Introducción a los Biomateriales

Un biomaterial es cualquier sustancia, sintética o natural, compuesta por materiales inorgánicos sólidos formados mediante mecanismos de control molecular que operan en sistemas biológicos. Sus funciones principales incluyen el soporte estructural y servir como reservorio de elementos esenciales.

La razón principal para el empleo de biomateriales es reemplazar físicamente un tejido blando o duro que ha sido dañado a través de un proceso patológico.

Biocompatibilidad

Los biomateriales deben asegurar una determinada vida media, aportar prestaciones específicas y ser tolerables por nuestro organismo. La biocompatibilidad es la habilidad de un material para desempeñarse de manera apropiada en una bioaplicación, implicando la interacción entre un huésped, el material y la función esperada del mismo.

Importancia de los Biomateriales

Algunos ejemplos de la importancia de los biomateriales incluyen la piel artificial y las prótesis.

Propiedades Mecánicas

Las propiedades mecánicas de los biomateriales incluyen ductilidad, elasticidad, dureza, resistencia a la tracción, biocompatibilidad y bioestabilidad.

Clasificación de los Biomateriales

Según su Composición Química

  • Biometales
  • Biopolímeros
  • Biocerámicos
  • Biocompuestos

Según su Origen

  • Naturales
  • Sintéticos

Según la Respuesta del Organismo

  • Inertes
  • Interactivos
  • Viables
  • Reimplantados

Según su Estructura

  • Metales
  • Polímeros
  • Cerámicos
  • Vidrios
  • Compuestos

Polímeros

Los polímeros son la base de todos los procesos de la vida y de nuestra sociedad tecnológica. La unidad repetida simple de un polímero es el monómero. La unión de monómeros forma una macromolécula.

Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals y puentes de hidrógeno.

Características Generales de los Polímeros

  1. Se conforman fácilmente por moldeo.
  2. Baja resistencia a la tracción.
  3. Uso limitado en función de la temperatura (300 °C – 530 °C).
  4. Gran coeficiente de dilatación térmica.
  5. Plásticos: Gran capacidad de deformación plástica.

Endurecimiento de plásticos termoestables: reacción química dentro del material por un proceso de fusión.

Efecto de la temperatura: ablandan gradualmente a medida que la temperatura aumenta.

Esfuerzo vs. Tiempo

La disminución del esfuerzo con el tiempo t está dada por:

Ecuacion

σ esfuerzo en el tiempo, σ0 esfuerzo inicial y (t rara) tiempo de relajación.

Imagen

Los polímeros naturales son aquellos que proceden de los seres vivos. Los polímeros sintéticos son aquellos que se obtienen por síntesis, ya sea en una industria o en un laboratorio.

  • Homopolímero: Es un polímero hecho de un solo tipo de monómero.
  • Copolímero: Es un polímero hecho de dos o más monómeros.
  • Polimerización: Es la reacción para producir un polímero.

Tipos de Polimerización

  • Adición
  • Condensación
  • Vulcanización

Los plásticos son un conjunto de materiales de origen orgánico y de elevado peso molecular. La polimerización es una reacción química donde un conjunto de moléculas de bajo peso molecular se une químicamente para formar una molécula de gran peso.

Clasificación de los Plásticos

  • Termoestables: Resinas úricas, poliéster.
  • Termoplásticos: PVC, poliestireno.
  • Elastómeros: Caucho.

Elastómeros: Presentan un comportamiento elástico, se deforman al someterlos a una fuerza.

Vulcanización: Es un proceso mediante el cual se calienta el caucho crudo en presencia de azufre, con el fin de volverlo más duro y resistente al frío.

Ejemplos de Polímeros

  • PET: Significa polietilentereftalato, es un poliéster termoplástico utilizado principalmente en embalajes.
  • Resina PET: Existen dos tipos, homopolímero y copolímero.
  • Kevlar: Es un polímero altamente cristalino.
    • Kevlar 29: Se usa en cables y ropa resistente.
    • Kevlar 49: Se usa en equipamiento de deportes, para la industria aeronáutica, aviones y satélites de comunicaciones.

Características del Kevlar

  • Alta fuerza extensible.
  • Alargamiento bajo o rigidez estructural.

Magnesio

Sus principales minerales son dolomita, magnesita (MgCO3) y carnalita. El magnesio metálico se produce a partir de sus minerales por reducción térmica del monóxido de carbono.

Entre sus múltiples aplicaciones está su uso como desoxidante para el cobre, el latón y aleaciones de níquel. Para las aleaciones de magnesio, el principal proceso empleado para mejorar sus propiedades mecánicas es el de endurecimiento por precipitación.

Algunas aleaciones como AM60B y AM50A se utilizan en automóviles. Otras aplicaciones incluyen cajas de cambios de helicópteros, componentes de aeronaves y equipo militar en general.

Producción del Magnesio

  • Por Electrólisis: El magnesio sube a la superficie, ya que tiene menos densidad que la mezcla de sales fundidas.
  • Por Reducción: Consiste en introducir el mineral en un horno eléctrico, al que se ha añadido fundente, para provocar la eliminación de oxígeno.

Níquel

El níquel es un mineral de gran demanda en la industria (la siderúrgica, por ejemplo), principalmente para la obtención de aceros de gran calidad y en muchísimas aleaciones con cobre, cromo, aluminio, plomo, cobalto, manganeso, plata y oro. El níquel da a las aleaciones dureza, tenacidad y ligereza, así como cualidades anticorrosivas, eléctricas y térmicas.