricación de
Biometales
En general, para la fabricación de
implantes y prótesis, la industria
aplica muchos de los procesos tradicionales
del sector metalmecánico,
-con un valor añadido en los procesos
finales de limpieza y esterilización-,
como centros de mecanizado
CNC, centros de torneado multieje
tipo suizo, tratamientos superficiales,
soldadura, electro pulido, anodizado
y recubrimientos. En Colombia,
las tecnologías más aplicadas para la
fabricación de dispositivos implantables
son el mecanizado, tanto convencional
como con tecnología de
control numérico computarizado
multieje4 , la electroerosión por hilo
y por penetración.
Las técnicas para la transformación
de los biometales son la fundición
de precisión y la refinación con atmósfera
controlada, que reducen
el nivel de contaminantes en la
aleación (horno eléctrico u horno
de inducción), y los procesos de refinación
basados en HIP (prensado
isostático en caliente) para disminuir
los niveles de porosidad del biomaterial.
Actualmente, gracias al avance
tecnológico de los biometales, se
emplea la metalurgia de polvos, que
permite obtener, entre otros, dispositivos
de bajo peso llamados también
materiales celulares.
Para la fabricación aditiva (superposición
de capas micrométricas) se
destaca la fusión selectiva mediante
haz de electrones y la sinterización
selectiva con láser para generar biomateriales
capa a capa, hasta lograr
la
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