MOOC Biomateriales 8.3: Biomateriales Metálicos NiTinol y Magnesio

Summary

Este video del curso de introducción a los biomateriales se enfoca en dos materiales metálicos: el nitinol y el magnesio. El nitinol, una aleación de níquel y titanio, muestra memoria de forma y superelasticidad, lo que lo hace ideal para aplicaciones como stents y prótesis dentales. El magnesio, biodegradable y similar al hueso en propiedades, tiene usos limitados debido a su rápida corrosión en el cuerpo. La lección también menciona espumas metálicas, que facilitan la integración ósea y disminuyen la rigidez de los implantes.

Takeaways

• 😀 El nitinol es una aleación de níquel y titanio (50% cada uno), conocida por su memoria de forma y descubierta en el laboratorio de la marina norteamericana.
• 🔍 El nitinol puede existir en dos fases estables dependiendo de la temperatura: la fase monoclínica (martensítica) a bajas temperaturas y la fase cúbica (austenítica) a altas temperaturas.
• 🌡️ La transición entre fases se puede detectar mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC), donde se observan cambios en la cantidad de calor absorbido durante el cambio de fase sin variación de temperatura.
• 🔥 La memoria de forma del nitinol permite que el material recuerde su forma en la fase austenítica y la recupere con un cambio de temperatura, lo que se demuestra en aplicaciones como stents y prótesis dentales.
• 🔁 El nitinol también muestra una doble memoria de forma, recordando ambas, la forma austenítica y la martensítica después de ser deformada, lo que se puede utilizar en aplicaciones biomédicas.
• 📈 El nitinol exhibe superelasticidad, permitiendo deformaciones grandes y completamente recuperables, útil en aplicaciones donde se requieren cambios de forma significativos.
• 🛡️ El magnesio es un material biodegrable y absorbible en el cuerpo, con propiedades mecánicas similares al hueso y que favorece la formación de hueso.
• 🚫 Sin embargo, el magnesio se corrompe rápidamente en el cuerpo, lo que puede causar problemas de salud y disminuir sus propiedades mecánicas antes de que el cuerpo se reparte.
• 🛠️ Para mejorar la estabilidad del magnesio en el cuerpo, se pueden aplicar recubrimientos como hidroxiapatita o aleaciones con otros elementos para reducir la corrosión.
• ⚖️ Las espumas metálicas, que son materiales con poros, pueden mejorar la integración y compatibilidad mecánica con el hueso y los tejidos corporales.

Q & A

¿Qué es el nitinol y qué le confiere su propiedad de memoria de forma?

El nitinol es una aleación de níquel y titanio, con un 50% de cada metal. Su propiedad de memoria de forma se debe a su capacidad de tener dos fases estables, la monoclínica a bajas temperaturas y la cúbica a altas temperaturas, lo que le permite recordar y recuperar una forma determinada previamente a una cierta temperatura.

¿Cuál es la diferencia entre la fase martensítica y la fase austenítica del nitinol?

La fase martensítica es la fase estable del nitinol a bajas temperaturas, con una estructura monoclínica y propiedades mecánicas más bajas. La fase austenítica, por otro lado, es la fase estable a altas temperaturas, con una estructura cúbica y mejores propiedades mecánicas.

¿Cómo se pueden detectar los cambios de fase en el nitinol?

Los cambios de fase en el nitinol se pueden detectar mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC), que muestra un cambio brusco en la cantidad de calor absorbido por la muestra en relación con una muestra de referencia durante el cambio de fase.

¿Qué temperaturas definen el inicio y el fin de la transformación de fase del nitinol?

La temperatura Ms marca el inicio de la formación de martensita y el inicio de la transformación de fase, mientras que la temperatura Mf indica el final de esta transformación. Para la transformación de martensita a austenita, las temperaturas correspondientes son As y Af.

¿Qué es la memoria de forma simple y cómo funciona en el nitinol?

La memoria de forma simple es la capacidad del nitinol para recordar una forma dada en la fase austenítica y recuperarla después de ser deformado y enfriado a una temperatura donde se mantiene la fase martensítica, al ser calentado nuevamente.

¿Qué es la doble memoria de forma y cómo se produce en el nitinol?

La doble memoria de forma es un efecto por el cual el nitinol puede recordar y recuperar dos formas diferentes, una en la fase austenítica y otra en la fase martensítica, después de haber sido sometido a un ciclo de deformación, enfriamiento y calentamiento repetidamente.

¿Qué es la superelasticidad y cómo se relaciona con el nitinol?

La superelasticidad es la capacidad de un material para soportar grandes deformaciones elásticas recuperables. En el caso del nitinol, se produce cuando el material en fase austenítica se encuentra cerca de la temperatura de transformación a martensita y es deformado, provocando el cambio de fase y una gran deformación con poca variación en la tensión.

¿Cuáles son algunas de las aplicaciones del nitinol en el campo biomédico?

El nitinol se utiliza en aplicaciones biomédicas como stents para lavas sanguíneos, prótesis valvulares cardiacas, brackets dentales y otros dispositivos implantables que pueden beneficiarse de su memoria de forma y superelasticidad.

¿Qué ventajas ofrece el magnesio como biomaterial?

El magnesio es un biomaterial biodegradable y absorbible en el cuerpo, con propiedades mecánicas similares al hueso y una densidad cercana a la del hueso, lo que lo hace compatible con el tejido óseo y favorable para la osteointegración.

¿Por qué no se utiliza más comúnmente el magnesio como biomaterial a pesar de sus ventajas?

A pesar de sus ventajas, el magnesio no se utiliza comúnmente debido a su rápida corrosión en los fluidos corporales, lo que puede llevar a concentraciones altas de magnesio en el cuerpo y a una degradación rápida de sus propiedades mecánicas antes de que el hueso se reparte o se integre.

¿Cómo se pueden mejorar las propiedades del magnesio para su uso como biomaterial?

Se pueden mejorar las propiedades del magnesio como biomaterial mediante la recubrimiento con hidroxiapatita para disminuir su detección por el cuerpo y la corrosión, o mediante la aleación con otros elementos para modificar sus propiedades de corrosión y controlar la velocidad de disolución.

¿Qué son las espumas metálicas y cuáles son sus ventajas como biomateriales?

Las espumas metálicas son materiales que contienen poros o agujeros, lo que reduce su rigidez y mejora la compatibilidad mecánica con los tejidos del cuerpo. Además, los poros facilitan la integración del tejido óseo y la adaptación del implante en el cuerpo.

¿Cómo se equilibra la cantidad de poros en las espumas metálicas para no comprometer las propiedades mecánicas del implante?

Se debe equilibrar el tamaño, número, forma y conectividad de los poros en las espumas metálicas para no comprometer las propiedades mecánicas del implante, asegurando al mismo tiempo una buena integración biológica y adaptación a las propiedades de los tejidos del cuerpo.