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Biocerámicos

Tradicionalmente las cerámicas están limitadas, en cuanto a su aplicación por su fragilidad, su baja resistencia mecánica a tracción y o flexión y a su baja resistencia al impacto.

n Bio inertes: son aquellas que no reaccionan con el medio al ser implantadas: alúmina, zirconia y carbón pirolítico.

n Boactivos: se caracterizan porque se unen directamente al hueso sin formar tejido conectivo en medio.

n El único conocido es el hidroxiapatito (Ca10(PO4)6(OH)2=HA), compuesto similar a la fase mineral del hueso.

n El resto de los materiales se unen al hueso mediante una capa de HA sobre su superficie

n Biodegrables o reabsorbibles: son aquellos que al ser implantados, se disuelven con el tiempo y son reemplazados gradualmente por el tejido natural.

n Sería el material ideal dado que permanecen en el cuerpo mientras es necesaria la función y desaparecen a medida que el tejido se regenera.

n La resistencia disminuye durante el proceso de reabsorción.

n Ca3(PO4)2

Según la aplicación

Estructurales: Elevada resistencia mecánica y generalmente bioinerte. Alfa-alúmina y circonia.

No estructurales: biocerámicas bioactivas o reabsorbibles, densas o porosas con baja resistencia mecánica ya que no tienen que soportar grandes cargas

Presentan muy pocos cambios químicos cuando se exponen a disoluciones fisiológicas.

n La respuesta del tejido a estas biocerámicas es la formación de una membrana fibrosa muy fina del orden de la micra que rodea el implante

Cerámicas bioinertes

Alúmina

n De alta pureza y de alta densidad (99,5%)n Grano medio de < 4 μmn Utilizada en prótesis de cadera e implantes

dentales.n Buena resistencia a la corrosión.n Formar capsula fibrosa muy finan Bajo coeficiente de fricciónn Buenas propiedades mecánicas como al

desgaste

n La aplicación mas difundida de la biocerámicas de alúmina es en ortopedia

n Como componente de las prótesis articulares de cadera y de rodilla.

n El coeficiente de fricción y el índice de desgaste alúmina-alúmina disminuye con el tiempo alcanzando los valores de una articulación real

n También se usa en la cabeza del fémur, ya que se ha demostrado que el par alúmina/ polietileno de ultra alto peso molecular tiene mejor comportamiento al desgaste ( 10 veces menor desgaste).

n La mayor dificultad es el par alúmina polietileno es su sensiilidad a los medios acuosos, los que pueden causar fatiga estática y su baja resistencia a la fractura

n Las condiciones en los implantes de cadera son:

n Ambiente acuoso, ciclos severos de tensión, sobrecarga, impactos.

n El mayor problema es la emisión de partículas debido a la fricción entre la superficie de la cabeza de alúmina y el acetabulo

Circona ( ZrO2)

n Se ha comenzado a utilizar como material alternativo a la alúmina, posee mayor resistencia a la fractura (mayor tenacidad) y menor modulo elástico.

n Es excepcionalmente inerte en los medios fisiológicos y buena resistencia a la fatiga estática y menor coeficiente de fricción circona/polietileno con respecto alúmina/polietileno

La circona mas alta tenacidad suele estabilizarse con itria(~ 3%)

n El par circona/circona presenta un desgaste unas 5000 veces mayor que el par alúmina/ alúmina

n Presentan mayor tenacidad que los materiales monolíticos anteriormente citados.

n Lo mas importante es la mayor tensión umbral para el factor de intensidad de tensiones por debajo de la cual no tiene lugar propagación de grietas.

n Para el caso de la prótesis cerámicas proporciona un rango de intensidad de tensiones de total seguridad para el uso del material para esfuerzos mecánicos

CarbonoEl carbono presenta una gran variedad de formas:

ØCarbono amorfo, grafito, diamante, carbón vítreo y carbón pirolítico.

ØInercia química, biocompatibilidad y tromboresistencia.

ØCaraterÍsticas físicas de los componentes óseos

densidad 1,5 2,2 g/cm3, módulos elásticos varían entre 4 y 35 GPa.

Carbón pirolítico: de baja densidad (LTI) y de alta densidad ( ULTI) y carbón vítreo.

Las tres varientes poseen una estructura desordenada, similar al grafito pero con capas al azar.

CARBONES TURBOS ESTRÁTEGICOS

n Poseen gran biocompatibilidad celular con la sangre y el tejido blando como también su excelente tromboresistencia.

n Se aplica en: aparato circulatorio, conductos vasculares y válvulas de corazón. La mayoría de las válvulas son realizadas con recubrimiento de carbón pirolítica LTI sobre un sustrato de grafito.

n 10% peso de Si( β-SiC),contribuye a aminorar el desgaste del carbón pirolítico

n Carbón vítreo son estudiados para unirse a tejidos blandos y duros.

n Aplicaciones odontológicas y otorrinológicas en dispositivos de LTI sobre titanio para facilitar el paso de la sangre.

Carámicas BioactivasØ Estas cerámicas nace de la necesidad de eliminar el movimiento interfacial que produce los cerámicos bioinertes.

ØCarámicas bioactivas: hidroxiapatito, vidrios, vitrocerámicas y materiales compuestos con actividad superficial.

ØEn la superficie de estos materiales se forma una capa de carbohidroxiapatito ( CHA) biológicamente activa, la cual o la unión interfacial con el tejido, es una fase equivalente a la fase mineral constituyente del hueso.

ØPosee gran resistencia a la ruptura

HidroxiapatitoEl hidroxiapatito ( HA), es una fosfato cálcico cuya formula es CA 10( PO4)6(OH)2 cuya relación molar es Ca/ P= 1,67.

Posee un carácter iónico , estructura cristalina HCP

n La dureza es de 5 mohs y su densidad de 3,156 gr/ml y su coeficiente de expansión térmica tiene un valor de 11,6 10-6 K -1.

n Propiedades mecánicas similares al hueso,

n Módulo elástico entre 40 y 100 GPa. Esmalte de dientes es 74 GPa, 21 GPa dentina.

n Compactos densos de HA es entre 100-300 MPa

Obtención de hidroxiapatito

n Método de precipitación.

n Medio básico

Hidrólisis

Se obtienen a partir de hidrólisis de fosfato ácidos de calcio.

ØCaHPO4 2H20, Ca8H2 (PO4)6 5H2O.

ØEl pH se controla con flujo de NH3 gaseso.

ØSoluciones KOH, NaOH

Reacciones en estado sólido

Reacciones hidrotermales

Una variante es el uso de un precursor natural con macroporosidad interconectada similar al hueso humano esponjoso ( 100 a 400μm).

Ej. Esqueleto mineral de coral:

Coral con agua y (NH4)2HPO4 calentar a 250ºC por 12 a 48 horas. 100 MPa

n Primero se genera una interfase implante/ tejido óseo, una matriz ósea de osteoblástos diferenciados generando una banda de solo 3 a 5 μm de alta densidad electrónica.

n Entre el área y las células se observan manojos de colágeno con cristales de hueso mineralizado.

n Con el tiempo esta zona se contrae 0,05 a 0,02 μm

Utilización

n Restauración como sustitución ósea, pero posee baja resistencia mecánica.

n Recubrimiento de prótesis de cadera.