Biomateriales
Los biomateriales son un tipo de materiales funcionales
especiales naturales o sintéticos que se utilizan para contactar e interactuar
con sistemas vivos y pueden diagnosticar, tratar, reemplazar y reparar o
inducir la regeneración de sus células, tejidos y órganos, también conocidos
como materiales biomédicos . Los biomateriales es un campo en el que se están
desarrollando múltiples disciplinas en el campo de la ciencia de los
materiales. Su contenido de investigación incluye la ciencia de los materiales,
las ciencias de la vida , la química, la biología, la anatomía, la patología,
la medicina clínica, la farmacología y otras disciplinas. Incluyen la
tecnología de la ingeniería y las ciencias de la gestión . Los materiales
biológicos incluyen materiales sintéticos artificiales y materiales naturales ;
hay materiales únicos, materiales compuestos y materiales híbridos compuestos
de células vivas o tejidos naturales y materiales inanimados . El material
biológico en sí no es un fármaco y su enfoque de tratamiento se basa en la
combinación e interacción directas con el organismo biológico.
Características
Los materiales biológicos se utilizan principalmente en
humanos, y sus requisitos son muy estrictos, deben tener cuatro
características:
Funcionalidad biológica. Dependiendo del uso de diversos
materiales biológicos, por ejemplo, cuando se usa como fármaco de liberación
sostenida, el rendimiento de liberación sostenida del fármaco es su
funcionalidad biológica
Biocompatibilidad. Se puede resumir como la interrelación
entre materiales y organismos vivos, incluyendo principalmente la
compatibilidad sanguínea y la histocompatibilidad ( rechazo no tóxico, no
cancerígeno , no pirogénico, no inmunológico, etc.).
Estabilidad química . Resistencia al bioenvejecimiento (particularmente
estable) o biodegradabilidad (degradación controlable).
Maquinabilidad. Se puede moldear y esterilizar
(esterilización UV, ebullición a alta presión, esterilización con gas de óxido
de etileno, esterilización con alcohol, etc.).
Clasificación de materiales
Dividido por función material:
- 1. Materiales compatibles con la sangre como válvulas artificiales, tráquea artificial, corazones artificiales, membranas de separación de plasma, adsorbentes para hemoperfusión, materiales de cultivo celular, etc .;
- 2. Los materiales compatibles con tejidos blandos, como materiales poliméricos para lentes de contacto, lentes intraoculares, polisiloxanos , poliaminoácidos, etc., se utilizan en piel artificial, tráquea artificial, esófago artificial, uréter artificial, reparación de tejidos blandos y otros campos;
- 3. Materiales compatibles con tejidos duros como metales médicos, polietileno, biocerámicas, etc., articulaciones, dientes, otros huesos, etc .;
- 4. Los materiales biodegradables como la quitina , el ácido poliláctico, etc. se utilizan para suturas , portadores de fármacos, adhesivos, etc .;
- 5. Fármacos péptidos poliméricos, insulina , vacunas sintéticas, etc., utilizados para la diabetes , enfermedades cardiovasculares, cáncer e inflamación.
Clasificado por fuente de material:
- 1, material propio
- 2. Órganos y tejidos alogénicos;
- 3. Órganos y tejidos alogénicos;
- 4. Materiales sintéticos artificiales;
- 5, materiales naturales
Según composición y naturaleza:
- 1. Materiales metálicos biomédicos
- 2. Materiales poliméricos médicos
- 3. Materiales médicos inorgánicos no metálicos
Materiales metálicos biomédicos
Los materiales metálicos biomédicos más excelentes incluyen
acero inoxidable médico , aleaciones a base de cobalto, titanio y aleaciones de
titanio, aleaciones de níquel-titanio con memoria de forma, metales preciosos
como oro y plata, amalgama de plata, tántalo, niobio y otros metales y
aleaciones.
⑴ Acero inoxidable médico
Con cierta resistencia a la corrosión y buenas propiedades
mecánicas completas, y la tecnología de procesamiento es simple, es el material
más utilizado y ampliamente utilizado en materiales metálicos biomédicos.
Los grados de acero comúnmente utilizados son US304, 316,
316 L, 317, 317L, etc.
Después de que el acero inoxidable médico se implanta en un
cuerpo vivo, puede ocurrir corrosión por picaduras y ocasionalmente puede
ocurrir corrosión por tensión y fatiga por corrosión. La desinfección
preclínica, el pulido electrolítico y el tratamiento de pasivación del acero
inoxidable médico pueden mejorar la resistencia a la corrosión.
El acero inoxidable médico se usa ampliamente en ortopedia y
odontología.
⑵Aleación a base de cobalto
Las aleaciones a base de cobalto generalmente mantienen la
pasivación en el cuerpo humano En comparación con el acero inoxidable, la
película de pasivación de las aleaciones a base de cobalto es más estable y
tiene mejor resistencia a la corrosión. Entre todos los materiales metálicos
médicos, tiene la mejor resistencia a la abrasión y es adecuado para la
fabricación de implantes a largo plazo con cargas corporales severas.
En la cirugía plástica, se utiliza para la fabricación de
articulaciones artificiales de cadera, articulaciones de la rodilla y placas
para huesos , clavos óseos , hebillas de conjuntos y clavos para huesos. En
cirugía cardíaca, se utiliza para fabricar válvulas cardíacas artificiales,
etc.
⑶Titanio médico y aleaciones de titanio
No solo tiene buenas propiedades mecánicas, sino que también
tiene una buena biocompatibilidad en entornos fisiológicos . Debido a su
pequeña gravedad específica y módulo elástico más cercano al hueso natural que
otros metales, se usa ampliamente en la fabricación de diversas articulaciones
artificiales como rodillas, codos y hombros. Además, las aleaciones de titanio
también se utilizan en el sistema cardiovascular. La resistencia al desgaste de
la aleación de titanio es insatisfactoria y existe un fenómeno de
agarrotamiento que limita su ámbito de uso.
Polímero biomédico
Según el objeto de aplicación y las propiedades físicas del
material, se divide en materiales de tejido blando, materiales de tejido duro y
materiales biodegradables. Puede cubrir parte de las necesidades de los tejidos
y órganos humanos, por lo que es muy valorado en medicina. Hay docenas de
materiales poliméricos adecuados para materiales de implantes humanos.
* Materiales de tejido blando: se utiliza principalmente
como material de tejido blando, especialmente las membranas y tubos de órganos
artificiales. La membrana de polietileno, la membrana de
politetrafluoroetileno, la membrana de caucho de silicona y el tubo se pueden
utilizar para fabricar pulmones, riñones, corazón , laringe , tráquea,
conductos biliares y córnea artificiales . La fibra de poliéster se puede utilizar
para fabricar vasos sanguíneos, peritoneo, etc.
* Material de tejido duro: polímero acrílico (es decir,
cemento para huesos), policarbonato, polietileno de peso molecular ultra alto,
polimetacrilato de metilo (PMMA), nailon, caucho de silicona o similares se
pueden utilizar para fabricar huesos artificiales y articulaciones artificiales
.
* Materiales degradables: el poliéster alifático tiene
propiedades biodegradables y se ha utilizado para suturas quirúrgicas
aceptables.
Materiales biomédicos inorgánicos no metálicos
Los materiales bioinorgánicos incluyen principalmente
biocerámicas , biovidrios y materiales de carbono médico .
Según la reacción de tejido y material provocada por la
implantación en organismos vivos, las biocerámicas se dividen en:
⑴ Biocerámicas casi inertes, como biocerámicas de alúmina,
biocerámicas de zirconia , vidrio de borosilicato;
⑵Surface biocerámicos activos, tales como materiales
biocerámicos a base de fosfato de calcio, bioactivos cerámicas de vidrio ;
(3) Biocerámicas absorbibles, tales como biocerámicas de
metafosfato tricálcico y biocerámicas de sulfato de calcio.
Después de implantarse en un cuerpo vivo, las cerámicas de
vidrio bioactivas pueden reaccionar químicamente con los fluidos corporales y
formar una capa de apatita a base de antílope en la superficie del tejido, por
lo que se puede utilizar para implantes de raíces artificiales, coronas
dentales, empastes óseos y materiales de recubrimiento. .
En comparación con los huesos naturales, aunque las
cerámicas de vidrio bioactivas tienen mayor resistencia, tienen poca tenacidad,
alto módulo de elasticidad, fractura por fragilidad, poca resistencia a la
fatiga en entornos fisiológicos y no se pueden utilizar directamente para una
gran capacidad de carga. Hueso artificial.
Material de carbono médico: tiene un módulo de elasticidad
cercano al del hueso natural.
Los materiales de carbono médico tienen el mejor rendimiento
a la fatiga y su resistencia no disminuye con la carga cíclica. Los materiales
de carbono apilados desordenadamente tienen una resistencia al desgaste ideal.
Los materiales de carbono médico son relativamente estables
en el entorno fisiológico, casi inertes, tienen buena biocompatibilidad, no
provocarán reacciones de coagulación y hemólisis y son particularmente
adecuados para su uso en el entorno fisiológico.
Los materiales médicos de carbono se han utilizado
ampliamente en la reparación del sistema cardiovascular, como válvulas
cardíacas artificiales y vasos sanguíneos artificiales. También se puede
utilizar como material de revestimiento para metales y polímeros.
Materiales compuestos biomédicos
Los materiales compuestos biomédicos se componen de dos o
más materiales diferentes.
Según el material base, se divide en: materiales compuestos
a base de polímero, a base de cerámica, a base de metal y otros materiales
compuestos biomédicos.
Según la forma y propiedades del refuerzo, se divide en
refuerzo de fibra, refuerzo de partículas y material bioactivo de relleno de
materiales compuestos biomédicos.
Según la reacción del tejido y del material provocada por el
material implantado en el cuerpo, se puede dividir en materiales compuestos
biomédicos biológicamente inertes, biológicamente activos y absorbibles.bles.
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