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BIOMATERIALES CERAMICOS
1.Dureza: Muy alta, de las mas altas dentro de los materiales. 2.Durabilidad: Resistentes al desgaste, adecuados para implantes. 3.Resistencia química: No se corroen en entornos biológicos. 4.Expansion térmica baja: Resisten temperaturas muy altas sin expandirse o fundirse 5.Estabilidad dimensional: Mantienen su forma original con el tiempo. 6.Conductividad: Algunos son buenos conductores térmicos o eléctricos, dependiendo de su composicion 7.Peso ligero: Más ligeros que algunos metales. 8.Transparencia: Algunos son transparentes a ciertas longitudes de onda. Desventajas La mayor desventaja de las cerámicas y los vidrios es su fragilidad y pobres propiedades mecánicas : aunque pueden soportar grandes cargas en compresión , fallan cuando son cargadas en tracción o en flexión ; pero son empleados donde la resistencia al desgaste es de vital importancia y se utilizan, generalmente, para reparar o reemplazar tejido conectivo duro del esqueleto. Sin embargo, hay que destacar que el éxito de la aplicación depende de lograr una unión estable entre estos biomateriales y el tejido conectivo.
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FRAGILIDAD Y PLASTICIDAD
- Difícil de deformar
- La naturaleza iónica del enlace dificulta el movimiento
del plano de los átomos.
- No dúctil
- Deformacion plastica casi nula a temperatura ambiente
- Sensible a muescas o microfisuras
- Rápida propagación de grietas
- Baja resistencia a la tracción
BIOMATERIALES CERAMICOS
Repulsiones electrostáticas cuando los planos se mueven
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BIOMATERIALES CERAMICOS
Clasificación
1. Según el tipo de respuesta del tejido
Bioinertes: Alúmina (Al 2 O 3 ), Circona (ZrO 2 ) v No reaccionan apreciablemente con el medio al ser implantado. v La respuesta del tejido es la formación de una membrana fibrosa muy fina, del orden de micras, que rodea al implante. Bioactivas: Hidroxiapatita (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 =HA) (Compuesto similar a la fase mineral del hueso). v Unión directa al tejido vivo sin formación de tejido conectivo en medio. v Biovidrios y vitrocerámicas. Biodegradables: Fosfato Tricálcico (Ca 3 (PO 4 ) 2 =TCP) v Se disuelven gradualmente, siendo reemplazadas por el tejido natural. v Inconveniente: su resistencia disminuye gradualmente durante el proceso de reabsorción.
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Clasificación
Estructurales: v De elevada resistencia mecánica y generalmente bioinertes. v Alúmina (Al 2 O 3 ) y Circona (ZrO 2 ) No estructurales: v Son generalmente biocerámicas bioactivas o biodegradables. v Densas o porosas. v Baja resistencia mecánica ya que no tienen que soportar grandes cargas. v Hidroxiapatita (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 =HA) y fosfato tricálcico (TCP).
2. Según la aplicación a la que se destine
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BIOCERAMICOS BIOINERTES
ALUMINA
El óxido de aluminio (Al 2 O 3 ) junto con la sílice, es el componente más importante en la constitución de las arcillas, confiriéndoles resistencia y aumentando su temperatura de maduración. Existe en la naturaleza en forma de corindón y de esmeril. Tiene la particularidad de ser más duro que el aluminio y el punto de fusión de la alúmina son 2.000 °C frente a los 660 °C del aluminio La alúmina en sus varios niveles de pureza es el material cerámico avanzado que más se usa 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
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BIOCERAMICOS BIOINERTES
Zirconia
- El interés del uso de las cerámicas de zirconia como biomaterial radica en su alta estabilidad química y dimensional , su excelente resistencia mecánica y tenacidad a la fractura y el valor del módulo de Young del mismo orden de magnitud que las aleaciones de acero inoxidable
- Las cerámicas de zirconia superan la limitación que presentaba las cerámicas de alúmina en lo que se refiere a la tenacidad y a la resistencia a la flexión.
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BIOCERAMICOS BIOINERTES
Propiedad/Característica Zirconia (Oxido de zirconio) Alumina (Óxido de Aluminio) Biocompatibilidad Buena biocompatibilidad, segura para uso en el cuerpo humano. Excelente biocompatibilidad, ampliamente utilizado en aplicaciones médicas. Tenacidad Alta tenacidad, menos propensa a la fractura en comparación con la alumina. Menos tenaz que la circonia, puede ser propensa a la fractura en ciertas condiciones. Dureza Alta dureza, resistente al desgaste. Alta dureza, resistente al desgaste. Resistencia Química Resiste la corrosión química. Resiste la corrosión química. Transparencia Óptica Algunos tipos son transparentes a ciertas longitudes de onda. No es transparente. Capacidad de Transportar Oxígeno Conduce oxígeno a altas temperaturas, lo que puede ser una desventaja en algunas aplicaciones. No conduce oxígeno. Aplicaciones Comunes Implantes dentales, prótesis dentales, aplicaciones ortopédicas. Componentes de articulaciones artificiales, implantes ortopédicos. Ventajas Destacadas Mayor tenacidad, menos propenso a la fractura. Transparente en ciertos tipos. Mayor resistencia al desgaste. Desventajas Destacadas Menor dureza en comparación con la alumina. Conduce oxígeno a altas temperaturas. Menos tenaz, puede ser propensa a la fractura.
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BIOCERAMICOS BIOACTIVOS
HYDROXIAPATITA (HAp)
- Formula: Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2
- Es el componente principal de los hueso s. Representa un depósito del 99 % del calcio corporal y 80 % del fósforo total.
- El esmalte que cubre los dientes contiene el mineral hidroxiapatita. Ese mineral, muy poco soluble, se disuelve en ácido s, porque tanto el PO 4 3 - como el OH- reaccionan con H + :
- Cuando el pH es inferior a 5.5, la hidroxiapatita comienza a disolverse y ocurre el deterioro de los dientes
- La hidroxiapatita es un material biocompatible , con aplicación biomédica en Odontología, Ortopedia y Cirugía Máxilofacial.
- Es el cristal principal de huesos y dientes ya que les confiere su dureza característica y, acompañado por colageno, los huesos presentan determinada elasticidad.
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BIOCERAMICOS BIOACTIVOS
HYDROXIAPATITA (HAp) - SINTESIS
- Se forma hidroxiapatita a partir de una solución acuosa que contiene Ca(NO 3 ) 2 y NaH 2 PO 4.
- Los precipitados se separan de la solución, se filtran y se secan hasta obtener un polvo de partículas finas.
- Para promover la cristalización, el polvo se somete a un proceso de calcinación que dura alrededor de 3 horas a una temperatura de 900 °C.
- El polvo de hidroxiapatita se moldea en su forma final.
- Se lleva a cabo una sinterización a una temperatura de aproximadamente 1050 a 1200°C durante 3 horas para mejorar la densidad y la cristalinidad del material.
- Sinterizacion: Es un proceso de calentamiento a altas temperaturas que se utiliza para compactar partículas en polvo y mejorar la densidad y la estructura de un material,
- A temperaturas superiores a 1250°C, se observa una segunda fase de precipitación de hidroxiapatita a lo largo de los límites de grano
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BIOCERAMICOS BIOACTIVOS
HYDROXIAPATITE (HAp)
USOS:
- Recubrimientos (coatings) de otros materiales, implantes y dispositivos médicos à
Titanio, Alumina, etc. Se utiliza en prótesis de cadera y rodilla, tornillos, places, etc.
- Regeneración Ósea : Se utiliza en injertos óseos y rellenos óseos para promover la
regeneración y el crecimiento del tejido óseo (reparación de fracturas).
- Implantes y productos dentales: : La se utiliza en implantes dentales y como
recubrimiento en implantes para promover la unión firme con el hueso maxilar o
mandibular.
- Scaffolds para Ingenieria de Tejidos: Se puede formular como un materiales porosos que
se combina con células para promover la regeneración osea/tissular
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HYDROXIAPATITE (HAp) – Técnicas para el recubrimiento
BIOCERAMICOS BIOACTIVOS
Existen diferentes métodos para crear recubrimientos de HAp
1. La pulverización por plasma:
- Representa el método más común para recubrir los implantes dentales.
- La mayoría de los recubrimientos de HA en el mercado se producen mediante esta técnica.
- Es un enfoque de bajo costo y no compromete las propiedades mecánicas del sustrato metálico.
- Las limitaciones están relacionadas con la contaminación de cobre proveniente de la boquilla del
pulverizador y la formación de una unión mecánica solo en la superficie del implante metálico.
https://www.youtube.com/watch?v=rhFztggSSkA Pasos 1.Preparación del implante metálico. 2.Generación de plasma caliente. 3.Alimentación de polvo de hidroxiapatita en el plasma. 4.Deposición de la HAp fundida en el implante. 5.Enfriamiento y solidificación de la capa de recubrimiento de HAp.
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HYDROXIAPATITE (HAp) – Tecnicas para el recubrimiento
BIOCERAMICOS BIOACTIVOS
Existen diferentes métodos para crear recubrimientos de HAp
2. Deposición física al vapor (Physical Vapor Deposition, PVD)
- Implica calentar y evaporar la HAp en un entorno de vacío controlado. El El vapor resultante se deposita sobre la superficie del implante, creando así una capa de hidroxiapatita en la superficie del implante.
- Ventajas : alta calidad del recubrimiento, ya sea en superficies lisas o rugosas (en particular, titanio).
- Limitaciones : recubrimientos muy delgados y preocupaciones relacionadas con la posible reabsorción del recubrimiento por parte del cuerpo.
3. Deposición sol-gel y/o recubrimiento por inmersión
- Implica sumergir el implante metálico en una solución que contiene el precursor del producto final durante un tiempo definido.
- Posteriormente, el material se retira y se calienta para crear un recubrimiento denso.
- Ventajas : presencia de cristales de pequeño tamaño y alta resistencia. Eficaz para substratos porosos
- Limintaciones: Bajo Control, reproducibilidad y escalabilidad
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BIOCERAMICOS REABSORBIBLES
Fosfatos de calcio
- Los biomateriales de fosfato de calcio exhiben propiedades que mejoran la actividad de
formación ósea:
- Osteoconductivo (Osteoconductive )
Término utilizado para describir la integración con el hueso huésped adyacente y favorecer
el crecimiento interno de nuevo tejido.
- Osteoinductivo (Osteoinductive )
Biomateriales que tienen capacidad intrínseca para inducir la formación de hueso, incluso
en un entorno no óseo
Dos principales biocerámicas de fosfato de calcio utilizadas en ingeniería de tejidos
1. Hidroxiapatita (HA)
2. Fosfato tricálcico (TCP)
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BIOCERAMICOS REABSORBIBLES
Regeneracion Osea
Osteoinducción
- Biomateriales que tienen capacidad intrínseca para inducir la
formación de hues o en un entorno no óseo (formación de
hueso ectópico)
- No se conoce con precisión el mecanismo exacto de la
osteoinducción, pero se cree que está relacionado con
fenómenos de disolución y la liberación de iones.
- La liberación de iones de calcio y ortofosfato puede actuar
como una señal para reclutar células vecinas.
- La osteoinducion mejora andamios altamente porosos, donde
la superficie es mayor.
- Las células óseas crecen preferentemente dentro de
materiales porosos. Un andamio ideal consta de poros
interconectados en el rango de tamaño de 50 a 400 micrones.
Light-microscopy pictures a macroporous calcium phosphate (CaP) scaffold implanted in goat muscle for 12 weeks representing the ectopic formation of bone (dark purple) (magnification 20). representa la formación de hueso
