UNIVERSIDAD NACIONAL SAN AGUSTIN DE AREQUIPA

FACULTAD DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRÓNICA

CURSO: ING. BIOMEDICA

EXPOSICION: BIOMATERIALES.

INTEGRANTES:

Carazas Calderon, Humberto

Huachani Villcas, Jose

Montalico Calderon, Oscar

Muriel Rojas, Luis Angel

Segovia Juarez, Nilton

Yana Yana, Fernando

AREQUIPA – Junio 2007

INTRODUCCIÓN

El término biomaterial designa a los materiales de origen no biológico utilizados en la fabricación de

dispositivos que interactúan con sistemas biológicos y que se aplican en diversas ramas de la

medicina. Inicialmente, la búsqueda de biomateriales adecuados se realizó mediante

procedimientos puramente empíricos. Esto ha cambiado profundamente y en la actualidad, pueden

definirse la ciencia y la ingeniería de los biomateriales como actividades multidisciplinarias de

investigación y desarrollo que ocupan a un número creciente de personas altamente

capacitadas.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. Debido a que los biomateriales restauran funciones de tejidos vivos

y órganos en el cuerpo, es esencial entender las relaciones existentes entre las propiedades,

funciones y estructuras de los materiales biológicos, por lo que son estudiados bajo tres aspectos

fundamentales: materiales biológicos, materiales de implante y la interacción existente entre ellos

dentro del cuerpo. Dispositivos como miembros artificiales, amplificadores de sonido para el oído y

prótesis faciales externas, no son considerados como implantes.

1.1 LA EVOLUCIÓN DEL CAMPO DE LOS BIOMATERIALES

El uso de materiales para la elaboración de utensilios se asocia a la historia de la humanidad desdetiempos remotos y dio lugar al desarrollo de tecnologías, las que en muchos casos, definieron elavance de las grandes civilizaciones.

El paso inicial del desarrollo de las nuevas disciplinas de la ciencia e ingeniería de materialessucedió en la década del 1950, con el uso de procedimientos empíricos para adaptar materialesconvencionales a aplicaciones biomédicas. Esto fue generando respuestas a los desafíos planteadospor la necesidad de producir dispositivos biomédicos de alto rendimiento

Sus primeros antecedentes documentales se remontan al siglo XXX a.C., en el antiguo Egipto.También durante las civilizaciones clásicas de Grecia y Roma (siglo VII a.C. a siglo IV d.c.) se usaronmateriales no biológicos, en particular, metales y otros materiales naturales para el tratamiento deheridas y de algunas enfermedades.

Ya en la era moderna, en la Europa del siglo XVI se empleó el oro y la plata para la reparacióndental y, más tarde, hilos de hierro para la inmovilización de fracturas óseas. Los avancestecnológicos de fines del siglo XIX, en particular el desarrollo de la anestesia, de la cirugía encondiciones estériles y de los rayos X, dieron un fuerte impulso a la búsqueda de metales quepudieran ser utilizados en el interior del cuerpo. Pero a poco tiempo de la aplicación de metales aeste fin, aparecieron inconvenientes causados por la corrosión o porque los metales carecían de laspropiedades mecánicas necesarias para que el dispositivo cumpliera adecuadamente la funciónpara la que fue diseñado.

Para superar estos inconvenientes se investigaron nuevas aleaciones metálicas, entre las que cabemencionar las de cromo-cobalto y los aceros inoxidables con 18% de níquel y 8% de cromo (tipo302).

Hacia 1940 se mejoró la resistencia a la corrosión de los aceros mediante el agregado de 2-4% demolibdeno.

Hacia 1960 se redujo la cantidad de carbono en estos aceros inoxidables a menos del 0,03% (tipo316L), por lo que se logró una importante mejoría adicional. Posteriormente, la introducción deltitanio y de sus aleaciones con niobio y tantalio, extendió el campo de aplicación de los metales.

La aplicación de biomateriales no metálicos comenzó también tempranamente. Durante la EdadMedia fueron utilizados en ligaduras destinadas a detener hemorragias y en algunos de losprocedimientos quirúrgicos. Su desarrollo se aceleró a principios del siglo pasado con eldescubrimiento de materiales para fabricar hilos de sutura capaces de ser degradados y absorbidospor el organismo. Sin embargo, la investigación sistemática y planificada de los materiales útilespara la fabricación de prótesis e implantes sólo surge después de la segunda Guerra Mundial comoconsecuencia del avance del conocimiento en ciencia y tecnología de materiales.

Un factor que impulsó fuertemente el desarrollo de materiales implantables durante este siglo fueel enorme aumento de su demanda producida por la necesidad de rehabilitar a millones deinválidos de guerra. Este aumento corrió en paralelo con avances en otros terrenos que crearoncondiciones favorables para obtener soluciones eficaces. Entre ellas cabe mencionar a lainvestigación y desarrollo en general de nuevos materiales, es especial de los poliméricos, ladisminución del riesgo de infecciones causada por la aparición de los antibióticos eficaces y los

adelantos en el conocimiento de los procesos biológicos desencadenados como consecuencia delcontacto de la materia viva con el biomaterial.

La observación clínica de que la inclusión de partículas metálicas en los cuerpos de los soldadosheridos era bien tolerada, otorgó a los médicos un criterio empírico que justificó el uso deimplantes metálicos para corregir daños en el cráneo o para la fijación interna de fracturas. Lacomprobación de que los pilotos de guerra no sufrieron alteraciones en la funcionalidad del ojofrente a inclusiones oculares de astillas de poli (metilmetacrilato), polímero vítreo empleado en lasventanillas de los aviones, condujo al desarrollo de las lentes intraoculares fabricadas con estematerial. Estas son consideradas aún hoy en día como uno de los implantes más exitosos. Elpoli(metilmetacrilato) también se usa con éxito en cirugía ortopédica como cemento para la fijaciónde prótesis.

Durante las décadas del 40 y el 50, la investigación y el desarrollo de los implantes estuvoexclusivamente en manos de cirujanos. Algunos de los implantes concebidos y probados con ladirección de profesionales médicos están todavía en uso (por ejemplo: implante de cadera deCharnley, el cemento acrílico y las fibras de Blakemore para injertos vasculares).

Durante la década del 60 se publicaron los primeros estudios sobre las lesiones provocadas por lapresencia de un implante, e hizo su aparición el término biocompatibilidad para definir el grado detolerancia del material por parte de la materia viva. La determinación de la biocompatibilidad paracada aplicación específica y para cada sistema formado por material y el medio biológico con el queestará en contacto, requiere la realización de una serie de ensayos de acuerdo con protocolospreestablecidos y del posterior análisis estadístico de los resultados obtenidos.

A finales de los años 60, los ingenieros ingresaron en los laboratorios de clínica médica, quirúrgica ydental, y sus contribuciones comenzaron a aparecer en la literatura biomédica. El primer simposiode Biomateriales que se celebró en la Universidad de Clemson (del estado de Carolina del Sur en losEE.UU.), en 1969, marca el punto de partida de la necesaria integración de las disciplinascomplementarias a la ingeniería y a la medicina para el desarrollo de materiales biomédicos. Lainfluencia del ingreso de la ingeniería al campo de los biomateriales se evidenció en la aplicación detécnicas para caracterizar la estructura y la superficie de los materiales, a los efectos decorrelacionarlos con las respuestas biológicas observadas. También, con la incorporación de losmateriales cerámicos para el reemplazo de partes óseas y con el desarrollo de materialescompuestos.

La comunidad científica que desarrollaba tareas en este campo se agrupó en diversas sociedades,tales como la Sociedad de Biomateriales (EE.UU) (accesible en Internet en el sitiohttp://www.biomaterials.com) fundada en 1974 y la Sociedad Europea de Biomateriales .

En 1978 se efectuó el primer Congreso Internacional sobre Biomateriales. Desde entonces seprodujo un crecimiento notable en el número de trabajos presentados y en el número y nivel de losrecursos humanos formados en el área.

1.2 CARACTERÍSTICAS DE LA CIENCIA Y DE LA INGENIERÍA DE BIOMATERIALES

La comunidad académica internacional ha reconocido la importancia de las investigaciones decarácter multi e interdisciplinario y ha reclamado acciones para que estas sean promovidas.

Las investigaciones propias de la ciencia y la ingeniería de biomateriales constituyen un ejemplo deactividades interdisciplinarias cuyos contenidos no pueden ser encuadrados dentro de los límites

curriculares de los estudios universitarios tradicionales. Téngase en cuenta que la ciencia de losbiomateriales estudia los parámetros que definen las interacciones entre un biomaterial con unsistema biológico; mientras que la ingeniería de biomateriales incluye la investigación y desarrollode materiales con control de calidad, tanto en lo que se refiere a su estructura como a su superficierealizado a escala de nanómetros (nanotecnologías). Esta naturaleza multidisciplinaria hace que laciencia e ingeniería de los biomateriales comparta áreas temáticas pertenecientes a variadossectores del conocimiento.

Las áreas compartidas están esquematizados en la figura 1, y pueden agruparse en cuatro grandescampos las ciencias básicas, las especialidades médicas, las ciencias biomédicas y la ingeniería.Entre las ciencias básicas involucradas se destacan la biología celular y molecular, la ciencia de losmateriales y la ciencia de las superficies. Prácticamente todas las especialidades de la medicinahacen uso de los biomateriales. Dentro de las ciencias biomédicas se deben destacar: la cirugía, lafisiología y la anatomía. En el campo de la ingeniería sobresalen las ingenierías de materiales, laingeniería mecánica y la ingeniería química. Puede por lo tanto afirmarse que tanto la ciencia comola ingeniería de biomateriales, más que ningún otro campo de la tecnología contemporánea,reúnen a investigadores con diferente formación académica que deben actuar manteniendo unacomunicación clara y fluida

Figura 1: Disciplinas que participan en la ciencia e ingeniería de los biomateriales

1.3 ¿QUE ES UN BIOMATERIAL?

Es un material no biológico usado en un dispositivo médico, destinado a interaccionar con sistemasbiológicos.

En otros términos, un biomaterial es una sustancia farmacológicamente inerte diseñada para serimplantada o incorporada dentro del sistema vivo.

1.4 REQUISITOS QUE DEBE CUMPLIR UN BIOMATERIAL

Los requisitos que debe cumplir un biomaterial son:

Ser biocompatible, es decir, debe ser aceptado por el organismo, no provocar que éstedesarrolle sistemas de rechazo ante la presencia del biomaterial.

No ser tóxico, ni carcinógeno. Ser químicamente estable (no presentar degradación en el tiempo) e inerte. Tener una resistencia mecánica adecuada. Tener un tiempo de fatiga adecuado. Tener densidad y peso adecuados. Tener un diseño de ingeniería perfecto; esto es, el tamaño y la forma del implante deben

ser los adecuados. Ser relativamente barato, reproducible y fácil de fabricar y procesar para su producción en

gran escala.

Usos Quirúrgicos de los Biomateriales.

a. En el sistema esquelético muscular, para uniones en las extremidades superiores einferiores (hombros, dedos, rodillas, caderas, etc.) o como miembros artificialespermanentes.

b. En el sistema cardiovascular, corazón (válvula, pared, marcapasos, corazón entero),arterias y venas.

c. En el sistema respiratorio, en laringe, tráquea y bronquios, diafragma, pulmones y cajatorácica.

d. En sistema digestivo: esófago, conductos biliares e hígado.e. En sistema genitourinario, en riñones, uréter, uretra, vejiga.f. En sistema nervioso, en marcapasos.g. En los sentidos: lentes y prótesis de córneas, oídos y marcapasos caróticos.h. Otras aplicaciones se encuentran por ejemplo en hernias, tendones y adhesión visceral.i. Implantes cosméticos maxilofaciales (nariz, oreja, maxilar, mandíbula, dientes), pechos,

testículos, penes, etcétera.

Corazon Artificial.

Bypass Cardiopulmonar

Válvula del corazon

Implantes dentales

Cornea

Lente intraocular

Aplicación de huesos

Clasificación de los Biomateriales.

2.1 Por el Tipo de Material.

En esta definición están comprendidos materiales muy diferentes tales como:

Los metales y aleaciones, Los cerámicos y vidrios Los polímeros, tanto naturales como sintéticos. Habitualmente se utilizan en forma de materiales compuestos en los que la asociaciónde dos o más sustancias con características propias forman un nuevo material cuyaspropiedades son superiores a la de cada uno de sus componentes, para los fines de laaplicación que se le quiere dar.

2.2 Por la Duracion y la Forma de de contacto que se establece con el Organismo.

Los biomateriales suelen clasificarse como:

De uso temporáneo De uso permanente

2.3 Por su Localizacion

Intracorporal Extracorporal.

2.4 Por su Funcionalidad.

Desde el punto de vista de su función se pueden distinguir:

Dispositivos destinados al soporte, Material de diagnóstico Material de tratamiento. Algunos biomateriales contienen drogas y son consideradosmedicamentos, Materiales que pueden incluir células vivas y construir los llamados biomaterialeshíbridos. También hay biomateriales que incluyen compuestos capaces de responder a señalesprovenientes del medio biológico que reciben el nombre de materiales inteligentes.

3 Materiales empleados en los Biomateriales.

Los biomateriales tienen un campo de aplicación muy amplio que se extiende desdedispositivos de uso masivo y cotidiano en centros de salud como es el caso de jeringas,vendajes, catéteres, bolsas para suero y sangre, y recipientes para residuos -hasta sofisticadaspiezas que se emplean para promover la regeneración de tejidos o para reemplazar órganos

Tabla I

Elemento, componente o producto Materiales

CATÉTERES Y TABULADORAS PVC, PE, PU, silicona, poliéster,fluoropolímeros (teflón)

BOLSAS SANGUÍNEAS PVC

FILM PARA EMBALAJES PE, PVC, nylon, poliestireno (PS)

CONTENEDORES QUIRÚRGICOS PE, PS, poliéster, acrílico

RECIPIENTES Y BOTELLAS PE, PVC, PS, poliéster, PP

PARTES DE ANALIZADORES DE LABORATORIO,ASPIRADORES, INSTRUMENTOS ÓPTICOS, ETC

PE, PVC, nylon, etc.

COMPONENTES DE EQUIPOS MÉDICOS ELECTRÓNICOS Nylon, PP, poliacetales, etc.

COMPONENTE DE MÁQUINAS PARA CORAZÓN Y PULMÓN. Polivinilpirrolidona

COMPUESTOS MÉDICOS EN POLVO Resinas urea-formaldehído

PARTES DE DISPOSITIVOS ÓPTICOS Y ACÚSTICOS. Acrílico, policarbonato, epoxi, etc.

PARTES Y RUEDAS DE SISTEMAS DE TRANSPORTE Poliéster, PP, etc.

EQUIPAMIENTO PARA TRANSPORTE DE ALIMENTOS PS, PE, PVC, etc.

JERINGAS DESCARTABLES, AGUJAS, TUBOS DE DRENAJE,BOLSAS DE AIRE, CUBRE ZAPATOS, TERMÓMETROS DE USOÚNICO, BANDAS DE IDENTIFICACIÓN, TARJETAS, PAÑOSTÉRMICOS Y HÚMEDOS, RECIPIENTES PARA RESIDUOS,ETC.

PE, PVC, PU, PS, etc.

COBERTURAS DE SISTEMAS ELÉCTRICOS, AISLADORES, ETC Poliéster, PVC, PC,

acrilonitrilo-butadieno-estireno(ABS), etc

EQUIPAMIENTO Y MOBILIARIO Poliéster, PE, PP, PVC, PS, acrílicos,etc.

5 Propiedades de los Biomateriales.

5.1 Propiedades Mecanicas.

Entre las propiedades mecánicas de importancia se encuentran:

El comportamiento elástico caracterizado por la Ley de Hooke que expresa la relaciónconstante entre la carga aplicada y la deformación observada de un material cuando essometido a esfuerzo de tensión que puede ser longitudinal y de corte. Dicha deformación esde naturaleza eventual, es decir que solo existe mientras se aplica el esfuerzo.Durante este comportamiento es analizada la respuesta de la deformación frente a esfuerzosde compresión, tracción y corte a través de las relaciones tensión y deformación frente a susrespectivas constantes elásticas E y G, según sean esfuerzos de tensión longitudinal y de corterespectivamente.

De acuerdo al comportamiento elástico caracterizado por el comportamiento de susconstantes en un estado general de tensiones, los materiales son clasificados como isótropos(igual respuesta en todas las direcciones de esfuerzo) o anisótropos (diferente respuesta paracada dirección de esfuerzo). En general los materiales policristalinos son isotrópicos mientrasque la mayoría de los materiales poliméricos y de muestras de tejidos biológicos, basados soloen el alineamiento molecular, son anisotrópicos. por ejemplo. las estructuras óseas,ligamentos. suturas que son más fuertes en la dirección longitudinal de la fibra que en sudirección transversal. Por consiguiente para dichos materiales se requieren más de dosconstantes elásticas para describir su comportamiento.

La fractura frágil ocurre debido a las inestabilidades estructurales como defectosmicroscópicos existentes en el material o que surgen por la superación del límite de resistenciamecánica ocasionando que estas crezcan violentamente hasta producir el colapso por fracturafrágil del material. El esfuerzo responsable de esta fractura es denominado tensión de fractura,cuyo comportamiento es típico para cada tipo de material. El número y el tamaño de losdefectos, particularmente los poros, son las características micro estructurales que mas afectala resistencia de los materiales frágiles.La deformación plástica es una característica que algunos materiales exhiben durante laaplicación de esfuerzos y que se manifiesta por una deformación permanente luego dehaberse aplicado y suspendido el esfuerzo. Convencionalmente se considera comocomportamiento plástico aquella deformación permanente mayor al 0.2% de las dimensionesoriginales. A partir de este periodo, las deformaciones no son proporcionales al esfuerzoaplicado como en el régimen elástico, ni tampoco es recuperable al cesar el esfuerzo.

Durante la deformación plástica se registra un reordenamiento de largo alcance lo cual essoportable por las estructuras cristalinas cuyo enlace es igual en todas las direcciones como enlos metales mientras que en los materiales cerámicos de enlace iónico y los polímeros deenlace covalente ambos de naturaleza direccionala exhiben por lo general comportamientofrágil. Por tanto el comportamiento plástico resulta de gran utilidad en los metales y susaleaciones debido a su ductilidad y maleabilidad y el esfuerzo que se aplica para este propósitoes sensible al tamaño de grano cristalino y la introducción de elementos aleantes.

El comportamiento plástico ocurre hasta un limite de esfuerzo aplicado que se conoce comoUTS (ultima resistencia tensil) o máxima resistencia a la tracción que se determina por elensayo de tracción correspondiente. El área bajo la curva de tensión es el trabajo requeridopara deformar el espécimen hasta que se produce la falla que en términos de energía porunidad de volumen es expresado como tenacidad de fractura y que refleja la resistencia delmaterial a la propagación de grieta.

La fluencia lenta y viscosa que es observada en algunos materiales y que se caracterizapor la deformación continuada en función del tiempo a pesar que la carga permanececonstante como en el caso de los ligamentos. También esta asociado a este fenómeno el hechoque para una deformación inmediata y constante, la magnitud de la carga disminuye enfunción del tiempo lo que se conoce como relajación de esfuerzos. Ambas respuestas son el

resultado de un flujo viscoso en el material de modo análogo a la acción de la fuerza de unpistón sobre un liquido compresible dentro de un cilindro. Los materiales sólidos que exhibenuna deformación en función del tiempo se denominan visco elásticos y su modulo aparente esdeterminado por la relación entre el esfuerzo de corte aplicado y la velocidad de deformaciónlograda.

La falla por fatiga que se produce por aplicación de esfuerzos de naturaleza cíclica deun valor menor al de la UTS. La ocurrencia de estos esfuerzos es frecuente en los elementos demáquinas así como en elementos de tipo biológico como los huesos y marcapasos. El limite defatiga se determina identificando el nivel de esfuerzos en función del número de ciclos(>10'ciclos) para el cual no se produce falla. La resistencia ala fatiga es sensible a lascondiciones ambientales de corrosión, temperatura. deterioro, y velocidad de aplicación deciclos. especialmente para materiales visco elástico.

La tenacidad a la fractura de materiales que tienen la capacidad de exhibir unadeformación plástica localizada en la zona de propagación de grieta resulta ser una propiedadde importancia cuando se desea obtener estructuras de falla controlada. El parámetro deTenacidad a la fractura es el denominado factor crítico de intensidad de esfuerzos (Klc) que esuna función del esfuerzo de propagación de grieta, y de la profundidad y forma de la misma.

FUERZA:

La fuerza procede del empuje o la tracción que un cuerpo ejerce sobre otro.Esta puede actuar a través de contacto o a distancia

La aplicación de la fuerza produce un cambio en la posición. Si permanece en reposo provoca una deformación. La unidad de fuerza es el Newton (N.)

FUERZAS OCLUSALES:

Las fuerzas de masticación oscilan entre 200 a 3.500 N. En los adultos estas fuerzasvarían de los molares ( 400 a 800 N) a los incisivos ( 300 – 200 a 150 N).

TENSION:

Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo y tiende a deformarlo, se genera una fuerzainterna con la misma intensidad y con dirección opuesta a la fuerza externa, recibe elnombre de TENSIÓN.

Se mide la fuerza externa para medir la resistencia interna. TENSION = F ( fuerza) S (Unidad de superficie)

TIPOS DE TENSION:

UN CUERPO PUEDE SER SOMETIDO A TENSIÓN cuando se aplica diferentes tipos de fuerza:

Compresión: Tiende acortar la longitud de un cuerpo Tracción: Tiende alargar la longitud del cuerpo

Cizalla: o Tangencial , tiende a desplazar una parte de un cuerpo hacia otra posición Rotación: Tiende a girar el cuerpo sobre su eje.

Deformacion:

Modificación de las dimensiones que experimenta un cuerpo debido a la aplicación de fuerzasexternas. Cambio en unidad de longitud ( ya sea aumento o disminución, dependiendo de ladirección de la fuerza aplicada).

TIPOS:

Elástica o no permanente: (material vuelve a su longitud original) Plástica o cambio permanente.

La tensión y la deformación no son independientes, la aplicación de una fuerza que provocatensión en un cuerpo lleva a la producción de una deformación.

Traccion.

Los ensayos de tracción) permiten comparar materiales diferentes mediante su resistencia a latracción, elongación y módulo de tracción. El ensayo de histéresis consiste en cargar lamuestra hasta determinados porcentajes de elongación y descargando a la misma velocidadhasta carga cero, permitiendo la relajación de la muestra antes de iniciar un nuevo ciclo. LaFigura muestra una curva tensión-deformación de un polímero que exhibe comportamientoinelástico. El grado de histéresis se calcula como el cociente entre el área limitada por el ciclode carga y descarga y el área del ciclo de carga referido como porcentaje. Este parámetropermite, por ejemplo, el análisis de cambios físicos microestructurales sirviendo de base parala optimización de formulaciones o condiciones de procesamiento de los mismos.

Figura : Ciclos de histéresis en un poliuretano segmentado

En algunos poliuretanos, como es el caso de poliuretanos segmentados, el área encerrada porel ciclo de histéresis representa la energía utilizada en la disrupción de sistemas de puente dehidrógeno y reordenamiento de fases (amorfas y cristalinas). Los cambios estructuralesacumulativos producen una disminución en el esfuerzo necesario para alcanzar un mismo nivelde deformación y originan una deformación permanente o residual. Estos aspectos sonrelevantes cuando se analiza el estiramiento de piezas confeccionadas a partir de estosmateriales en la etapa de desmolde o ensamble de dispositivos.

Compresion.

Este ensayo permite determinar el módulo de elasticidad, deformación en el punto deelasticidad límite, resistencia a la compresión y deformación. Estos parámetros describen elcomportamiento del material bajo carga compresiva a una velocidad de deformación baja yuniforme. Este modo de solicitación muy útil para evaluar el módulo elástico de materiales queno admiten grandes deformaciones en tracción. Materiales frágiles tales como resinasfenólicas, epoxi, vinilester o acrílicas deben ensayarse en compresión para evitar que losdefectos puedan propagar rápidamente y lograr asi una deformación importante de la probetaantes de la fractura. En la Figura 11 se ilustra la respuesta obtenida en materiales poliméricosfrágiles según la modalidad de ensayo.

Figura : Registros típicos bajo diferentes modos de solicitación

En algunos casos los polímeros se siguen deformando hasta que forman una lámina muydelgada, sin que se produzca una fractura bien definida. La máquina empleada en los ensayosde compresión es la misma que en tracción y solo cambia la forma de las mordazas. Las

probetas empleadas para este tipo de ensayos suelen ser cilindros o láminas rectangulares. Losmateriales cerámicos exhiben grandes diferencias entre las resistencias a la tensión y a lacompresión siendo estas últimas 5 a 10 veces mayores que las primeras. Por ejemplo, laalúmina Al2O3 tiene una resistencia a la compresión de 2585 MPa, resistencia a la tensión de207 MPa, y resistencia a la flexión de 345 MPa.

Flexion.

La resistencia a la flexión de un material es su capacidad para soportar fuerzas aplicadas en sueje longitudinal entre los puntos de apoyo. Los esfuerzos inducidos por una carga de fle7xiónson realmente una combinación de esfuerzos de tracción, compresión y c orte, como semuestra en la Figura . Las propiedades de flexión se calculan referidas al esfuerzo ydeformación que se producen en la superficie externa de la probeta empleada. El método másempleado consiste en una barra de sección rectangular se apoya en dos soportes y sobre lacual se aplica una carga.

Figura : Esquema de una probeta en flexión en tres puntos

El esfuerzo de flexión se refiere a la tensión máxima de la parte externa del material en la zonade aplicación de la carga. La resistencia a la flexión es el esfuerzo máximo en la cara exterior dela muestra en el momento de la rotura. La deformación máxima se refiere a la cara exterior ysiempre tiene lugar en el punto central de la probeta. El módulo de flexión es una medida de larigidez del material durante el inicio del ensayo. El valor obtenido para el módulo en ensayosde flexión coincide en muchas ocasiones con el módulo obtenido en ensayos de tracción, y laforma de calcularlo coincide. La resistencia a la flexión y el módulo se comportan inversamentea la temperatura. A temperaturas elevadas la resistencia a la flexión y el módulo se hacenmenores. La velocidad de deformación, que es función de la velocidad a la que se realiza elensayo, el espesor de la muestra y la distancia entre los soportes también pueden afectar a losresultados. La resistencia a la flexión aumenta con el espesor de la muestra, y el móduloaumenta con la velocidad del ensayo. En el modo de flexión en cuatro puntos la distribución deesfuerzos es diferente y entre los dos puntos de carga internos se establece un estado deflexión pura.

Fractura

Estos ensayos proporcionan datos de propiedades para propósito de diseño en secciones demateriales que contienen grietas o imperfecciones, tema que trata la disciplina “mecánica defractura”. El ensayo de fractura permite determinar la resistencia del material a la propagaciónde defectos. Los defectos iniciales incluyen discontinuidades en el material de caráctermicroestructural (fases), geométricas (poros) o físicas (tensiones residuales). La presencia deun defecto o fisura en el material actúa como concentrador de tensiones (Figura ). Para unadada tensión aplicada so (tensión remota), la tensión en la vecindad del defecto puede llegar aser 200 veces la tensión aplicada, según la relación: st= s o (1+ 2 (a / ?)1/2), donde a = longituddel defecto y ? = radio del defecto

Figura : Variación del esfuerzo con la dis tancia al defecto

Impacto

Se define la resistencia al impacto como la energía absorbida por el material porunidad deárea, en un ensayo a muy alta velocidad de deformación (impacto). La capacidad de absorberenergía depende no sólo del tipo y microestructura del material, sino también de su forma,tamaño, espesor, etc., por lo que los ensayos de impacto se llevan a cabo en condicionesnormalizadas. Los dos ensayos de impacto más extendidos son: impacto con péndulo (Figura16) e impacto con dardo. Conociendo la masa del péndulo y la diferencia entre la altura inicialy final se puede medir la energía absorbida por la fractura. En los últimos años se ha producidouna mejora significativa en los equipos de impacto debido a la colocación de transductores enlacabeza del instrumento de impacto (martillo o dardo) que miden la resistencia de la muestra

durante el impacto de alta velocidad. Estos sistemas son capaces de registrar fuerza-formación durante los pocos milisegundos en los que tiene lugar el proceso global de impactolo cual brinda la posibilidad de determinar en forma precisa la energía absorbida por lamuestra a partir del area debajo de la curva. En los ensayos instrumentados se trabaja encondiciones de un gran excesode energía de impacto respecto a la que será absorbida por elmaterial.

Por último, resulta conveniente observar las superficies de fractura de las probetas ya quepueden proporcionar información sobre los mecanismos de deformación, propagación dedefectos y rotura los cuales estan estrechamente ligados a la composición y microestructuradel material analizado, determinadas por los componentes seleccionados, las condiciones deprocesamiento o el acondicionamiento de las probetas. La Figura 17 muestra la diferencia en lacantidad de energía absorbida en función de la temperatura dependiendo de la estructuracristalina o la composición del material.

En la fractura de materiales poliméricos, el comportamiento será frágil a temperatura pordebajo de su temperatura de transición vítrea y dúctil por encima de ella.

Figura

Figura : Péndulo de impacto

Figura : Energía absorbida en función de la temperatura. (FCC: estructura cúbica centrada

en las caras, BCC: estructura cúbica centrada en el cuerpo.

5.2 Propiedades Superficiales de los Materiales.

Los estudios que se deben realizar a nivel de la superficie del ,material estan ligados a:

La rugosidad superficial La humectabilidad La movilidad superficial La composición química La cristalinidad La heterogeneidad frente a una reacción biológica

Para la evolución de estos aspectos existen técnicas de medición apropiadas como:

Medida de la tensión superficial a través del ángulo de contacto.

Análisis químico por espectroscopia electronica (ESCA)y espectrometrías de masas por ionessecundarios(SIMS).

Imagen de superficies por microscopia electrónica de barrido.

Identificación de compuestos químicos y orientación estructural por espectroscopia deinfrarrojo

También se vienen desarrollando técnicas de caracterización morfológica de adherenciamolecular mediante la microscopia de barrido por efecto túnel y la microscopia de fuerzaatómica.

5.3 Propiedades Termicas.

Medida de propiedades térmicas de materiales: capacidad calorífica, cinéticas de curado,transiciones de fase, etc.

5.4 Propiedades Electricas

Medida de propiedades eléctricas de materiales: permitividad dieléctrica.

Galvanismo.

• También llamado Efecto Galvánico es un fenómeno que ocurre a la diferencia depotencial eléctrico entre obturaciones hechas con metales distintos en dientesadyacentes u opuestos.

• Una célula eléctrica se forma por la combinación de esas obturaciones con la saliva olíquidos óseos, que actúan como electrolitos.

• Cuando las dos obturaciones se ponen en contacto, la célula eléctrica entra encortocircuito y la corriente fluye debido a la diferencia de potencial.

• Si el flujo atraviesa al tejido pulpar el paciente puede experimentar una sensacióndolorosa. La percepción y la intensidad dependerá de la sensibilidad del paciente.

Resisteividad.

Mide la resistencia presentada por un material para conducir corriente eléctrica.

Propiedad muy importante en los materiales dentales, sobre e todo en bases cavitarias,deberían ser dieléctricos (Que es poco conductor y a través del cual se ejerce la induccióneléctrica.) para que no haya percepción dolorosa.

Los cementos de Eugenato ofrecen mayor resistencia. Los ionómeros son parecidos a ladentina por lo tanto son los mejores conductores entre todos los cementos.

Las obturaciones metálica son las que ofrecen la resistividad mas baja.

5.5 Propiedades Magneticas

En otra área de investigación se estudian las propiedades magnéticas de las diferentescerámicas como los superimanes, o los imanes extraordinariamente resistentes, puesúltimamente han demostrado tener mucho más potencia que los imanes de materialesferrosos.

Estructura de los Materiales Sólidos.

Mucho ya se ha hablado de sobre la clase y tipos de los Biomateriales. Haciendo memoria,pues sabemos que estos comprenden sustancias farmacológicamente inertes diseñadas paraser implantada o incorporada dentro del sistema vivo.

Esta conclusión nos lleva a pensar que hay elementos de la naturaleza que podemosreemplazarla dentro de los organismos vivos, y que de cierta manera presentan un rango deempatía (Biocompatibilidad), entre ambos materiales, aun siendo distintos uno del otro.

Esto se debe a que, molecularmente hablando estos presentan formas similares compatiblesque permiten que puedan enlazarse y formar cadenas o mallas que permitan cubrir los vaciosque se hayan formado, o que simplemente puedan reemplazar a los órganos faltantes. Paraesto, se ha hecho un estudio de cuales son los materiales más idóneos para realizar dichalabor.

Un primer paso y fundamental del estudio de los sólidos, sería dar una breve clasificación deestos, pudiéndolos establecer de esta manera:

Sólidos Cristalinos: Que presentan una distribución tridimensional regular de las partículas.Como es el caso de los Metales.

Sólidos Amorfos: Que carecen de una distribución regular de sus partículas. Como es el casode los Polímeros, el Vidrio o el Hule.

Sólidos Cristalinos.

Dentro del Universo de los materiales, los sólidos cristalinos ocupan un lugar preponderantedentro del amplio espectro de los materiales que podemos utilizar dentro de lo que es elaspecto de los Biomateriales. Ante ello, es necesario que por parte de los que en algúnmomento emplearan estos materiales para fines biomédicos (Ingenieros), conozcan y tenganuna comprensión de la estructura de estos materiales (y específicamente de los Metales),mediante el cual uno pueda explicar las cualidades y propiedades, comportamiento yaplicaciones específicas que presenta estos materiales.

Para tal efecto daremos un primer enfoque teórico de cómo es su estructura interna moleculary los diferentes comportamientos que adopta la forma general de acuerdo a estasdisposiciones.

Arreglos Atómicos.

Los metales, como todos los elementos, están formados por átomos. Por cuestiones didácticaspodemos considerar (además de ser valedera dicha consideración) a los átomos como esferasrígidas, y que su radio (Radio Atómico), depende del tipo de material que conforma enconjunto. La unidad de medida de estos es el Angstrong (A), y que 1 Angstrong equivale a 10-8

cm.

Fig. 1 Radios Atómicos (En Angstroms) de Algunos elementos de interés.

Los materiales cuando se encuentran en estado líquido, presentan sus átomos en movimiento,no guardan una posición fija, formando o adoptando el recipiente que las contiene.

Al ser enfriadas estos materiales se solidifican y los átomos cesan su movimiento pudiendotomar 2 caminos distintos:

En el primero de ellos Pueden adquirir un ordenamiento definido tridimensional, en ese casose dice que Forman una Estructura Cristalina.

Otros elementos al solidificar no presentan estructuras ordenadas, su estructura esdesordenada y se les denomina Elementos con Estructura Amorfa.

En los Sólidos Cristalinos, las esferas de los átomos se agrupan en el espacio mediante arreglosregulares, ordenados y periódicos, formando estructuras tridimensionales.

Estas estructuras pueden tomar 14 posibilidades que son representadas por las “Redes deBravais”.

triclínico

monoclínico

ortorómbico

tetragonal

romboédrico

hexagonal

cúbico

Fig.2 Redes de Bravais.

Pero en el caso de los metales, estos elementos pueden adoptar solo 3 de estos modelostridimensionales:

La Estructura Cubica Centrada en el Cuerpo (BCC)

Se caracteriza por presentar en el centro geométrico de la

Celda Simple, un átomo

La Estructura Cubica Centrada en las Caras(FCC)

Se caracteriza por contener en su estructura, aparte de la

Estructura básica de una celda, a los átomos centrados

En las caras que forman estas.

La Estructura Hexagonal Compacta(HCP)

Se caracteriza por ser de bases hexagonales paralelas,

y que en las caras que las separan se encuentran

Intercaladas átomos.

Ventajas.

Estas estructuras presentan la característica común de ser muy compactas, es decir, permitenaprovechar eficientemente el espacio dejando pocos huecos. Por Ejemplo, en las estructurasFCC y HCP, el 74% esta ocupado por átomos, y el 26% restante se encuentra vacio. Mientrasque en la estructura BCC, esta eficiencia tiene un valor de 68%, siendo el 28% restante espaciovacio.

A manera de ejemplo de estos materiales tenemos que los materiales más dúctiles son deestructura FCC, como oro, plata, cobre, aluminio y níquel entre otros. El hierro y el tungsteno abajas temperaturas poseen una estructura BCC, mientras que el zinc y el titanio son 2 de losmejores representantes de la estructura HCP.

Desventajas.

Aunque en las graficas de las redes de Bravais se muestra el ordenamiento que deben tener losátomos, pues en la realidad estos no se disponen de esta manera, al menos no en el 100%, yaque presenta siempre algunos errores en su orden final. Por ejemplo, el lugar en dondedebería estar ocupado por un átomo se encuentra vacio. A este defecto se denominaVacancia. En el caso de los metales que presentan elementos aleantes, un lugar quenormalmente esta ocupado por un átomo del metal huésped, puede ser ocupada por otroelemento de similar radio atómico. A este defecto se le conoce como Impureza Sustitucional.Cuando los átomos de impureza son considerablemente mas pequeños que los átomos delmetal huésped, estos pueden alojarse en los huecos o intersticios de la red cristalina, a estedefecto se le llama Átomo de Impureza Intersticial.

Fig.3 Defectos de los Arreglos Atómicos Cristalinos.

a) Vacancia. b) Auto intersticial. c) Sustitucional. d) Intersticial.

Metales.

En el campo de los Sólidos Cristalinos, los materiales metálicos (y sus aleaciones) constituyenel más importante ejemplo de esta configuración y que es uno de los más usados para estosfines.

Los principales usos en los cuales se les da aplicación son los implantes para uso ortopédicovinculados a reducción abierta de una fractura y fijación interna, colocación o movimiento deun dispositivo de fijación interna sin reducción de fractura, artroplastia de rodilla o tobillo yreemplazo total de cadera o artroplastia de cadera

Entre las más destacados tipos de aleaciones metálicas se encuentran:

Los Aceros Inoxidables.

Es un acero resistente a la corrosión, gracias a su aleación con el cromo que crea una capapasivadora que permite evitar la corrosión del hierro. En la practica el mas común de estematerial es el 316 (ASTM F138, F139) grado 2 que tiene menos de 0.030% de carbono a fin dereducir la posibilidad de corrosión in vivo., la designación L denota su bajo contenido decarbón, también contiene hierro (60-65%) aleado con cromo (17-19% y níquel (12-14%) concantidades menores de manganeso, nitrógeno, molibdeno, fósforo, silicio, y sulfuro.

La función clave del cromo es permitir el desarrollo de un acero resistente a la corrosión por laformación de un oxido de superficie fuertemente adherente (Cr203). Sin embargo, por otrolado el cromo tiende a estabilizar la fase ferrifica (BCC) del hierro que es mas débil que su faseausenítica (FCC). El molibdeno y el silicio son también estabilizadores de ferrita. Paracontrarrestar esta tendencia a la formación de ferrita, se agrega níquel para estabilizar la faseaustenítica.

La razón más importante para el bajo contenido de carbón se relaciona con la corrosión. Si elcontenido de carbón del acero excede significativamente 0.03%, hay un incremento en elpeligro de formación de carburos tales como Cr23C6, Este tiende a precipitar en los bordes degrano cuando la concentración de carbono y la historia térmica ha sido favorable a la cinéticadel crecimiento del carburo.

Esta precipitación del carburo debilita el contenido de Cromo en los granos adyacentes lo cualtiene efecto de disminución de la formación de óxido de cromo protector Cr203. Los aceros enlos cuales tales carburos se van formado son los llamados "sensibilizados" y están destinados afallar por fractura asistida por corrosión.

Bajo las especificaciones ASTM, la formadeseable de 316L es austenita en fase simple(FCC). Estos no deben tener fases ferrificaslibres (BCC) o carburos en la micro estructura.Además el acero debe estar libre de inclusionestales como sulfuros laminados, dado que lacorrosión se origina en las interfaces metal -inclusión. El tamaño del grano recomendadopara 316L es ASTM # 6 fino.

El tamaño del grano ASTM numero n se define por la formula:

N = 2n-1 (1)

Donde N es el numero de granos contados en 1 pulg2 a 100 X de magnificación (0.0645 mm2

área actual), n=6 promedio de tamaño de un grano de cerca de 100 mm o menos. El énfasissobre el tamaño de un grano fino se explica por la relación Hall-Petch-tipo' entre el esfuerzo defluencia y el diámetro del grano:

ty = tf + kd-m, (2)

Donde I, y t; son el esfuerzo de fluencia y el de fricción, respectivamente; d es el diámetro delgrano, k es la constante asociada con la propagación de deformación a través de los bordes degrano; y m es aproximadamente 0.5. De esta ecuación se deduce que un alto valor de tensiónde fluencia puede lograrse por un metal con un menor diámetro de grano d, siendo todas lasotras factores iguales. Una clave determinante del tamaño del grano es la historia defabricación. incluyendo detalles sobre condiciones de solidificación, trabajado en frío, ciclos derecocido y recristalización.

Otra característica microestructural notable de 316L es la deformación plástica dentro de losgranos. El metal es ordinariamente utilizado en un estado al 30% trabajado en frío porque elmetal en este estado incrementa marcadamente su tensión de fluencia, tensión final yresistencia de fatiga respecto a su estado recocido. La desventaja es una ductilidad reducida,pero ordinariamente esta no es una preocupación principal en productos de implante.

Aleaciones basadas en Cobalto.

Incluyen Haynes - Stellita 21 y 25 (ASTM F75 y F90, respectivamente),

Aleación forjada Co-Cr-Mo (ASTM F799)

Aleaciones multifase (MP) como el MP35N (ASTM P562).

Las aleaciones F75 y F799 son virtualmente idénticas encomposición conteniendo cada una 58-69% Co y 26-30% Cr. y ladiferencia clave es su historia de procesamiento. Las otras dosaleaciones, F90 y F562, tienen ligeramente menos Co y Cr, peromas Ni en el caso de F562, y mas tungsteno en el caso de F90.

ASTM F75: el atributo principal de esta aleación es la resistencia a la corrosión en ambientesde cloruro, la cual esta relacionada a su composición masiva y la superficie del óxido(nominalmente Cr203). Esta aleación tiene una larga historia en las industrias de implantesaeroespacial y biomédica. Para el moldeo de F75 la aleación es fundida a 1350- 1450° C ycolada en moldes cerámicos de la forma deseada (ejemplo. tronco femoral para caderasartificiales, implantes orales. puentes dentales parciales). Los moldes son hechos en patrón decera con dimensiones aproximadas a las finales y luego es colado allí con un cerámico especial,después de lo cual la cera es quemada. El metal moldeado es colado en el molde. Una vez quael metal ha solidificado en la forma del molde. el molde cerámico se quiebra y continúa elproceso hasta obtener el dispositivo final.

Dependiendo de los detalles del tipo exacto, este proceso puede producir por lo menos trescaracterísticas micro estructurales quo pueden influir enormemente en las propiedades delimplante.

Primero, la aleación de tipo F75 consiste típicamente de una matriz rica en Co (fasealfa) mas carburos interdendríticos y carburos en el limite de grano(fundamentalmente M22C6, donde M representa Co, Cr. o Mo). Allí también puedehaber fase gamma en base Co e ínter metálico sigma interdendrítico rico en Co y Mo.En total, las cantidades relativas de las fase alfa y carburo deben ser aproximadamente

Aleación especial rígida de CoCrMo.

85% y 15%, respectivamente, pero siguiendo un enfriamiento de no-equilibrio, unamicro estructura nucleada puede desarrollarse. En estas condiciones las regionesinterdendríticas se hacen ricas en soluto (Cr. Mo, C) y contienen carburos, mientrasque las dendritas se vuelven agotadas en Cr y enriquecidas en Co. Esta es una situaciónelectroquímica desfavorable, con las regiones agotadas en Cr que se convierten enanódicas con respecto al resto de la microestructura. (Esto es además una situacióndesfavorable si una cobertura porosa se aplica subsecuentemente por sinterizado) Lostratamientos posteriores de recocido de solubilizarían a 1225°C por 1 hora puedenayudar a aliviar esta situación.

Segundo, la solidificación durante el proceso de colado no solo resulta en la formacióndendrítica, sino además con un grano de tamaño relativamente grande. Estogeneralmente no es deseable a causa que esto reduce la tensión de fluencia deacuerdo a la relación Hall-Fetch.

Tercero. Los defectos de la colada pueden aparecer, por ejemplo la presencia de unainclusión procedente del molde cerámico que queda atrapada mientras que el metalesta solidificando. Esto contribuirá a la fractura de fatiga del implante in vivo,mayormente a causa de las concentraciones de tensión del y las grietas de fatigaasociada al lugar de la inclusión de cerámica. Por razones similares, es deseableeliminar el incremento de la macro y microporosidad a partir de la contracción delmetal durante la solidificación de las coladas.

Para eliminar estos problemas con la clase F75, se han utilizado la metalurgia de polvos paramejorar las propiedades microestructurales y mecánicas de la aleación, por ejemplo, lacompresión isostática en caliente. En este proceso, el polvo de la aleación F75 se compacta ysinteriza bajo condiciones de temperatura y presión apropiada (cerca de 100 MPa a 1100° Cpor 1 hora) y luego forjado a su forma final. La microestructura típica corresponde a untamaño de grano mucha más pequeña que el material elegido y por consiguiente mayortensión de fluencia de acuerdo a la relación Hall-Petch.

En los dispositivos prostéticos de subvierta porosa basados en la aleación F75, lamicroestructura dependerá de la manufactura inicial de los granules del sustrato metálico, y elproceso de sinterizado utilizado para unir los granules al sustrato masivo subyacente. Conaleaciones Co-CrMo, por ejemplo. El sinterizado puede ser difícil, requiriendo de temperaturascercanas al punto de fusión (1225°C). Desafortunadamente, estas altas temperaturas puedenreducir la resistencia a la fatiga del sustrato de aleación' como el F75 tratado por solución en elcolado tiene una resistencia de fatiga de cerca de 200-250 MPa, pero esta se reduce a cerca de150 MPa luego del tratamiento con cubierta porosa. La razón para esto probablemente serelaciona con los cambios de fase posteriores del no equilibrio de la microestructura nucleadaen la aleación original F75. Sin embargo, un tratamiento de sinterización modificado puederetornar la resistencia de fatiga a cerca de 200 MPa., Debido a estas dificultades metalúrgicas,los dispositivos de cubierta porosa tienen menor rendimiento en la resistencia a la fatiga comoresultado de las concentraciones de tensión en las partículas que están unidas con elsubstrato.

ASTM F799: este es físicamente una aleación F79 modificada que ha sido procesadamecánicamente por forja al calor (cerca de 800°C) luego dela colada. Algunas veces se le conoce como aleacióntermomecánica Co-Cr-Mo y tiene una composiciónligeramente diferente del ASTM F75.

La microestructura revela una estructura granular mastrabajada que la clase F75 y una fase hexagonal compacta(HCP) que se forma vía transformación inducida porcizallamiento de la matriz FCC a las plaquetas HCP; esto noes diferente de lo que ocurre en MP35N (ver ASTM F552). Ellimite de fatiga, de fluencia y tensión máxima de estaaleación son aproximadamente dos veces mas que aquellas

de la clase F75 (Tabla 2).

ASTM F90: Esta aleación además conocida como EstellitaHaynes 25 (HS-25), es una aleación Co-Cr-Mo. Se agregaTungsteno y Niquel para lograr maquinabilidad y suspropiedades de fabricación.

En el estado recocido, sus propiedades mecánicas seaproximan a las de F75, pero cuando es trabajado al frío a44%. las propiedades son más que el doble.

ASTM F562: Conocida como MP35N. Esta aleación esprimariamente Co (29-38.8%) y Ni(33-37%), con cantidadessignificativas de Cr y Mo. El "MP" en el nombre se refiere a lasfases múltiples en su microestructura. La aleación puedeprocesarse por tratamientos térmicos y trabajo en frío paraproducir una microestructura controlada y una aleación dealta resistencia como so explica a continuación.

Para empezar, el cobalto sólido puro es FCC (bajo condiciones de equilibrio) sobre los419°C y HCP antes de los 419°C. Sin embargo, la transformación al estado sólido de FCC aHCP es lenta y ocurre por una reacción inducida por corte de tipo martensitico en la cual lafase HCP forma con un piano basal (0001) paralelo al piano compacto (111) en FCC. Lafacilidad de esta transformación es afectada por la estabilidad de la fase FCC, la cual a suvez es afectada tanto por la deformación plástica y las adiciones de aleación.

Aleación de CoCrMo paraesqueléticos

Cuando el cobalto es aleado para hacer MP35N, el procesamiento incluye 50% de trabajoen frío, el cual incrementa la fuerza motriz de las transformaciones del FCC retenido a lafase HCP. El HCP emerge como placas finas dentro de los granos FCC. Debido a que losgranos FCC son pequeños (0,01-0,1 um.) y las placas HCP impiden el movimiento de ladislocación, la estructura resultante es significativamente mas fuerte. Ello puede serreforzada posteriormente por un tratamiento de envejecimiento a 430-650°C. queproduce precipitados Co3Mo sobre la plaquetas HCP. De aquí que ahora, la aleación esmultifásica y su resistencia deriva de la combinación de una fase matricial trabajada al frío,reforzamiento por solución sólida, y endurecimiento por precipitación. La propiedadesmecánicas resultantes hacen a la familia de aleaciones MP35N una de las mas resistentesdisponibles para aplicaciones en implantes.

Aleaciones a base de Titanio

El Titanio CP (ASTM F67) y la aleación TJ-6AI-4V de muy bajosintersticiales (ELI) (ASTM F136) son dos de los biomateriales paraimplantes mas comunes basados en titanio.

El Ti F67 CP es 98.9-99.6% titanio. El contenido de oxigeno de Ti CPafecta su resistencia a la fluencia y a la fatiga significativamente. Porejemplo a 0.18% de oxigeno (grado 1). La tensión de fluencia escerca de 170 MPa. Mientras que a 0.40%

(grado 4), la tensión de fluencia se incrementa en cerca de 485 MPa.

De modo similar, a 0.085 peso % de oxigeno (ligeramente maspuro que el grado 1) el limite de fatiga (107 ciclos) es cerca de88.2 MPa, mientras a 0.27 peso % de oxigeno (ligeramente maspuro que el grado 2) el limite de fatiga (107 ciclos) es cerca de 216MPa.

En la aleación Ti-6AI-4V LI. el diagrama de fase individual Ti-AI yTi-V sugiere los efectos de los aleantes en su composiciónternaria. El Al es un estabilizador de fase alfa (HCP) mientras queV es un estabilizador fase beta (BCC). La aleación 6AI-4V

utilizada para implantes es una aleación alfa-beta, cuyas propiedades varían con lostratamientos previos.

Como en las aleaciones de base Co. los aspectos microestructurales para el sistema Ti necesitaser considerados cuando se evalúa la relación estructura-propiedad de los implantes consuperficies porosas o recubiertos con plasma. Es decir hay un problema técnico en adherirexitosamente algunos tipos de cubiertas sobre el substrato metálico en tanto que semantengan las propiedades adecuadas del sustrato y el recubrimiento. Por ejemplo,optimizando las propiedades de fatiga de tos implantes Ti-6AI-4V de cubierta porosa apareceun problema disciplinario que involucra no solo la metalurgia sino también las propiedades desuperficie y mecánica de fractura.

titanio en lingotes en forma decilindros para fundir diversos

tamaños que se pueden empleardirectamente en las máquinas

Colados de estructuras esqueléticaso superestructuras finas de

implantes.

Sólidos Amorfos.

Los sólidos amorfos se constituyen desde una forma diferente de enfriamiento desde el estadolíquido que presentan los materiales. Mientras que en los materiales cristalinos, los átomosadoptan arreglos ordenados y repetitivos formando estructuras tridimensionales periódicas,como es el caso de los metales y de sus aleaciones, en los sólidos amorfos no existeordenamiento tridimensional, como es el caso de los vidrios y algunos plásticos.

Desde el punto de vista estructural, los sólidos amorfos se clasifican según si están por RedesTridimensionales no Periódicas (Vidrios), Moléculas individuales de cadena larga (Polímerosnaturales y algunos plásticos), u ordenaciones intermedias entre estos 2 casos anteriores(cristales líquidos).

En general, la estructura amorfa carece de ordenamiento de largo alcance, es decir que nosuperan el tamaño de las moléculas o de algunas unidades repetitivas.

Fig.4 Comparación Ordenamiento Atómico.

a) Sólidos Cristalinos. b) Sólidos Amorfos

Los Polímeros.

Son compuestos moleculares de cadena larga. Su composición fundamental esta basado en C,H y O principalmente y en algunas ocasiones pueden presentar algunos otros elementos. En lamayoría de los casos, el Carbono forma la columna vertebral de la cadena.

Los polímeros son el resultado de la unión de moléculas simples llamadas Monómerosmediante una reacción química denominada Polimerización. Esta reacción puede llevarse acabo de manera natural mediante reacciones bioquímicas en el interior de células, generandoasí Polímeros naturales como las Proteínas y el Hule natural, o de manera artificial obteniendomateriales plásticos.

Fig. 7 El poliestireno es un polímero formado a partir de la unidad repetitiva estireno

La gran variedad de polímeros incluye materiales naturales como la celulosa, almidones, fibrasnaturales y acido desoxirribonucleico (DNA) entre otros.

Los principales polímeros empleados en aplicaciones médicas y farmacológicas son: (el númeroque sigue a cada uno de ellos representa la participación porcentual de este en el total de lospolímeros que se usan como biomateriales) :

El polietileno de baja densidad LDPE (acrónimo de Low Density Poly Ethylene) 22%,

El poli cloruró de vinilo (PVC) 20%,

El poli estireno (PS) 20%,

El polietileno de alta densidad HDPE, (acrónimo de High Density Poly Ethylene) en laque 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%.

Propiedades de los Polímeros.

Dado que los polímeros son moléculas de cadena larga, sus propiedades tienden a ser máscomplejas que las contrapartes de cadena corta.

En los polímeros es importante tener en cuenta propiedades como el peso molecular y ladistribución de este en su forma masiva ya que ello incluye en propiedades físicas como laviscosidad que a su vez determina las características de su procesabilidad o manufactura.

En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se denominahomopolímero y si proviene de varios monómeros se llama copolímero o heteropolímero. Porejemplo, el poliestireno es un homopolímero pues proviene de un único tipo de monómero, elestireno, mientras que si se parte de estireno y acrilonitrilo se puede obtener un copolímerode estos dos monómeros.

En los heteropolímeros los monómeros pueden distribuirse de diferentes maneras,particularmente para polímeros naturales, los monómeros pueden repetirse de formaaleatoria, informativa (como en los polipéptidos de las proteínas o los ácidos nucleicos) operiódica, como en el peptidoglucano.

Copolímero se le llama convencionalmente a un polímero sintético, los monómeros queconforman su cadena, son 2 o más, estos se ubican en la cadena principal alternándose segúnel diseño en: copolímero alternante, Copolímero en bloque Copolímero aleatorio, Copolímerode injerto. Para lograr este diseño, la reacción de polímerización y los catalizadores deben serlos adecuados.

a) Homopolímero b) Copolímero alternantec) Copolímero bloque d) Copolímero aleatorioe) Copolímero de injerto

Homopolímeros.

Los homopolímeros de importancia médica se describen a continuación:

Polimetil metacrilato (PMMA).

Es un polímero hidrofóbico, de cadena lineal que es cristalizado a temperatura ambiente ypuede reconocerse más fácilmente por los nombres registrados como Lucita o Plexiglás. Estetiene una muy buena transmisión de luz brusquedad, y estabilidad, haciendo de este un buenmaterial para lentes intraoculares y lentes de contacto duros.

Los lentes de contacto suaves están hechos de la misma familia de polímetros, con la adiciónde un grupo -CH20H a la cadena del grupo metacrilato, resultando en 2-hidroxietil metacrilato(HEMA). El grupo methilol adicional causa que el polímero sea hidrofílico. Para lentes de

contacto suaves, el poli (HEMA) es ligeramente entrecruzado con el dimetilacrilato de etilenglicol (EDM) para prevenir la disolución del polímero cuando es hidratado. El polímerocompletamente hidratado es un hidrogel expandido.

El polietileno (PE).

Se utiliza en su forma de alta densidad en aplicaciones biomédicas ya que el material de bajadensidad no puede resistir las temperaturas de esterilización. Es utilizado en entubamientospara drenes y catéteres. y en la forma de muy alto peso molecular como componenteacetabular en caderas artificiales. El material tiene buen endurecimiento. resistencia a grasas yaceites. y relativamente bajo costo.

El polipropileno (PP).

Se encuentra estrechamente relacionado al PE y tiene ligera rigidez, buena resistenciaquímica. y buena resistencia a la tracción. Su resistencia al resquebrajamiento es superior queel de PE. y es utilizado para varias de las mismas aplicaciones que PE.

El poli(tetrafluoroetileno) (PTFE).

Conocido como Teflón, tiene la misma estructura de PE. excepto que el hidrógeno en PC esreemplazado por fluorina. PTFE es un polímero muy estable. química y térmicamente, y comoresultado es muy difícil de procesar. Es muy hidrofóbico y tiene excelente lubricación. Enforma microporosa (Gore-Tex). e utilizado en injertos vasculares.

El poli(vinilcloruro) (PVC).

Es utilizado principalmente en entubamiento en aplicaciones biomédicas. El uso enentubamiento típico incluye transfusiones sanguíneas. alimentación, y diálisis. PVC puro es unmaterial duro y quebradizo. pero con la adición de plastificantes, puede hacerse flexible ysuave. PVC puede plantear en aplicaciones de larga duración a causa de que los plastificantespueden ser extraídos por el cuerpo. A pesar que los plastificantes tengan baja toxicidad. superdida hace al PVC menos flexible.

Poli(dimetil siloxano) (PDMS).

Es un polímero extremadamente versátil. En único en el hecho que posee un enlace Si-0 en lacadena principal en lugar de una cadena principal de carbono. Sus propiedades son menossensitivas a la temperatura que otros cauchos por su bajo Tg. El PDMS es utilizado en catéteresy tubos de drenaje, en aislamiento gulas de marcapasos y como componentes en algunossistemas de implantes vasculares. Es utilizado en oxigenadores de membranas por su granpermeabilidad al oxigeno. Por u excelente flexibilidad y estabilidad, es utilizado además en unavariedad de prótesis tales como articulaciones de dedos, vasos sanguíneos. válvulas cardiacas,implantes de pecho. audífonos, e implantes de nariz y mentón.

El nylon.

De la familia de poliamidas producido por DU PONT. son formados por la reacción de diaminascon ácidos dibásicos o por la polimerización en anillo abierto de lactamas y se utilizan ensuturas quirúrgicas.

Copolimeros o Heteropolimeros.

El Poli(glicolido láctido) (PGL) es un copolímero utilizado en las suturas quirúrgicasreabsorbibles.

La polimerización del PGL ocurre vía una reacción de apertura del anillo de glicolido y unláctido, como se ilustra en la figura adjunta.

La presencia de enlaces éster en la médula del polímero produce una degradación hidrolíticagradual (resorción). En contraste a los materiales para sutura resorbibles poli(acido glicólico) ocatgut, un homopolímero, el polímero PGL retiene mas de su resistencia en los primeros 14días después del implante.

Un copolímero de tetrafluoroetileno y hexafluoropropileno (FEP) es utilizado en variasaplicaciones similares a aquellas de PTFE. El FEP tiene un punto de fisión cristalino cercano al265°C comparado con 327 0C para PTFE. Esto mejora la procesabilidad de FEP comparado conPTFE mientras mantiene su excelente inercia química y baja fricción característica de PTFE.

Los poliuretanos son copolímeros de bloque que contiene bloques "duros" y "blandos". Losbloques duros. tienen Tgs sobre la temperatura ambiente y actúan como bloques de refuerzosemicristalinos o vítreos y están compuestos de disocianato y una cadena de extensor. Losdisocianatos mas comúnmente utilizados son el 2-4-tolueno disocianato (TDI) y metilenodi(4-fenil isocianato)(MDI), con MDI utilizado en la mayoría de biomateriales. Los extensoresde la cadena son usualmente más cortos que los glicoles alifáticos o que los materiales diaminacon 2-6 átomos de carbono. Los bloques "suaves" en poliuretanos son típicamente polioles depolieter o poliéster cuyas Tgs son mucho menores que la temperatura ambiente, haciendo quelos materiales tengan un carácter cauchoso. Los polioles de poliéster son mas comúnmenteutilizados para dispositivos de implantes porque ellos son estables a la hidrólisis. Los pesosmoleculares de los polioles tienden a estar sobre el orden de 1000 a 2000.

Los poliuretanos son elastómeros tenaces con buena propiedades de fatiga y para elalmacenamiento de sangre. Ellos se utilizan en aislamientos para gulas de marcapasos. injertosvasculares bombas esféricas asistentes del corazón y sopladores artificiales para el corazón.

Hidrogeles.

Los hidrogeles son estructuras poliméricas de enlace cruzado expandibles en agua producidaspor la simple reacción de uno o mas monómeros o por asociación de enlaces tales como unenlace de hidrógeno y fuertes interacciones de van Der Walls entre las cadenas. Los hidrogeleshan recibido significativa atención, especialmente en los pasados 30 anos, por su granpotencialidad en las aplicaciones biomédicas.

Los hidrogeles pueden clasificarse en varias formas, dependiendo de su método depreparación, carga iónica, o características de la estructura física,

Clasificacion de los hidrogeles:

Basados en sus cargas iónicas:

1. Hidrogeles neutrales2. Hidrogeles aniónicos3. Hidrogeles catiónicos4. Hidrogeles anfolíticos

Basados en las características de la estructura física:

1. Hidrogeles amorfos:

Hidrogeles amorfos, las cadenas macromoleculares están acomodadas aleatoriamente,

2. Hidrogeles semicristalinos:

Se caracterizan por las regiones densas de cadenas macromoleculares ordenadas (cristalitas).

3. Estructuras con enlace de hidrógeno:Frecuentemente, los enlaces de hidrógeno pueden ser responsables de la estructuratridimensional formada.

Aplicaiones Modernas De Los Hidrogeles

Partículas De Hidrogel Sientan Las Bases Para Nuevos Diagnósticos

El método desarrollado por Daniel Pregibon y Patrick Doyle, basado en diminutas partículasadaptables a cada caso, también podría usarse para la vigilancia de enfermedades, eldescubrimiento de sustancias útiles como medicamentos, o la obtención de perfiles genéticos.Aunque las partículas son más delgadas que el grosor de un cabello humano, cada una poseeuna especie de código de barras para identificación, y una o más regiones de la sonda sevuelven fluorescentes cuando detectan blancos específicos en una muestra sometida alanálisis.

Empleando una nueva técnica sumamente versátil, los investigadores pueden producir unaserie casi ilimitada de partículas para buscar ADN, ARN, proteínas y otras biomoléculas, en lasmuestras a analizar.

Las partículas del MIT ofrecen una nueva manera de buscar blancos múltiples en una solamuestra. En el laboratorio, una técnica común (pero cara) capaz de hacer esto implica usar unmicropanel plano con muchas sondas puntuales destinada cada una a detectar un blancodeterminado. Los investigadores del MIT usan un planteamiento parecido, pero en vez de fijarlos sensores sobre una superficie, los dejan flotar libremente en el medio.

Con las diminutas partículas es mucho más fácil diseñar cada análisis biológico específico. Porejemplo, es posible usar cien tipos distintos de partículas, y mezclarlas entre sí.

El método de fabricación de las partículas que handesarrollado los investigadores les permite uncontrol esmerado de la forma y las característicasquímicas de las partículas.

Cuando una mezcla de partículas es agregada a unamuestra que debe ser analizada, las moléculasobjetivo (ADN, proteínas, etc.) se pegarán a laregión de las partículas que contiene la sondacorrespondiente. Esta interacción puede detectarsepor la fluorescencia, más luminosa cuando estápresente mayor cantidad de la sustancia objetivo.

Para "leer" con rapidez las partículas, losinvestigadores diseñaron una especie de citómetrode flujo valiéndose de un dispositivo microfluídico yun microscopio estándar. En este sistema de flujocontinuo, la forma oblonga y parecida a la dediscos, que poseen las partículas, asegura quequeden alineadas con precisión para así lograr suexamen con la debida exactitud. Cada vez que unapartícula fluye frente a un detector, se lee su código de barras y se obtiene la informaciónsobre el objetivo correspondiente.

Las micropartículas son baratas porque pueden producirse eficientemente en un solo paso. Sudiseño también hace que los dispositivos para su examen sean más baratos. Con múltiplesregiones diferentes, es posible leer los códigos de barras y la información sobre los blancosempleando fluorescencia de un solo color, lo que simplifica mucho la detección.

También colaboró en este estudio Mehmet Toner, de la Academia Médica de Harvard.

Composites.

Materiales cuya estructura consiste de dos o mas fases donde una de ellas es la matriz y otra elreforzante con propiedades mejores que las de sus constituyentes individualmente. Losmateriales reforzantes que han sido usados en compositos con aplicaciones biomédicas son lafibra de carbón, fibras poliméricas. cerámicas y vidrios y de acuerdo a la aplicación losreforzantes pueden ser inertes o absorbibles.

Los huesos y los dientes de todos los vertebrados son materiales compuestos, compositesnaturales, donde uno de los componentes es un sólido inorgánico, hidroxiapatita carbonatada.Aporta el 65% de la masa total del hueso siendo el resto materia orgánica y agua. La mayorparte de la materia orgánica está constituída por colágeno. Sus moléculas se asocian formandofibrillas y estas a su vez se organizan en fibras que dan origen a diversas estructurasmacroscópicas. Entre las moléculas quedan, de forma regular, pequeños compartimentos o

Partículas para detectar biomoléculas deADN. (Foto: Daniel Pregibon)

espacios vacíos donde se depositan los nanocristales de la apatita, en un proceso debiomineralización controlado en el que intervienen más de doscientas proteínas ácidasdiferentes. Estas proteínas actúan como inhibidores, nucleadores ó como plantillas para elcrecimiento epitaxial de los nanocristales, anclándolos al colágeno

La fibra de carbón obtenida a partir del poliacrilonitrilo PAN, se ha usado como reforzante deresinas poliméricas para uso dental, reforzando el politetrafluoroelifeno PTFE. enrecubrimiento superficial de implantes ortopédicos, así como reforzante del Polietileno deultraalto peso molecular UHMW-PE, en accesorios de fijación de fracturas, reparación detendones y ligamentos.

Otro sistema de interés han sido los compositos de Poliácido láctico o poliácido glicólicoreforzados con UHMW-PE para accesorios de implantes ortopédicos y en suturas absorbibles.

Los reforzantes de tipo cerámico investigados son del tipo particulado que incluyen a losfosfatos de calcio. como la hidroxiapatita en sus diversas relaciones P/Ca que dan lugar avariadas composiciones para aplicaciones dentales y ortopédicas. Es destacable mencionar elcomposito hecho de un material absorbible reforzado con estructura vítrea de fosfato decalcio absorbible de potenciales aplicaciones como biomaterial.

Composites Biomedicamente Clasificados:

De acuerdo a su matriz:

a) Absorbibles: Son el Poliácido glicólico, PGA, poliácido láctico, PLA, y sus ,polidioxanona, policaprolactona. polihidroxibutirato, entre otros quese evalúan para fijación de fractura debido a que son biodegradables ysus productos de fácil eliminación. Un desarrollo importante han sidolos compositos de PLA reforzados con fibras de vidrio de fosfatocálcico.

b) No Absorbibles: Son aquellos que desarrollan escasa biocompatibilidad pero que en unse evaluó como las placas de epoxy reforzado con fibra de carbón parareducir la tensión que se produce como consecuencia de la proteccióncontra la osteoporosis. Otra aplicación de este tipo de composito es lapolisulfona reforzado con fibra de carbón para el vástago de prótesisde cabeza de fémur como se observa en el grafico siguiente:

Reforzantes:

• Fibra de carbón obtenida a partir del poliacrilonitrilo PAN.

• APLICACIONES:

1) PAN + (politetrafluoroelifeno) PTFE = Recubrimiento superficial de implantesortopédicos

2) PAN + Polietileno de ultraalto = Fijación de fracturas, reparación de tendones yligamentos.

3) PAN + resinas poliméricas = uso dental

Silicona.

Es un polímero inorgánico la silicona es un polímero inodoro e incoloro hecho principalmentede silicio. La silicona es inerte y estable a altas temperaturas, lo que la hace útil en granvariedad de aplicaciones industriales, como lubricantes, adhesivos, impermeabilizantes, y enaplicaciones médicas, como prótesis valvulares cardíacas e implantes de mamas.

Implantes de silicona

También se denomina silicona a la familia de compuestos químicos sintetizados por primeravez en 1938. Se deriva de la roca de cuarzo y al ser calentado en presencia de carbón producesilicona elemental. Dependiendo de posteriores procesos químicos, la silicona puede tomaruna variedad de formas físicas que incluyen aceite, gel y sólido. Por su versatilidad ha sidousado con éxito en múltiples productos de consumo diario. Tal es el caso de lacas para elcabello, labiales, protectores solares y cremas humectantes. Dada su baja reactividad ha sidoampliamente usada en la industria farmacéutica en confección de cápsulas para facilitar laingestión de algunos medicamentos, en antiácidos bajo la designación de -meticona-. Hay másde 1000 productos médicos en los cuales la silicona es un componente. También es unasustancia comúnmente usada como lubricante en la superficie interna de las jeringas y botellas

para la conservación de derivados de la sangre y medicamentos intravenosos. Los marcapasos,las válvulas cardíacas y el Norplant usan recubrimientos de silicona. Son también fabricadoscon silicona artefactos implantables como las articulaciones artificiales (rodillas, caderas),catéteres para quimioterapia o para la hidrocefalia, sistemas de drenaje, implantes de testículoo mamarios.

Rotaxanos.

Los rotaxanos son compuestos supramoleculares que asemejan un eje introducido dentro deun buje. Como tal puede haber una libre rotación relativa entre la molécula que actúa comoeje y la que se comporta como buje. Para que esta molécula-eje no se salga de la molécula-buje (que debe ser cíclica) debe tener enlazado en los extremos dos moléculas voluminosasdenominadas "stopper" (paradores o frenadores) por tener la función de frenar la salida de lamolécula-eje de la molécula-buje. Puede darse el caso que el movimiento no sea rotatorioentre la molécula – buje y la molécula – eje, sino de traslación relativa a lo largo del eje. A estetipo específico se denomina "pseudo-rotaxano".

Existen tres alternativas de síntesis de rotaxanos:

En la que después de sintetizada la molécula-eje se introduce en la molécula-buje, aún sinciclarse y después se procede a ciclarla.

En la que la molécula-eje se incluye dentro de la molécula-buje y entonces se le enlazan losstoppers.

En la que se sintetiza la molécula-eje con los stoppers ya enlazados y entonces se incluyendentro de la molécula-buje.

Estas tres alternativas están representadas en la Figura9.

En la Figura superior se presenta un ejemplo específico de obtención de rotaxano a partir deciclodextrina.

El proceso de formación del rotaxano es reversible, de modo que es posible recuperar elmacrociclo y aislarlo. Esto permitiría la existencia de moléculas “con memoria de forma” quesegún el ambiente que las rodea, adoptan una configuración u otra, es decir, “recuerdan” laforma preferida. Lo anterior abre la puerta al desarrollo de los interruptores moleculares, delos que hablaremos más adelante.

Cambiando las interacciones entre el hilo y los anillos que lo rodean, pueden variarseselectivamente las propiedades moleculares.

Si lo que se cambia es “la cara” que presentan al ambiente externo, mediante un estímuloadecuado se pueden obtener moléculas “inteligentes”, como las “lanzaderas”moleculares:estos rotaxanos presentan dos estaciones o sitios de reconocimiento en el hilo entre los cualesel macrociclo es libre de desplazarse. Manipulando su afinidad por cada sitio pueden así losquímicos ejercer un alto

grado de control sobre este movimiento submolecular.

El anillo está “contenido” en el eje y no se sale de él gracias a grupos químicos voluminosos,formados generalmente por diez o más anillos bencénicos incorporados a cada extremo. Loimportante a destacar es que no hay interacciones químicas entre el eje y el anillo.

Propiedades de los Materiales Biológicos

• Los materiales biológicos son multifuncionales; exhiben simultáneamente variaspropiedades.

• También son inteligentes, si por inteligentes entendemos que son capaces dereaccionar a los estímulos externos.

• Las antenas de los insectos poseen ambas cualidades; tienen una buena resistenciamecánica, pueden autorrepararse, son capaces de detectar información química ytérmica, transmitirla a los centros de decisión, y realizar cambios de forma y posiciónde forma rápida y controlada.

• La supervivencia en la naturaleza depende de la habilidad para detectar lo que sucedeen el exterior, integrar la información, predecir lo que pueda suceder y actuar enconsecuencia.

• Las técnicas de fabricación que usa la naturaleza no son agresivas para el medioambiente; los procesos se efectúan en medios acuosos, a temperatura ambiente y,casi siempre, a presión atmosférica, condiciones muy distintas a las utilizadas por laindustria química.

• Además, los materiales biológicos son biodegradables.

Materiales Biológicos y Biomateriales.

Para muchos lectores, los términos biomaterial y material biológico son sinónimos.Aparentemente, la posición del término bio —delante o detrás de la palabra material— nodebería afectar al significado, pero los miembros de la Sociedad Europea de Biomaterialesdecidieron, en septiembre de 1991, reservar la palabra biomaterial exclusivamente paraaquellos «materiales utilizados para evaluar, tratar, corregir o reemplazar cualquier tejido,órgano o función en el cuerpo humano».

• El término material biológico se sigue utilizando para cualquier material que procedade un ser vivo.

• En esta breve nota se comentan dos materiales biológicos —las conchas de losmoluscos y los hilos de seda de los gusanos y de las arañas— que han inspirado eldiseño de nuevos materiales de altas prestaciones y que, en algunas ocasiones,también han sido utilizados como biomateriales.

• Biomaterial : «materiales utilizados para evaluar, tratar, corregir o reemplazarcualquier tejido, órgano o función en el cuerpo humano»

• Material Biologico : Es cualquier material de origen biologico

Clasificacion de los Materiales Biologicos

Bloque I. Caracterización mecánica y microestructural de los materiales biológicos. Fibras deseda

Bloque II. Materiales biológicos blandos.

La membrana de la langosta. Mucosas. La mesoglea de la anémona. Piel y membranas.

Bloque III. Materiales biológicos duros.

Nácar. Fibras de polisacáridos. Madera. Cuernos de bóvidos. Hueso.

A. Fibras de Seda.

Las fibras de seda de araña constituyen un material enormemente atractivo. Suelevada resistencia y deformabilidad les permite almacenar gran cantidad de energíade deformación, que pueden después disipar, de modo que son especialmenteapropiadas para absorber impactos (ver tabla comparativa). Este atractivo ha hechoque se hayan dedicado importantes esfuerzos a intentar producir fibras de proteínassimilares a las de la seda de araña mediante ingeniería genética.

Además, el estudio de las propiedades de las fibras de seda de araña y su relación conla microestructura tiene el interés de servir como guía en el diseño y producción defuturos materiales biomiméticos.

El objetivo de esta línea de investigación del Departamento de Ciencia de Materiales esel estudio del comportamiento mecánico de las fibras de seda de araña y suexplicación a partir de la microestructura del material.

Ejemplares de Argiope trifasciata

Lineas de Investigacion.

Estudio de la variabilidad de propiedades de las fibras de seda de araña.

Caracterización, de la forma más completa posible, de las propiedadesmecánicas de las fibras de seda de araña y su dependencia de las condicionesambientales, de las condiciones de obtención, de la historia de deformaciones,etc.

Comportamiento térmico.

Estudio de la microestructura de las fibras mediante microscopía de fuerzasatómicas y microscopía electrónica de barrido.

Influencia de modificaciones químicas en las propiedades del hilo.

La especie utilizada es Argiope trifasciata, que tiene como hábitat natural las costasmediterráneas españolas.

Propiedades Mecanicas.

• Las propiedades mecánicas de los hilos de seda de las arañas son impresionantescuando se comparan con los hilos de acero y con otras fibras de altas prestaciones,como el Kevlar 49 (DuPont): la tensión de rotura (fuerza de rotura dividida por lasección del hilo) para el acero y el Kevlar se sitúa alrededor de 3.000 MPa mientras quela del hilo de araña Araneus gemmoides puede alcanzar 4.000 MPa (Viney 2000).

• Además, los hilos de seda de araña son más flexibles y pueden deformarse más del30% sin romperse. Estas dos propiedades —gran resistencia y deformabilidad—

permiten que el hilo almacene una gran cantidad de energía antes de romperse; 130kJ/kg para el hilo de araña, frente a 30 kJ/kg para el Kevlar y apenas 4 kJ/kg para elacero.

Ensayos de tracción correspondientes a distintos tipos de fibras. En la escala vertical se representala tensión (fuerza/sección) y en la horizontal, la deformación (incremento de longitud/longitud).

B. Nacar.

• Las conchas de los moluscos, y en particular el nácar, son unos materiales biológicosmuy interesantes porque nos proporcionan pistas para diseñar y fabricar nuevosmateriales de altas prestaciones.

• Son materiales compuestos de matriz orgánica; en general, entre el 95 y el 99 porciento es carbonato cálcico (en forma de aragonito o de calcita, según el tipo demolusco) y el resto, del 1 al 5 por ciento, una matriz proteínica

Materiales Biológicos como Biomateriales (Seda de Araña)

• La seda de las arañas y de los gusanos de seda nos ofrece otro ejemplo de materialbiológico que puede utilizarse como biomaterial. En 1957 el Dr. Feng Youxian, cirujanodel hospital Zhongshan en Shanghai, experimentó con injertos de seda.

• En Estados Unidos y en Europa se utilizaban implantes de Dacron para reemplazararterias pero en China no se disponía de este biomaterial. El Dr. Feng fabricó unaarteria artificial con una manga de una camisa de seda y la implantó en un perro, conresultados satisfactorios. En 1959 se fabricaron prótesis de seda y se implantaron conéxito en más de 500 pacientes

• Las propiedades antisépticas, anteriormente mencionadas, de la seda de las arañashan inspirado el diseño de tejidos bacteriostáticos.

• Estos textiles contienen sustancias que regulan la multiplicación de las bacteriasresponsables de los malos olores y pueden ser de gran utilidad en la lucha contra lasinfecciones que se contraen en los hospitales.

• Los tejidos pueden actuar de dos formas: impidiendo que las bacterias proliferen, obien protejiéndose ellos mismos de la degradación que les pueden originar lasbacterias.

Materiales Biológicos como Biomateriales (NACAR)

• Evelyne López y sus colaboradores, en París y Montpellier, han utilizado el nácar delmolusco Pinctada maxima como biomaterial; lo han molido finamente y lo hanmezclado con sangre de ocho pacientes, mujeres entre 48 y 55 años, que padecíanpérdida de hueso en el maxilar superior.

• La solución se inyectó en los tejidos afectados por la pérdida de hueso y éstos sebiopsiaron después de seis meses. Los resultados indicaron que no hubo inflamación yque el nácar había sido aceptado por los tejidos, como si se tratara del hueso de lospropios pacientes.

¿Qué tienen en común el nácar y el hueso para que puedan engañar a nuestrosistema inmunitario?

• Los osteoblastos reconocen el nácar y no lo atacan, pero no sucede lo mismo con elaragonito fabricado en el laboratorio. Aunque el hueso y el nácar son muy distintos,deben tener en común parte de la compleja maquinaria que controla su formación.

Proceso de Cicatrización de Heridas

Herida

Es el área donde queda interrumpida la continuidad anatómica celular entendiéndose por unasolución de continuidad de las cubiertas externas del cuerpo, de revestimiento mucoso o de lasuperficie de los órganos.

Una lesión tisular es el común denominador de toda herida quirúrgica, afecta al organismo endiversas formas, incluyendo pérdida local de sangre y líquido, dolor con estímulos neuraleseferentes hacia el cerebro y órganos endocrinos y liberación de productos celulares hacia lacirculación. Una herida inicia la catabolia y una herida abierta constantemente inhibe laanabolia

En todas las heridas hay una alteración metabólica continua que dura semanas, meses oincluso años después que el proceso de curación ha logrado la integridad tensil recuperada.

Una herida abierta constantemente inhibe la anabolia proteínica y la reanudación delcrecimiento del convaleciente, las quemaduras demuestran este fenómeno de manera muyclara cuando la herida cura con injertos o cerrándola, se produce un cambio muy neto que semanifiesta clínicamente y se acompaña de un aumento en la rapidez para lograr una anabolianitrogenada con proporciones relativamente bajas de calorías de nitrógeno por vía bucal ovenoso36.

La transmisión del mensaje desde la herida al organismo sigue siendo manifiesta y pococonocida.

La repuesta postraumática neuroendocrina y metabólica para favorecer la curación de laherida se inicia por estímulos nerviosos aferentes, por la pérdida de sangre e infección, todoscolaboran para informar al resto del organismo de la existencia de una herida o de una incisióncon lo que inician los cambios fisiológicos adecuados.

La piel es un órgano sensitivo que recoge información a través de una extensa red de neuronasy terminales nerviosas. Aportan información sobre presión, vibración, dolor y temperatura. Lospeligros externos se detectan y pueden emprenderse acciones para evitarlos y minimizar lalesión. La lesión se asocia con la liberación de mediadores químicos que estimulan lasterminaciones nerviosas del dolor.

El riesgo de lesión aumenta cuando se pierde la sensibilidad. La pérdida de sensibilidad puedeser el resultado de la sección aguda de un nervio sensitivo periférico, de una lesión nerviosacrónica, o por debajo del nivel de sección transversal de la médula.

Puede producirse entonces una lesión más grande del área ya que no se puede transmitirinformación sobre la proximidad de un peligro.

Las heridas pueden ser graves en función de una o varias de estas características:

– Profundidad.

– Extensión.

– Localización.

– Suciedad evidente, cuerpos extraños o signos de infección.

Profundidad de la Herida

Las heridas de la piel se pueden clasificar según las capas afectadas. Las heridas superficialesafectan sólo la epidermis. Las de profundidad parcial afectan la dermis. Las heridas deprofundidad total llegan hasta el tejido subcutáneo o incluso a mayor profundidad.

La dermis estará intacta si, al examinar una herida, se puede identificar las marcas normales dela piel como las huellas dactilares. Una lesión que afecte parcialmente el grosor de la pielmostrará una dermis rosada y uniformemente pálida. La lesión dérmica más profundamostrará islotes de grasa amarillenta que penetrarán en la trama dérmica.

En heridas de profundidad total, se verán áreas continuas de glóbulos de grasa sin dermissubyacente. El sangrado de una herida superficial se produce a partir de múltiples bocaspuntiformes.

En las heridas dérmicas más profundas, se ven puntos de sangrado de mayor tamaño y másseparado. Las heridas de profundidad total y penetrante pueden mostrar un sangrado arterialpulsátil o un sangrado continuo de origen venoso.

Sección de la piel mostrando: A piel normal; B: herida superficial; C: herida de profundidadparcial; D: herida de profundidad total.

Considerando que toda herida es una puerta abierta por la que pueden ingresar cuerposextraños (patógenos) y gérmenes (contaminación) y salir líquidos orgánicos, su cierre es unaurgente necesidad

Reparación

La reparación de la epidermis lesionada se produce por regeneración, un proceso similar a laproducción normal de la epidermis. Las células de la capa basal se multiplican, migran haciaatrás desde las áreas no lesionadas y substituyen las áreas lesionadas.

La reparación consiguiente tiene una estructura y aspecto normal y no deja cicatriz visible. Lareparación de la dermis se produce por un proceso denominado granulación. La proporción deconstituyentes y la arquitectura de la reparación difieren de la dermis normal. La curación dela lesión superficial de la dermis produce la formación de una señal permanente de lareparación, la cicatriz. La tensión que soporta una herida afecta la manera como se depositaráel colágeno cuando esté en proceso de curación, la tensión de la cicatriz consiguiente y suaspecto.

Si los folículos pilosos, las glándulas sudoríparas y las sebáceas de un área determinada sedestruyen por una lesión o una infección, no se podrán regenerar. El tejido cicatricialresultante tenderá a romperse y fisurarse, ya que carecerá del lubricante sebáceo normal.Puede también suceder que no haya pelo. Esto es particularmente importante en área como elcráneo, en el que una zona sin pelo puede constituir un problema cosmético.

Formas de Cicatrización

Los cirujanos dividen por costumbres los tipos de cicatrización en primera y segundaintención.

Cicatrización por Primera Intención

Llamada también unión primaria ocurre cuando el tejido es incidido (un corte aséptico) y essuturado con precisión y limpieza, la reparación ocurre sin complicaciones y requiere de laformación de solo una pequeña cantidad de tejido nuevo. En este tipo de cicatrización el cierrepor aproximación de cada una de los planos es lo ideal.

Cicatrización por Segunda Intención

Cuando la herida deja de sanar por unión primaria ocurre un proceso más complicado yprolongado y que es la cicatrización por segunda intención causado por lo general porinfección, trauma excesivo con perdida de tejido o aproximación imprecisa de los tejidos(espacio muerto cerrado).

En este caso la herida puede ser dejada abierta y permitir la cicatrización desde los planosmás inferiores hacia la superficie.

El tejido de granulación contiene miofibroblastos que cierran la herida por contracción, elproceso de cicatrización es lenta y el cirujano puede requerir tratar el exceso de granulaciónque se destaca en los márgenes de la herida, retardando la epitelización, la mayor parte de lasheridas y quemaduras infectadas cicatrizan en esta forma.

Secuencias del Proceso de Cicatrización.

Durante el proceso de cicatrización y de forma secuencial se producen los siguientes hechos:

a) Limpieza del Foco Traumático y Acumulación de material para laReparación. (Fase inflamatoria)

La respuesta local a la agresión es prácticamente la misma frente a un traumatismo, unacontaminación bacteriana o un cuerpo extraño. El fenómeno inflamatorio agudo es una

reacción compleja, con etapas sucesivas pero integradas. Con fines didácticos y de modosintético, pueden distinguirse dos componentes: respuesta vascular y movimientos celulares.

I.-Respuesta vascular. La respuesta inmediata, en el área afecta, es una vasoconstriccióntransitoria (de 5 a 10 min.) producida, en gran parte, por la liberación de tromboxano (unaprostaglandina) por las plaquetas para conseguir la hemostasia, seguida de una vasodilataciónactiva. Coincidiendo con esta vasodilatación, se observa un aumento de la permeabilidadvascular. La filtración de líquido plasmático provoca un edema intersticial, rico en proteínas,anticuerpos, complemento, agua y electrolitos, que es la atmósfera biológica adecuada para eldesarrollo de los próximos fenómenos reparativos.

II.- Movimientos celulares. Coincidiendo con la vasodilatación y atraídos por mediadoresenzimáticos locales, se producen los fenómenos de marginación, adherencia y diapédesis delos granulocitos neutrófilos, que son las primeras células que aparecen en el foco traumático.Los leucocitos, atraídos químicamente (quimiotaxis), comienzan la lisis y la acción fagocitariade los gérmenes contaminantes y de los cuerpos extraños.

b) Formación del Colágeno y Aumento de la Resistencia a la separación de los bordes dela Herida.(Fase de reparación)

Comienza el tercer día, mientras va cediendo el proceso inflamatorio, siendo claramentemanifiesto a partir del quinto día. Limpia pues la herida y acumulado el material necesario,comienza una fase eminentemente anabólica, dirigida a la síntesis tisular, en la que elfibroblasto, célula pleomórfica, sintetiza la sustancia precursora del colágeno, eltropocolágeno; de un modo paralelo, irá aumentando en la herida la resistencia a laseparación de sus bordes. Este período dura unas dos semanas, aunque la normalizacióntisular definitiva dura varios meses.

Existe una relación lineal entre la progresiva deposición de fibras de colágeno en el focotraumático y el aumento de la resistencia de los bordes de la herida a la separación. De no serasí, al retirar los puntos de sutura, la herida se volvería a abrir.

c) Epitelizacion de la Herida.

La producción del colágeno requiere el aporte de aminoácidos, y para la cohesión entre lasfibras de colágeno la "sustancia fundamental". En las heridas cerradas (curación por primeraintención), la proliferación, a partir de los queratinocitos, del epitelio se inicia rápidamente yen 48 horas ha rellenado el mínimo defecto existente entre ambos bordes aproximados,cuando todavía no se ha formado colágeno en el seno de la herida.

En una herida que está curando por segunda intención, con el tejido de granulación a la vista,se desarrolla un proceso de contracción, complementario de la reparación, en virtud del cualsus bordes se acercan concéntricamente, disminuyendo el área granulante; este proceso sedenomina contracción de la herida y es independiente de la epitelización, desarrollándose porun mecanismo activo situado a nivel del tejido de granulación. Ello reduce el tiempo decicatrización y las necesidades reparativas. Comienza a los 2-3 días y llega hasta 3-4 semanas, yestá generado por miofibroblastos. Por ello, los puntos no deben retirarse antes de 5-10 días

según localización, edad y circunstancias del lesionado o enfermo. Durante meses, la cicatrizaumentará su resistencia.

Biocompatibilidad.

La Biocompatibilidad se define como la habilidad de un material con una adecuada respuestaal huésped, en una acción especifica, este tipo de material se conoce como biomaterial, el cuales usado en el servicio de la medicina para interactuar con los sistemas biologicos induciendouna actividad biológica especifica.

La compatibilidad de los materiales y dispositivos de fabricación artificial con los tejidos y losliquidos corporales es requisito fundamental para que determinado procedimiento sedesenvuelva correctamente sin afectar al huésped.

En resumen:

Es la capacidad del material para responder en forma apropiada a una aplicaciónespecífica en el organismo.

Está determinada por las diferencias entre los tejidos y los materiales no naturales.

Las propiedades del biomaterial no deben degradarse por ataque del sistemainmunológico.

Características

Ser biocompatible, es decir, debe ser aceptado por el organismo.

No ser tóxico.

Ser químicamente estable e inerte.

Tener una resistencia mecánica adecuada (indeformable).

Tener densidad y peso adecuados.

Hipoalergénico

Tener un diseño de ingeniería perfecto.

Ser relativamente barato.

Tipos de Biomateriales Usados

Se dividen en base a dos criterios:

En función de la respuesta del organismo y en función de su estructura

En función de la Respuesta del Organismo

• Inertes Sin respuesta

• Interactivos Respuesta específica “prediseñada” (Crecimiento de tejido, adhesión)

• Viables Respuesta como a tejido normal (Absorción y/o remodelación)

• Reimplantados Respuesta armónica (Cultivados in vitro de células de un pacienteespecífico)

En función de su Estructura

• Metales Átomos unidos por enlaces metálicos

• Polímeros Moléculas unidas en cadenas largas

• Cerámicos Compuestos inorgánicos unidos por enlaces iónicos y covalentes

• Vidrios “Cerámicos” de estructura amorfa

• Composites Mezclas de los tipos anteriores

La Ingeniería de Tejidos

Consiste en disponer de un andamio fabricado con un material artificial, porejemplo, con una biocerámica.

La posibilidad de conformar piezas cerámicas con porosidad diseñada, parautilizarlas como sustratos en ingeniería tisular.

Sobre el sustrato se cultivan células para que la pieza llegue a colonizarse. Estopuede realizarse tanto in vitro como in vivo.

Uno de los objetivos primordiales es el desarrollo de materiales para lograr lareparación funcional y la reconstrucción de estructuras biológicas.

En este sentido se está dedicando especial atención a la obtención ycaracterización de superficies de diferentes sustratos, para su aplicación en eldesarrollo de andamios tridimensionales utilizables en ingeniería de tejidos.

Uno de los aspectos prioritarios es el estudio y modificación de las propiedadessuperficiales de los sustratos, con el fin de modular su interacción conentidades biológicas tales como macromoléculas y células.

La estrategia de reparación y sustitución de partes dañadas del organismoserá, en un futuro próximo, claramente distinta a la de los implantesbiomédicos tradicionales, utilizados en la actualidad.

Reemplazo de Tejidos

Los avances en la investigación en biomateriales, esto es, materiales artificiales utilizados parareemplazar tejidos del organismo humano, están convirtiendo a estas nuevas piezas derecambio en una alternativa cada vez más factible a los tradicionales implantes naturales,procedentes del propio paciente o de donaciones para por ejemplo sustituir o regenerar lostejidos duros del cuerpo, huesos y dientes, a través del desarrollo y optimización debiocerámicas, principalmente.

Y es que aunque las técnicas de fabricación de biomateriales son similares a la fabricación decualquier material convencional, las propiedades físico-químicas buscadas en estos y losmedios en los que se aplican son obviamente diferentes. En los materiales de aplicaciónterapéutica, “lo principal es que sean biocompatibles”, es decir, que no produzcan ningún tipode problema de toxicidad o rechazo por parte del organismo en el que se implanten.

Según la funcion que vaya a realizar el implante, se priorizan unas propiedades sobre otras a lahora de diseñar el material, para el diseño de un nuevo implante cerámico por ejemplo,además de la biocompatibilidad, hay que definir en detalle todas las propiedades quenecesitará reunir en función de la parte del cuerpo que vaya a sustituir. Así, se concreta sucomposición, su micro y macroestructura, su superficie, “porque no es igual que sea rugoso oliso” y el tamaño del poro, entre otras cualidades. Todos estos parámetros han de sercontrolados a escala nanométrica, ya que lo que se pretende es crear sólidos con las

características más parecidas posibles a los huesos naturales, que están formados por cristalesde una longitud aproximada de 50nm, una anchura de 25nm y un espesor de entre 2 y 5nm.

Biochips.

Los biochips son dispositivos similares a los microchips de computadoras, aunque con unaamplia variedad de funciones para la medicina y la agricultura. Igual que sucede con loscircuitos de las computadoras, que son capaces de calcular millones de operacionesmatemáticas en sólo un segundo, los biochips realizan millones de reacciones biológicas, comodecodificar genes, en cuestión de segundos. Un biochips vienen a ser dispositivos de pequeñotamaño (chip) que contienen material biológico (bio) y que se emplean para la obtención deinformación genética. Estos dispositivos se conocen también como Microarrays de ADN o pornombres comerciales de las empresas que los suministran (GeneChip, MassArray). Se proponetambién el nombre de micromatrices de material genético.

Son equipos miniaturizados en los que se integran decenas de miles de sondas de materialgenético con una secuencia conocida. Cuando se ponen en contacto con una muestra de unpaciente o de un experimento, sólo aquellas cadenas complementarias a las del chip sehibridan y originan un patrón de luz característico, que se lee con un escáner y se interpretacon un ordenador. De este modo se pueden conocer las mutaciones que el paciente tiene ensus genes o aquellos genes que se están expresando en una situación determinada. Losprimeros chips de ADN se fabricaron en los mismos centros donde fabrican los chips paraordenadores y usando la misma tecnología (fotolitografía). La enorme cantidad de informaciónque puede resultar de estos ensayos debe ser analizada de nuevo por sistemasbioinformáticos.

Aunque aún se están usando principalmente en entornos de investigación, se prevé que en lospróximos años asistiremos a la aprobación para uso clínico de algunos de estos sistemas.Potencialmente podrían ocasionar una revolución en la medicina, trasladando el laboratoriogenético al hospital, e incluso a la consulta de atención primaria, del mismo modo que loschips de los microprocesadores, debido a su miniaturización, provocaron la salida de losordenadores de los grandes centros de proceso de datos y su instalación en la consulta o eldespacho de los profesionales.

Chip de DNA

Algunos de los términos que han sido usados para describir esta tecnología son, entre otros :'biochip', 'DNA chip', 'DNA microaarray' y 'gene array'. Gene Chip es una marca registrada deAffymetrix, una de las compañias líderes en la tecnología. Gene Chip es el nombre de los 'DNAarrays' formados por colecciones de oligonucleótidos fijados a un soporte a una muy elevadadensidad. Sin embargo existen otros 'arrays' en los que se fijan cDNAs, o oligonucleótidos adensidades mucho menores. En un futuro se podrá disponer de los denominados 'GenomeChips', cuya finalidad será la de analizar el genoma completo en un único chip.

Un 'array' es una colección ordenada de muestras de ácido nucleico que proporciona un mediopara aparear la muestra con secuencias conocidas y desconocidas, facilitando la determinación

de los niveles en la muestra y la identificación de los desconocidos. Se pueden construir'arrays' sobre microplacas o sobre soportes de vidrio o plástico. Se diferencian entremacroarrays y microarrays, por el tamaño de cada uno de los 'spots', siendo en las primeras dealrederor de 300 micras de diámetro. Los microarrays tienen spots de pocas micras ycontienen miles de ellos. Su construcción se hace mediante sistemas robóticos.

El fundamento de la utilización de los 'arrays' es el apareamiento de las bases en los ácidosnucleicos (A-T, G.-C para el DNA, A-U, G-C para el RNA).

La tecnología de los microarrays tiene dos grandes aplicaciones :

1. Identificación de secuencias (genes o mutaciones en los mismos)

2. Determinación del nivel de expresión (abundancia) de los genes

Modo de Funcionamiento del Chip de DNA

Una vez realizado este proceso se genera el siguiente Codigo:

Lectura del Chip DNA

Para poder dar un correcta lectura del código de colores anterior debemos contar con algunoconceptos como:

Bibliotecas Genómicas.

Con la secuenciación sistemática de los genomas completos y los avances en la síntesisartificial de DNA, ya sea por la reacción en cadena de la polimerasa (PCR del inglés PolimeraseChain Reaction) o la síntesis química de desoxioligonucleotidos, actualmente es posibleobtener en el laboratorio el genoma completo de un organismo, generando cada uno de losmarcos de lectura abierta (ORF) completos o fragmentos de cada uno de ellos. Actualmente sepueden adquirir las colecciones completas de los genes de varios organismos como: Humano,Arabidopsis thaliana, Saccharomyces cerevisiae y E. coli, por mencionar algunas.

Por lo general estas bibliotecas se depositan en microplacas de 384 pozos, en donde podemosconocer la ubicación exacta de cada uno de los genes. La información sobre los genomascompletos y las bibliotecas comerciales,

En la siguiente figura se aprecia la disposición de las Bibliotecas Genómicas

La siguiente tabla identifica cada gen (Biblioteca Genómica) existente en la figura anterior,solo están identificados 10 y para una buen diagnósticos se necesitan, por lo menos, 10 000genes de preferencia los mejor identificables posibles, en esta tabla uno puede conocer lafunción que realiza un gen especifico pudiendo ser encontrado cada uno a través de MR, MC, Ry C.

Ahora que sabemos la función de cada gen ya podemos dar una lectura correcta del código decolores anteriormente mostrado.

Primero: Se obtiene 2 muestras de material genetico y ordenadas según sus bibliotecasgenómicas, dichas muestras son llamadas Experimental (proveniente de un paciente para sudiagnostico) y de Control (la cual es una muestra que se encuentra en condiciones sanas la cualservirá de referencia para el diagnostico del paciente).

Segundo: Una vez obtenidas las muestras son expuestas a una molécula fluorescente distinta,para la muestra Experimental se le aplica el Cy3 el cual le da un color Rojo, mientras que parala muestra Control se le aplica el Cy5 el cual le da un color verde.

Tercero: Ya marcados con la molécula fluorescente ambas muestras son sometidas a unproceso de hibridación, quedando de la siguiente forma:

En resumen:

Lectura: Se da para la muestra Experimental

A>B : Significa que dicho gen tiene un mayor grado de expresión, aquí sonconsiderados colores como naranja o con tonalidades de rojo.

A=B : El grado de expresión del gen no ha variado.

A<B : El grado de expresión del gen ha disminuido, aquí son considerados colorescon tonalidades verde.

No A – No B : Dicho gen no se ha expresado.

Biosensores.

Instrumentos analíticos que transforman procesos biológicos en señales eléctricas u ópticas ypermiten su cuantificación.

• Los biosensores son dispositivos analíticos compuestos de un elemento de reconocimientode origen biológico y de un transductor físico-químico.

• El elemento biológico es capaz de detectar la presencia, actividad o concentración de unanalito en solución, mediante un proceso de anclaje o bien mediante un proceso bio-catalítico.

• Estas interacciones originan cambios en alguna de las propiedades de la solución, cambioque el transductor convierte en una señal eléctrica cuantificable.

• La biodetección es el campo de detección de moléculas mediante la traducción de señaleseléctroquímicas, ópticas, mecánicas o magnéticas.

Características:

• Utilizan la especificidad de los procesos biológicos:

– Enzimas x Sustratos

– Anticuerpos x Antígenos

– Lectinas x Carbohidratos

– Complementariedad de ácidos nucleicos.

• Ventajas:

– Reutilización

– Menor manipulación

– Menor tiempo de ensayo

– Repetitividad

• Tipos y usos mas comercializados:

– Tiras colorimétricas

– Electroquímicos:

• Potenciométricos: Glucosa, Lactato, Glicerol,Alcohol, Lactosa, L-aminoácidos, Colesterol

• Amperométricos: Glucosa, Sacarosa, Alcohol

– Ópticos: BIAcore: Ag proteicos.

Diagrama de un Biosensor

Propiedades de un buen Biosensor

Aplicación de los Biosensores

Tipos de Biosensores:

1. Biosensores Electroquímicos

– Amperométricos: Determinan corrientes eléctricas asociadas con loselectrones involucrados en procesos redox

– Potenciométricos: Usan electrodos selectivos para ciertos iones

– Conductimétricos: Determinan cambios en la conductancia asociados concambios en el ambiente iónico de las soluciones

2. Biosensores Termométricos

3. Biosensores Piezoeléctricos

4. Biosensores Ópticos

– De onda envanescente

– Resonancia de plasma superficial

La Nanotecnologia

Objetivos

El objetivo de esta parte es explicar qué es exactamente la Nanotecnología y presentar demanera concisa los conceptos fundamentales de esta materia para que las personas quedesconozcan este campo tengan una idea general de las perspectivas y las cuestiones queestarán presentes por sí mismas en los próximos años.

la definición de "Nanotecnología" es polémica hemos basado nuestra definición en losconceptos que sostienen los profesionales del campo en la actualidad

Introduccion.

La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas quese aplican al un nivel de nanoescala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas "nanos"que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis nosllevaría a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento deátomos y moléculas. El desarrollo de esta disciplina se produce a partir de las propuestas deRichard Feynman

La nanotecnología tiene mucho futuro económico/industrial en campos muy diversos, desde eltratamiento de superficies hasta la producción de catalizadores, desde la industriaaeroespacial hasta la medicina y la farmacia. Y naturalmente el uso militar y policial (de los 710millones que los EUA destinan a investigación en este campo, más del 35% tiene un destinodirecto al campo militar).

Actualmente los sectores más desarrollados son los de los nanomateriales, especialmentenanopartículas, nanomembranas y catalizadores y un poco por detrás la nanoelectrónica(nanochips, memorias.).

Definicion de Nanotecnologia.

La mejor definición de Nanotecnología que hemos encontrado es esta:

La nanotecnologia es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación demateriales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, yla explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala.

Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestrafenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan lananotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos conpropiedades únicas

La nanotecnología es la técnica que trabaja a escala de manómetro (una milmillonésima partede metro). A esta escala, de hecho, se trabaja a nivel de átomos y moléculas y se puedenconfigurar estructuras que no existen en la naturaleza, a esta escala las substancias presentanpropiedades diferentes (dureza, elasticidad, conductividad del calor y la electricidad.) de las"normales" y de este modo se están patentando. Por ejemplo hay patentes de formas decarbono puro nanoescalar (fulerenos y nanotubos). La nanotecnología, que hace unos años erauna idea casi de ciencia ficción, es ya una realidad, realidad rentable y emergente, cada año sedestinan más millones a la investigación en este campo (los países occidentales, más losorientales desarrollados gastaron en el 2002 más de 2100 millones de euros en investigaciónnanotecnológica), más dinero en la producción de nanomateriales y nanoartefactos, encontraste con todo este gasto no se invierte absolutamente nada en estudiar la seguridad yriesgos ligados a estas tecnologías.

Historia cronológica de la Nanotecnología

1940 Von Neuman estudia la posibilidad de crear sistemas que se auto-reproducencomo una forma de reducir costes.

1959 Richard Feynmann habla por primera vez en una conferencia sobre el futuro dela investigación científica: "A mi modo de ver, los principios de la Física no sepronuncian en contra de la posibilidad de maniobrar las cosas átomo porátomo".

1985 Se descubren los buckminsterfullerenes

1996 Se descubren los buckminsterfullerenes

Richard Feynman:

“Los principios de la física, tal y como yo los entiendo,

no niegan la posibilidad de manipular las cosas átomo por átomo...

Los problemas de la química y la biología podrían evitarse

si desarrollamos nuestra habilidad para ver lo que estamos

haciendo, y para hacer cosas al nivel atómico", dijo Feynman en 1959

Actualmente se fabrican instrumentos con Nanotecnologia.

la nanotecnologia ya llego al mercado y sus productos ya se venden en paises desarrolladosmayormente

Campos que abarca la Nanotecnologia.

Herramientas básicas en la Nanotecnología.

Ensamblador Nano tecnológico

Una de las herramientas que seran necesarias para realizar trabajos nanotecnologicos sera unaparato que pueda juntar distintos átomos para formar distintos objetos programadosmediante software.

A este aparato, que todavía se esta construyendo, se le llama ensamblador nanotecnologico oensamblador universal habitualmente.

Su misión seria ir tomando distintos átomos por separado y ser capaz de unirlos siguiendo unasdeterminadas instrucciones para crear objetos que ya conocemos imitando su composición atómica uotros nuevos todavía no existentes.

Parece que todavía le quedan unos añitos al ensamblador para que vea realmente la luz,aunque ya hay empresas como Zyrix en USA que estan trabajando en el, ya que realmente losproblemas son evidentes, desde la manera en que puedan ensamblarse los átomos de formaartificial (a través de bioquímica con proteínas, sondas, etc.) hasta el diseño de un softwarecapaz de dirigir todas estas acciones.

Microspopio Atomico.

Los microscopios más poderosos del mundo no ven cosascon luz ni aún con electrones. Estos microscopios ven cosasa través de lo que sienten con una punta muy afilada queestá puesta en algo que parece un alfiler. Algunas veces,los científicos ponen nanotubos de carbono en la puntapara que ésta sea aún más afilada. Esto crea una punta tanfina que solamente tiene el espesor de no más que unospocos átomos. Esta punta es tan afilada que cuando se lemueve sobre algo puede sentir su forma. Estosmicroscopios poderosos se llaman microscopios de fuerzaatómica porque pueden ver a través de las fuerzas entre

los átomos. Así que con un microscopio de fuerza atómica puedes ver cosas pequeñas comouna cadena de ADN y hasta átomos individuales.

Estos microscopios usan computadoras para convertir la información que obtienen a través depalpar un objeto, en una imagen tridimensional del mismo. ¡Así que con el microscopio máspoderoso del mundo, los científicos han podido ‘ver’ ADN y confirmar lo qué es una doblehélice tal y como lo habían demostrado los científicos Watson y Crick hace 50 años atrás!

Microminiaturizacion.

Dos mejoras en la tecnología de las computadoras marcan el inicio de la cuarta generación: elreemplazo de las memorias con núcleos magnéticos, por las de Chips de silicio y la colocaciónde muchos más componentes en un Chic: producto de la microminiaturización de los circuitoselectrónicos. El tamaño reducido del microprocesador de Chips hizo posible la creación de lascomputadoras personales. (PC) Hoy en día las tecnologías LSI (Integración a gran escala) y VLSI(integración a muy gran escala) permiten que cientos de miles de componentes electrónicos sealmacén en un clip. Usando VLSI, un fabricante puede hacer que una computadora pequeñarivalice con una computadora de la primera generación que ocupara un cuarto completo.

Una tendencia constante en el desarrollo de los ordenadores es la microminiaturización,iniciativa que tiende a comprimir más elementos de circuitos en un espacio de chip cada vezmás pequeño. Además, los investigadores intentan agilizar el funcionamiento de los circuitosmediante el uso de la superconductividad, un fenómeno de disminución de la resistenciaeléctrica que se observa cuando se enfrían los objetos a temperaturas muy bajas.

Microinformatica

Informática basada en ordenadores que utilizan como unidad central de proceso (CPU) unmicroprocesador. Tradicionalmente el uso de los PCs estaba asociado a un tipo de operaciónpersonal o a un usuario doméstico, pero la creciente potencia de estas máquinas y la enormecantidad de programas disponibles han hecho que la microinformática se implante en losámbitos laborales y profesionales. En la actualidad, muchos PCs ofrecen igual o superiorpotencia de proceso que algunos miniordenadores de propósito general.

Nanoinformatica

En un futuro no muy lejano, los PCs estarán compuestas, en lugar de transistores, por otroscomponentes como las moléculas, neuronas, bacterias u otros métodos de transmisión deinformación. Entre estos proyectos se encuentra el futuro ordenador "químico", desarrolladopor científicos de Hewlett-Packard y de la Universidad de California (Los Ángeles). Los circuitosde este nuevo modelo son moléculas, lo que supone transistores con un tamaño millones deveces más pequeños que los actuales.

El proyecto de chip molecular sustituirá al silicio y a la óptica. Se prevé que se podrán fabricarcomputadoras del tamaño de una mota de polvo y miles de veces más potentes que losexistentes. De momento, se ha conseguido simular el cambio de una molécula, mediante surotura, pero falta crear moléculas que se curven sin romperse.

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Usando nanotubos semiconductores, investigadores de varias empresas y laboratorios handesarrollado circuitos de computación de funcionamiento lógico y transistores, las puertaselectrónicas lógicas de que están compuestos los chips.

En agosto del año pasado, en lo que es considerado un paso fundamental hacia lacomputadora molecular, IBM mostró el primer circuito de ordenamiento lógico formado pornanotubos de carbono. Las computadoras moleculares basadas en estos circuitos tienen elpotencial de ser mucho más pequeñas y rápidas que la actuales, además de consumir unacantidad considerablemente menor de energia.

Nanomemorias

Las nanomemorias : los actuales dispositivos informaticos de almacenamiento digital seaproximan a limites físicos . El proyecto de crear una memoria con nanotecnologia ya es unarealidad. En IBM han desarrollado un dispositivo llamado milpies de memoria capas deescribir, leer y borrar datos con una capacidad de gigabit y el tamaño de un sello, aunquetodavía están en fase de investigación se cree que se podrá comercializar dentro de unos tresaños en forma de las actuales tarjetas de memoria flash de cámaras digitales.

nanounidad de memoria del proyecto milpies funciona como un diminuto fonógrafo. Lasagujas de las nanoscopicas pestañas de silicio llenan los datos inscritos en un medio polímero.Una matriz de pestañas dispuestas reticularmente dotadas de control que convierten en ristasde bits la información codificada de los pozos analógicos. El polímero va suspendido de unaplataforma de barrido por unos muelles de hoja de sicilio, así unos minúsculos imanes y unasbobinas electromagnéticas desplazan el medio de almacenamiento a lo ancho de un plato,mientras lo mantienen nivelado

re las puntas. Las puntas entran

Escritura de un BITPor medio del calor y de la fuerza mecánica, las puntas crean pozos cónicos en pistas linealesque representan series de unos digitales, para producir un pozo, la corriente circula a través dela pestaña, de esa forma se calienta una región dopada de silicio a 400 grados centígrados quepermite a la estructura pretensada del brazo flexionarse hasta hundir la punta en el polímero,la ausencia de pozo en un cero.

Borrado de un BITEl ultimo prototipo borra un BIT existente calentando la punta a 400 grados centígrados yabriendo otro pozo justo al lado del pozo previamente grabado, que entonces se rellena.Otro método de borrado inserta la punta caliente en el pozo deformando el plástico quevuelve a su forma original

Lectura de un BITPara leer los datos, las puntas se calientan hasta unos 300 grados centígrados. Cuando unapunta de barrido encuentra un pozo y se introduce en el trasfiere calor al plástico. Asídisminuye su temperatura y su resistencia eléctrica en una mínima cantidad que se detecta yun procesador de señal convierte esta señal de salida o su ausencia en una secuencia de datos.

Nanomedicina.

La nanotecnologia al aplicarse a la medicina se le conoce como nanomedicina. Con ladescripción de los nanorobots, se puede intuir que la utilidad de éstos en las ramas medicasserá muy importante. Para empezar los nanorobot medirán de alrededor de 0.5-3 micras, porlo cual podrán flotar libremente por los vasos sanguíneos. Las principales aplicaciones de estosserá la interacción de los nanorobots con las células sanguíneas (eritrocitos y leucocitos) en lareparación de los tejidos, la cura del cáncer o SIDA y la posible terapia de enfermedadesgenéticas.

Sin lugar a dudas la nanotecnologia cambiara en gran medida a la medicina, ya que aunque lamedicina de hoy comprende que la mayoría de las enfermedades se deben a cambiosestructurares en las moléculas de las células, dista mucho ahora de corregirlas. Esto es el casocon el cáncer ya que se sabe que se debe a una reproducción anormal de un tejido, pero lasolución sigue siendo extirpar el tejido afectado, seguimos dando soluciones macroscópicas,sin resolver las microscópicas y este tipo de problemas es de lo que sé encargar de resolver lananomedicina.

Por lo tanto, la nanotecnología puede significar el final de las enfermedades como laconocemos ahora. Si pesca un resfrío o se contagia de SIDA, sólo tendrá que tomar unacucharada de un líquido que contenga un ejercito de nanobots de tamaño molecularprogramados para entrar a las células de su cuerpo o combatir los virus. Si sufre unaenfermedad genética que azota a su famila, al ingerir algunos nanobots que se introducirán ensu ADN, repararán el gen defectuoso. Inclusive la cirugía plástica tradicional será eliminada, yaque nanobots médicos podrán cambiar el color de sus ojos, alterar la forma de su nariz, y másaún, podrán hacerle un cambio total de sexo sin el uso de cirugía.

Nanorobots inmunológicos

El sistema inmune de nuestro cuerpo es el encargado de proporcionar defensas contra agentesextraños o nocivos para nuestro cuerpo, pero como todos los sistemas éste siempre no puedecon todo. Entre estas deficiencias se encuentra que muchas veces no responde( como es elcaso con el SIDA) otras veces sobreresponde (en el caso de enfermedades autoinmunitarias).Cabe decir que los nanorobots estarán diseñados para no provocar una respuesta inmune,quizás las medidas que tienen estos bastaran para no ser detectados por el sistema inmune. Lasolución que ofrece la nanomedicina es proporcionar dosis de nanorobots para unaenfermedad especifica y la subsecuente reparación de los tejidos dañados, substituyendo enmedida a las propias defensas naturales del organismo.

Nanorobots medicos capaces de viajar por el cuerpo humano y

Detectar a los agentes q causan las enfermedades

La biostasis: una aplicación para el futuro

Él termino de biostasis se aplica a la capacidad de tener un tejido que se mantenga encondiciones estables durante un lapso de tiempo indefinido. También es sinónimo de criogeniaya que para este tipo de método se propone utilizar alguna sustancia que vitrifique o congelelos tejidos a fin de protegerlos. Este método es una esperanza para las personas que tienenalguna enfermedad que no puede ser curada en su tiempo. Aunque esta técnica por ahora nose le puede relacionar con la nanotecnologia, en un futuro sí ya, que la idea es reparar lostejidos de la persona en un futuro, y los nanorobots van a ser los encargados de este trabajo.

Aunque aun los médicos no se ponen de acuerdo si la resucitación del paciente puede serviable, los investigadores de este tema sostienen que en un futuro se tendrán las técnicas paralograr hacer esto.

Modificando el DNA

Otra de las expectativas que se pueden lograr con la nanomedicina será sin duda lamodificación de material genético humano y por consiguiente la cura de las enfermedadesgenéticas asociadas. Aunque la ingeniería genética es la que se encarga de la investigación enespecial de esta molécula, la nanotecnología va a ser la encargada de proporcionar lasherramientas necesarias para la manipulación de tan preciada molécula.

La Nanotecnologia en la creación del Hombre Biónico

Una de las cuestiones a superar para poder pensar en un ejemplar biónico tiene que ver con eltamaño de los componentes de ese sistema maravilloso que es el cuerpo humano. Unaincreíble multiplicidad de funciones tienen lugar en partes del sistema imposibles dereproducir... hasta ahora.

Cuando el cuerpo realiza un movimiento, digamos por ejemplo tomar una copa de cristal, estácumpliendo muchas y muy complicadas funciones al mismo tiempo, de las cuales en sumayoría ni siquiera tenemos conciencia. Mover los músculos de cinco dedos al mismo tiempo,a la vez que sensamos la presión necesaria para sostener la copa sin dejarla caer pero sinromperla. Pero eso no es todo: mientras tomamos la copa, seguimos usando otros sistemascomo el auditivo y el visual, mantenemos el equilibrio corporal, respiramos, medimos el nivelde glucosa, procesamos alimentos, etc., etc. ¿Cómo instalar componentes que cumplan esasfunciones en espacios tan pequeños, y guardando las formas anatómicas?

El primer paso fue la reducción de los procesadores hasta convertirlos en micro-procesadores,pero eso no es suficiente. La Nanotecnología entra entonces en escena. Esta disciplina tiende areducir los componentes a un tamaño increíblemente pequeño. El objetivo es reunir un grupode funciones -que podríamos llamar lógicas- en reacciones dentro de un compuesto ideadopara provocar los efectos deseados, en este caso, ciertas tareas. Este nano-componente realizasus funciones de manera independiente, es decir, tiene un alto grado de autonomía. Elreducido tamaño de estos elementos hace necesaria la intervención de robots que aportan sualtísima precisión para su construcción.

¿Podrá la Nanotecnología cooperar con la Biónica en el alumbramiento del hombre biónico?Predecir los plazos en que eso se logre es sumamente difícil. Pero la ciencia y la tecnología hancreado un tiempo potencial que se acelera exponencialmente. Al incorporar nuevos recursos,éstos dan el marco para nuevos desafíos en un continuum con ritmo propio, capaz de hacernosrecuperar nuestra adormecida capacidad de asombro.

Nanosatelites

Las aplicaciones más inmediatas de la Nanotecnología se dirigen al sector de la exploraciónespacial. Entre éstas, podemos hablar de bases de lanzamiento de gran altitud, estacionesespaciales, vehículos ligeros y muy resitentes, naves personales para viajar por el espacio o losconocidos nanosatélites, como el NANOSAT, un proyecto de desarrollo de un nanosatéliteespañol, iniciado en 1995.

El NANOSAT parte de un concepto ideado en el INTA y cuya gestión y construcción se realizatotalmente en España, partiendo de una nueva filosofía de diseño: más pequeño, más potente,más rápido, con una aplicación específica concreta, con mayores prestaciones y menorconsumo. El éxito en este proyecto de vanguardia puede suponer una importante presenciaespañola en la futura "pequeña revolución en el espacio".

Micrometro.

Unidad de medida muy pequeña que equivale a una millonésima parte de un metro. Se utilizapara medir elementos que son microscópicos.

Tipos de Nanotecnologia.

Nanotecnologia Humeda.

Esta tecnología se basa en sistemas biológicos que existen en un entorno acuoso incluyendomaterial genético, membranas, encimas y otros componentes celulares.

Tambien se basan en organismos vivientes cuyas formas, funciones y evolución,songobernados por las interacciones de estructuras de escalas nanométricas.

Nanotecnologia Húmeda.

Derivada de la ciencia de superficies y química física, la nanotecnología seca se centra en lafabricación de estructuras de carbón (por ejemplo fullerenes y nanotubos), silicio y otrosmateriales inorgánicos.

A diferencia de "nanotecnología húmeda", las técnicas "secas" permiten el uso de metales ysemiconductores. Debido a sus electrones de conducción activa, estos materiales sonexcesivamente reactivos como para funcionar en un entorno "húmedo". Pero esos mismoselectrones proporcionan las propiedades físicas que resultan interesantes para aparatoselectrónicos, magnéticos y ópticos.

En le lenguaje de difusión, "Nanotecnología seca" se emplea frecuentemente al referirse aldiseño de dispositivos mecánicos diminutos pero tradicionales con pequeñas cantidades deátomos; la "nanotecnología húmeda" se emplea en ámbito de la división celular biológica y delADN.

Los Fulerenos.

Los fulerenos son moléculas de carbono aceptores de electrones, se pueden oxidar

y reducir bajo ciertas condiciones experimentales para generar los iones correspondientes,estos iones frente a un contraión forman materiales que tienen propiedades físicas muyinteresantes que pueden permitir aplicaciones en el diseño

de dispositivos electrónicos para sistemas de cómputo, sistemas de comunicación, etc

Forma de carbono C60

Robert Curl y Richard Smalley, de la Universidad de Rice, lo descubrieron en 1985

Recibieron el Premio Nóbel de Química en 1996 por su descubierto

Esta bola de fórmula C60 se conoce también como "buckminsterfullerene" o simplemente"fulereno" en honor del ingeniero americano R. Buckminster Fuller. Fuller había diseñado, yaen 1967, para la EXPO en Montreal, una cúpula geodésica en la que usaba elementoshexagonales junto con alguno pentagonal para curvar la superficie. La molécula de fulereno esverdaderamente un asombroso conjunto de 60 átomos de carbono (esferas azules en el dibujode arriba), todos ellos equivalentes, indistinguibles, cada uno enlazado a otros tres carbonos,como en el grafito, pero con una topología peculiar, formando parte de dos hexágonos y unpentágono que da lugar a una estrutura cerrada

Nanoparticulas.

Estas unidades son más grandes que los átomos y las moléculas. No obedecen a la químicacuántica, ni a las leyes de la física clásica, poseyendo características propias (+ sobre conceptoteórico).

Se sitúan en el corto plazo como una de las aplicaciones más inmediatas de la nanotecnologíacon productos y sectores que ya están presentes en el mercado.

Las nanopartículas están avanzando con descubrimientos casi diarios en muchos frentes. Es elcaso de los biosensores, las nanopartículas con base hierro contra tejidos cancerosos, etc. Engeneral, la biomedicina y la biotecnología son dos campos muy prometedores de potencialesaplicaciones.

Obviamente estamos refiriéndonos a las nanopartículas creadas artificialmente a través de laingeniería de partículas en los laboratorios, creadas a naoescala por investigadores

*Nanopartículas de oro pueden simplificar la detección de cáncer

Las nanopartículas de oro son muy buenas dispersando yabsorbiendo luz. El propósito de los investigadores eraaprovechar esa cualidad en una célula viva para así poderdetectar más fácilmente el cáncer. Hasta ahora, los resultadosson muy prometedores.

Muchas células cancerosas tienen una proteína, conocida comoreceptor del factor de crecimiento epidérmico (EFGR), en susuperficie, mientras que las células sanas no expresan estaproteína tan fuertemente. Conjugando, o uniendo las

nanopartículas de oro a un anticuerpo contra el EFGR, llamado anti-EFGR, los investigadorespueden lograr nanopartículas que se unan a las células cancerígenas.

Si se agrega esta solución conjugada de nanopartículas a células sanas y a células cancerosas, yse observa la imagen, se puede constatar, mirando con un simple microscopio, que toda lacélula cancerosa está brillando. Las células sanas no se unen específicamente a lasnanopartículas, de manera que no se ve dónde están dichas células. Con esta técnica, si seobserva una célula bien definida brillando intensamente, significa que es cancerosa.

En el estudio, los investigadores comprobaron que las nanopartículas de oro tienen un 600 porciento más de afinidad con las células cancerosas que con las normales.

Las partículas que respondieron mejor eran las de 35 nanómetros de tamaño. Losinvestigadores probaron su técnica usando cultivos de célula con dos diferentes tipos decáncer oral, y con una línea de células no malignas. La forma del espectro de absorción de lasnanopartículas de oro también sirve para distinguir entre células cancerosas y sanas.

Lo que hace esta técnica tan prometedora es que no requiere costosos microscopios y láserespara obtener los resultados, mientras que otras técnicas sí. Demanda solamente unmicroscopio simple, barato, y una luz blanca.

Otra ventaja es que los resultados son instantáneos. Si se toman células de un tejido concáncer y se las rocía con las nanopartículas de oro unidas al anticuerpo, se ven los resultadosde inmediato. La dispersión es tan fuerte que se puede detectar una partícula individual.

Finalmente, la técnica no es tóxica para las células humanas. Otra técnica similar basada enpuntos cuánticos, emplea cristales semiconductores para marcar las células cancerígenas, peroel material del semiconductor es potencialmente tóxico.

Nanotubos.

Los nanotubos se componen de una o varias láminas de grafito u otro material enrolladassobre sí mismas. Algunos nanotubos están cerrados por media esfera de fullerene, y otros noestán cerrados. Existen nanotubos monocapa (un sólo tubo) y multicapa (varios tubos metidosuno dentro de otro, al estilo de las famosas muñecas rusas).

Los nanotubos tienen un diámetro de unos nanometros y, sin embargo, su longitud puede serde hasta un milímetro, por lo que dispone de una relación longitud:anchura tremendamentealta y hasta ahora sin precedentes.

La investigación sobre nanotubos de carbono es tanapasionante (por sus múltiples aplicaciones yposibilidades) como complejo (por la variedad de suspropiedades electrónicas, termales y estructuralesque cambian según el diámetro, la longitud, la formade enrollar...).

Los nanotubos de carbono son las fibras más fuertesque se conocen. Un solo nanotubo perfecto es de 10a 100 veces más fuerte que el acero por peso deunidad y poseen propiedades eléctricas muyinteresantes, conduciendo la corriente eléctricacientos de veces más eficazmente que los

tradicionales cables de cobre

El grafito (sustancia utilizada en lápices) es formado por átomos de carbono estructurados enforma de panel. Estas capas tipo-panel se colocan una encima de otra. Una sola capa de grafitoes muy estable, fuerte y flexible. Dado que una capa de grafito es tan estable sola, se adhierede forma débil a las capas al lado, Por esto se utiliza en lápices - porque mientras se escribe, secaen pequeñas escamas de grafito.

En fibras de carbono, las capas individuales de grafito son mucho más grandes que en lápices,y forman una estructura larga, ondulada y fina, tipo-espiral. Se pueden pegar estas fibras una aotras y formar así una sustancia muy fuerte, ligera (y cara) utilizada en aviones, raquetas detenis, bicicletas de carrera etc.

Pero existe otra forma de estructurar las capas que produce un material más fuerte todavía,enrollando la estructura tipo-panel para que forme un tubo de grafito. Este tubo es unnanotubo de carbono.

Los nanotubos de carbono, además de ser tremendamente resistentes, poseen propiedadeseléctricas interesantes. Una capa de grafito es un semi-metal. Esto quiere decir que tienepropiedades intermedias entre semiconductores (como la silicona en microchips deordenador, cuando los electrones se muevan con restricciones) y metales (como el cobreutilizado en cables cuando los electrones se mueven sin restricción). Cuando se enrolla unacapa de grafito en un nanotubo, además de tener que alinearse los átomos de carbonoalrededor de la circunferencia del tubo, también las funciones de onda estilo mecánicacuántica de los electrones deben también ajustarse. Este ajuste restringe las clases de funciónde onda que puedan tener los electrones, lo que a su vez afecta el movimiento de éstos.Dependiendo de la forma exacta en la que se enrolla, el nanotubo pueda ser un semiconductoro un metal.

Perspectivas de la Nanotecnologia.

Hay que saber algo fundamental acerca de la Nanotecnología: la materia se manipula hastallegar hasta su elemento más básico, el átomo. La Nanotecnología es un avance lógico,inevitable en el transcurso del progreso humano.

Más que un mero progreso en el limitado campo de la tecnología, representa el proceso denacimiento de una nueva "era" en la que usamos todas las posibilidades de la Nanotecnología.Son múltiples las áreas en las que la Nanotecnología tiene aplicaciones potenciales: desdepotentes filtros solares que bloquean los rayos ultravioleta hasta nanorobots diseñados pararealizar reparaciones celulares. A continuación se enumera una lista con algunos ejemplos delos principales campos que se verán afectados por los avances de la Nanotecnología:

Materiales: nuevos materiales, más duros, más duraderos y resistentes, más ligeros y másbaratos.

Electrónica: los componentes electrónicos serán cada vez más y más pequeños, lo quefacilitará el diseño de ordenadores mucho más potentes.

.

En breve, muchas áreas de nuestra vida diaria se verán afectadas de una manera u otra por elavance de la Nanotecnología. La Nanotecnología nos permitirá hacerlo todo mejor y conmenos esfuerzo.

Actualmente la Nanotecnologia…

En la actualidad, al comienzo del tercer milenio, los productos nanotecnológicos ya estándisponibles en el mercado. Así, es posible comprar raquetas de tenis más ligeras y másresistentes compuestas de nanotubos de carbón o cosméticos que contienen nanopartículasque facilitan la absorción. Pero aún estamos lejos de la época de la Nanotecnología, cuandoésta tenga efecto en nuestra vida diaria. ¿Cuándo se producirá esa revolución? ¿Cuándo nosbeneficiaremos de manera substancial de los avances en la investigación y en el desarrollo dela Nanotecnología? Los cálculos varían. Se calcula que a partir del 2010 y hasta el 2040 seproducirá un desarrollo progresivo del enfoque de “bottom-up” hasta que culmine en lafabricación molecular, de manera que podamos comprobar si esta teoría se puede poner enpráctica sin grandes obstáculos.

Beneficios de la Nanotecnología:

El uso de la Nanotecnología molecular (MNT) en los procesos de producción y fabricaciónpodría resolver muchos del los problemas actuales. Por ejemplo:

La escasez de agua es un problema serio y creciente. La mayor parte del consumo delagua se utiliza en los sistemas de producción y agricultura, algo que la fabricación deproductos mediante la fabricación molecular podría transformar.

Las enfermedades infecciosas causan problemas en muchas partes del mundo.Productos sencillos como tubos, filtros y redes de mosquitos podrían reducir esteproblema.

La información y la comunicación son herramientas útiles, pero en muchos casos nisiquiera existen. Con la nanotecnología, los ordenadores serían extremadamentebaratos.

Muchos sitios todavía carecen de energía eléctrica. Pero la construcción eficiente ybarata de estructuras ligeras y fuertes, equipos eléctricos y aparatos para almacener laenergía permitirían el uso de energía termal solar como fuente primaria y abundantede energía.

El desgaste medioambiental es un serio problema en todo el mundo. Nuevosproductos tecnológocos permitirían que las personas viviesen con un impactomedioambiental mucho menor.

Muchas zonas del mundo no pueden montar de forma rápida una infraestructura defabricación a nivel de los países más desarrollados. La fabricación molecular puede serauto-contenida y limpia: una sola caja o una sola maleta podría contener todo lonecesario para llevar a cabo la revolución industrial a nivel de pueblo.

La nanotecnológica molecular podría fabricar equipos baratos y avanzados para lainvestigación médica y la sanidad, haciendo mucho mayor la disponibilidad demedicinas más avanzados.

Aplicaciones de la Nanotecnologia.

Recubrimiento Nanotecnológico

El Recubrimiento Nanotecnológico de Maderas y Piedras de Percenta esun producto anorgánico orgánico elaborado con ayuda de lananotecnología química. Sus componentes antiadherencias se organizanpor sí mismos y confieren a la superficie una capa invisible decaracterísticas tanto hidrófilas como oleófilas. El recubrimiento de maderas y rocas es demúltiples aplicaciones en superficies porosas y absorbentes.

Si necesita un material para revestir superficies porosas, no dudeen utilizar el Recubrimiento de Percenta Maderas y Rocas. Tras laprimera aplicación notará su rechazo antisuciedad. Transparente yresistente a los rayos solares. De efectos nanotecnológicosduraderos. El Recubrimiento Nanotecnológico de Percenta nocontiene ceras ni silicona. No se altera la transpiración delmaterial.

El "Recubrimiento Nanotecnológico de Percenta" comienza suacción protectora inmediatamente después de su aplicación.

Mesas, puertas, marquesinas o barandillas serán protegidasdurante largo tiempo contra la humedad, suciedad y musgos. Lamadera deberá haber sido cortada por lo menos 3 meses antes deaplicar el revestimiento. No aplicar a madera de teca o maderastratadas con aceite, pues el aceite es el enemigo de lasnanopartículas.

Ideal para empresas de bricolaje, carpinterías y todas las empresas que trabajen lamadera.

Para maderas pintadas les ofrecemos nuestra espuma nanotecnológica multiuso.

Ladrillos y Piedras impresas:El lado del muro de la casa expuesto al mal tiempo adquiere conel tiempo un color diferente del resto de la casa. El Revestimientode todos los muros evitará que la suciedad pueda alterar su color.

Para empresas de construccion.

Azulejos y Losetas:El revestimiento de Maderas y Rocas protegerá su casa y jardín delas inclemencias del tiempo, decoloraciones a causa de lasuciedad, musgos, grasa y aceite.

Para agricultores, jardineros y empresas de pavimentos.

Zapatos/Calzado infantilEl calzado es la parte del vestuario expuesta a las mayoresexigencias. Cuando nos vemos sorprendidos por una tormenta, no

solamente se mojan los zapatos, sino tras ellos también los calcetines y los pies, con elposterior peligro de resfriado. Para estos casos se recomienda impermeabilizar el calzado conel nanorevestimiento. Sin embargo no será adecuado aplicar en caso de calzado engrasadopreviamente de fabricación, pues las grasas no son compatibles con este tipo derevestimientos nanotecnologicos.

Ideal para zapaterías y zapateros

Ropa de excursiones y ChaquetasDurante las excursiones a la montaña podrá emplear elrevestimiento nanotecnológico para proteger su ropa. Los tejidospermanecen inalterados en cuanto la transpiración, sin embargo elagua de la lluvia se quedará detenida en la superficie y la piel podrá respirar sin mojarse.

Ideal para tiendas de ropa al por menor

Toldos, sombrillas, capotas de cochesYa después de corto tiempo puede observarse como a causa de lahumedad se produce moho que se deposita en los toldos, sombrillaso capotas de los coches. Se suele olvidar que los toldos o sombrillasque nos protegen del sol durante el día deberían cerrarse por la noche con lo que la humedado lluvias nocturnas inesperadas provocan manchas que hubieran podido evitarse aplicandoeste revestimiento nanotecnológico.

Ideal para vendedores de coches y fabricantes de sombrillas y toldos

UniformesLas bandas de música se ven sorprendidas repetidamente por lalluvia. En las fiestas públicas no se puede dejar de tocarinmediatamente. Con el impregnado textil se conseguirá que elagua resbale sin penetrar en los tejidos. Útil también para el cuerpode policía.

Ideal para asociaciones y empleados del servico público

Ropa de esquí y snowboardAdecuado para los deportes de invierno en que la ropa estáexpuesta a condiciones extremas. La parte superficial de la ropasuele mojarse. El peso del agua nos hace movernos con dificultad yempezar a sudar, porque la piel no puede transpirar más. Con elimpregnado nanotecnológico se obligará al agua a resbalar sindepositarse en las superficies.

Ideal para tiendas de deporte y asociaciones

Disfraces, Trajes y corbatas:Como todos sabemos, siempre que se organiza una fiesta se nos caealgo en la ropa produciéndonos una mancha. Bien sea sopa o vino,nos hubiera sido más agradable haber prevenido impregnando lostrajes o vestidos de fiesta. No siempre se encuentra después unquitamanchas que de verdad no deje rastros. Ni la sopa ni las grasas

penetran en los tejidos. Agitar antes de usar y aplicar. ! Que siga la fiesta! Ideal también en laseda.

Ideal para tiendas de ropa y gastronomía

Asientos de cocheLos asientos de coche, no importa el tejido, se utilizan a menudocon ropa sucia o húmeda. Otras veces entra agua por la puerta alabrir mojándose los asientos y llegando a formarse capas desuciedades y cal. Tras la aplicación de este revestimientonanotecnológico, la suciedad no podrá introducirse en los tejidosdeteniéndose en la superficie.

Ideal para el comercio del automóvil y clubs del automóvil

Limpiador de Llantas (cromo, aluminio y acero)

“Percenta Limpiador de Llantas” es un producto de limpieza de granpoder de limpieza. Elimina sin problemas el polvo de los frenos yencrustaciones de las llantas. El producto está especialmenteelaborado para una limpieza en profundidad a la que se podrácontinuar con el revestimiento de llantas de “PercentaRevestimiento para llantas”. Adecuado para llantas de aluminio, cromo y acero.Ventajas:

Elimina sin problemas el polvo de los frenos Adiós a la limpieza trabajosa Llantas de acero y aluminio Limpiador innovativo

Aplicar en:

Llantas de camiones Llantas de coches Llantas de motos

¿Que interés tiene la Nanotecnología?

Los intereses involucrados en el desarrollo de Nanotecnología son continentales: América,Europa y Asia están preparando campañas de desarrollo en curso que no se concluirán a cortoplazo. Se están realizando grandes inversiones para desarrollar la Nanotecnología en todo elmundo.

Si por razones éticas extremistas o a causa de la prudencia antiapocalíptica, se intenta ahogarel avance de esta gran revolución post-industrial que actualmente se está desarrollando, seríaun grave error estratégico porque ahora más que nunca la competencia mundial seguirácreciendo y los nuevos súper poderes de la Nanotecnología van a aparecer, sobre todo en Asia.

Por ello, si hay que incentivar el desarrollo de la Nanotecnología, los esfuerzos han derealizarse en la dirección adecuada: han de establecerse garantías, porque al igual que contodos los grandes avances tecnológicos, las nuevas posibilidades contienen incógnitas y riesgosque debemos conocer, como una nueva carrera armamentística, basada en armas máspequeñas y más mortíferas.

CONCLUSIONES:

Los expertos del FTF prevén que el desarrollo de la nanotecnología comenzará a

Tener una gran repercusión en los próximos cinco-diez años, aunque con distintaevolución

Según los diferentes sectores. Los nanomateriales, al tener aplicación en diversossectores, se prevé que sean los que antes se introduzcan en el mercado paraposteriormente permitir la entrada de la nanotecnología en la electrónica y la energía.El

campo en el que se estima que la nanotecnología tardará más en hacer su aparición es

la medicina, ya que se verá condicionada por la regulación en sus aplicaciones.

Las expectativas creadas en torno a la nanotecnología proyectan un desarrollo dividido

en tres fases:

En la actualidad la nanotecnología se encuentra en fase de investigación y el conocimientocientífico se empieza a plasmar en aplicaciones.

Los próximos cinco años: período en el que se espera que se desarrollen numerosasaplicaciones que empiecen a ser industrializadas por las empresas.

De diez años en adelante: la nanotecnología se consolidará como industria y el consumidordispondrá de gran cantidad de productos con nanotecnología en el mercado.

Esta evolución va a depender de una serie de factores clave que los expertos del FTF hanidentificado entre la incertidumbre que envuelve a la nanotecnología y que van a determinarsu éxito. La presencia de las herramientas adecuadas que permitan el estudio a escalananométrica, la búsqueda de aplicaciones prácticas que atraigan la inversión privada, lareducción de los costes de procesos y equipamiento, y una política gubernamental quefomente su desarrollo ayudarán a que la nanotecnología penetre en el mercado con mayorceleridad.

A pesar de que los expertos otorgan una gran probabilidad a que estos factores se cumplan,también han identificado una serie de obstáculos que pueden ralentizar la nanotecnología.

La escasez de inversión supondría un despegue mucho más a largo plazo de la nanotecnologíaante la falta de recursos, así como la falta de coordinación entre Centros de investigación yempresas podría hacer más difícil que las aplicaciones llegaran a industrializarse.

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