Biomateriales

Resumen del proyecto

Los biomateriales forman parte de lo que podemos llamar revolución de los nuevos materiales, que tuvo sus orígenes a mediados del siglo XX. Se trata de materiales que son desarrollados en función de necesidades específicas, es decir, diseñados a medida de los requerimientos. Además, en muchos casos, intentan copiar los materiales biológicos y los procesos que éstos llevan a cabo.

Éstos pueden ser metálicos, poliméricos, cerámicos o compuestos, y se caracterizan principalmente en tanto el grado de biocompatibilidad y biofuncionalidad. Las líneas de investigación son tanto de ciencia básica como aplicada, ambas interdisciplinarias y abocadas actualmente a la ingeniería, electrónica, microingeniería e informática, cuyo principal exponente es la nanotecnología.

Los biomateriales se pueden definir como materiales biológicos comunes tales como piel, madera, o cualquier elemento que remplace la función de los tejidos o de los órganos vivos. En otros términos, un biomaterial es una sustancia farmacológicamente inerte diseñada para ser implantada o incorporada dentro del sistema vivo.

Los biomateriales se implantan con el objeto de remplazar y/o restaurar tejidos vivientes y sus funciones, lo que implica que están expuestos de modo temporal o permanente a fluidos del cuerpo, aunque en realidad pueden estar localizados fuera del propio cuerpo, incluyéndose en esta categoría a la mayor parte de los materiales dentales que tradicionalmente han sido tratados por separado.

Los biomateriales en la ingeniería biomédica, es una de las ramas que busca aprovechar los materiales como metales, plásticos y las cerámicas, para aplicaciones médicas que sean compatibles con el cuerpo humano como prótesis, implantes, ahora es posible reparar los implantes óseos con un biomaterial echo de madera.

Índice

1. Objetivos 5

2. Teoría General 6

2.1. Los biomateriales de hoy y de mañana 6

2.1.1. Características de la ciencia y de la ingeniería de biomateriales 8

2.1.2. Materiales cerámicos 11

2.1.3. Materiales metálicos 11

2.1.4. Materiales poliméricos 12

2.1.5. Dispositivos para la liberación de drogas 13

2.1.6. Soporte e implante de células vivas 13

2.1.7. Tejido óseo 13

2.1.8. Ingeniería de tejidos: 14

2.1.9. Trastornos causados por la adhesión de tejidos: 14

2.1.10.Mejoría de los ensayos de biocompatibilidad: 14

2.2. Estado actual de la ciencia e ingeniería de los biomateriales 15

3. Antecedentes Históricos 17

4. Aporte de los biomateriales en la tecnología 20

4.1 Ciencia de biomateriales 20

4.2 Ingeniería de biomateriales 20

4.3 Electrónica y micro ingeniería 21

4.4 Informática 22

5. Usos y Aplicaciones 23

5.1 Aplicaciones en ortopedia 23

5.2 Aplicaciones odontologicas 24

5.3 Aplicaciones en cardiologia 25

5.4 Aplicaciones en oftalmologia 26

5.5 Aplicaciones en nefrologia 27

5.6 Aplicaciones en suministros de drogas 28

5.7 Aplicaciones en reemplazos de tejidos 29

6. Datos Importantes y Destacables 30

6.1 Orto Steampunk, Biomaterial de Madera pura para implantes óseos del futuro 30

7. Conclusiones 31

8. Recomendaciones 32

9. Bibliografía 33

1. Objetivos

Objetivo General

 Describir los materiales naturales y los materiales biológicos desde la perspectiva de su composición, estructura y propiedades poniendo de relieve el interés que tienen estos materiales desde el punto de vista de la optimización del material y eficiencia del diseño que puede servir de modelo en el diseño de materiales artificiales se describen los tejidos tanto vegetales como animales y se plantea estudiar los biomateriales como materiales diseñados para sustituir o regenerar estos tejidos, se revisan los diferentes tipos de biomateriales , sus características y las interacciones entre los biomateriales y el organismo receptor.

Objetivos Específicos

 Familiarizarse con las diversas utilidades que presentan los biomateriales en la ciencia e ingeniería.

 Clasificar y describir las propiedades de los biomateriales que sean de interés para la ingeniería.

 Analizar la problemática relacionada con el comportamiento físico de biomateriales.

2. Teoría General

2.1 Los biomateriales de hoy y de mañana

La mayoría de los materiales utilizados actualmente en dispositivos médicos constituyen materias primas estándar que se usan no sólo en medicina sino en otras y muy variadas áreas de la producción industrial. De entre ellas es posible señalar unas veinte formulaciones básicas que se aplican en biomateriales, catorce de ellas son poliméricas, cuatro metálicas y dos cerámicas.

Los polímeros son materiales constituidos por grandes moléculas (macromoléculas) formadas por la unión entre sí de moléculas pequeñas llamadas monómeros. La unión de los monómeros puede dar lugar a cadenas lineales, a cadenas ramificadas o a redes. Las distintas formas de asociación de los monómeros participa en la determinación de las propiedades del polímero y, por lo tanto, en su utilidad para diversas aplicaciones.

Los principales polímeros empleados en aplicaciones médicas y farmacológicas son: (el número que sigue a cada uno de ellos representa la participación porcentual de este en el total de los polímeros que se usan como biomateriales) el polietileno de baja densidad LDPE (acrónimo de Low Density Poly Ethylene) 22%, el policloruro de vinilo (PVC) 20%, el poliestireno (PS) 20%, el polietileno de alta densidad HDPE, (acrónimo de High Density Poly Ethylene) en la que los monómeros de etileno están asociados en forma de cadenas lineales 12%; el polipropileno (PP) 10%, los poliésteres termorrígidos 4%, los poliuretanos (PU) 2%, los acrílicos 2%, el nylon (poliacetato) 2%, epoxis 1% y otros (poliacetales, celulósicos, poliésteres termoplásticos, policarbonatos, polisulfonas, siliconas, resinas urea-formaldehído) en un 5%.

Entre los materiales metálicos se destacan los aceros inoxidables tipo 316L, las aleaciones de cobalto y cromo, las aleaciones titanio, aluminio y vanadio y las aleaciones cobalto, níquel, cromo y molibdeno.

Los cerámicos son materiales inorgánicos formados por elementos metálicos y no metálicos unidos principalmente por enlaces iónicos (electrostáticos) y uniones covalentes (electrones compartidos). Los cerámicos suelen tener gran estabilidad química frente al oxígeno, el agua, los medios ácidos, alcalinos y salinos, y los solventes orgánicos. Son muy resistentes al desgaste y generalmente se comportan como buenos aislantes térmicos y eléctricos. Todas estas propiedades son ventajosas para su aplicación como biomateriales. Los materiales cerámicos han adquirido recientemente una gran importancia como candidatos para la fabricación de implantes. Los principales dentro de esta categoría son la alúmina (monocristal de óxido de aluminio), el carbón pirolítico, la hidroxiapatita (fosfato de calcio hidratado) y los vitrocerámicos basados en Si02 - CaO -Na2O - P205 y algunos en MgO y K20, (Si=silicio, Ca=calcio, Na=sodio, P=fósforo, Mg magnesio y K= potasio).

A pesar de que han demostrado ser clínicamente aceptables, ninguno de los materiales mencionados hasta ahora fue originalmente diseñado para ser aplicado en medicina, por lo que están condenados a su extinción y progresivo reemplazo por nuevos y más eficaces materiales que surgirán de los actuales procedimientos de desarrollo racional en los que se pueda definir y controlar la naturaleza de la respuesta biológica que generarán. Se intenta de este modo adecuar la interacción del material con el medio biológico con el que estará en contacto.

Tradicionalmente, se consideraba que un material era adecuado para su uso cuando no producía daño ni reacción adversa del organismo. En esos casos el material era definido como inerte. Sin embargo, con el correr de los años se ha demostrado que todo cuerpo extraño causa alguna reacción biológica. En el caso de los materiales mencionados hasta ahora, la respuesta biológica es habitualmente inespecífica y lenta.

Durante ella se activan en forma simultánea una variedad amplia de procesos, lo que confiere consecuencias impredecibles a sus efectos a largo plazo.

El desarrollo racional de un dispositivo o pieza implantable debe tener en cuenta los requerimientos de la aplicación y adoptar criterios racionales para la selección o diseño y desarrollo de los materiales. Debe considerar tanto la capacidad del material para adquirir de manera reproducible la forma que debe tener la pieza final, así como su biocompatibilidad y bioestabilidad.

La aplicación de criterios racionales de diseño ha recibido un fuerte impulso con el desarrollo de técnicas tales como la microscopia de fuerza atómica (AFM, acrónimo de Atomic Force Microscopy) y la microscopia de efecto túnel (STM, acrónimo de Scanning Tunnel Microscopy), dos procedimientos que permiten conocer la topografía y la organización de las moléculas en la superficie de un material con una resolución de nanómetros (esto es, de una milésima de millonésima de metro), lo que hace posible caracterizar la superficie de un material a escala atómica.

Esta

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