Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales: Clasificación, Ciclo de Desarrollo y Aplicaciones Biomédicas

Clasificación de Materiales según Amstead, Ostwald y Begeman

Los materiales se clasifican en:

• Metálicos
  • Ferrosos
    • Aceros: Inoxidables, para herramientas y súper aleaciones.
    • Fundiciones.
  • No Ferrosos
• No Metálicos
  • Orgánicos: Plásticos, derivados del petróleo, madera.
  • Inorgánicos: Minerales, cemento, vidrio.

Clasificación de Materiales según Van Vlack

• Metales
• Polímeros
• Cerámicos

Clasificación de Materiales según Askeland

• Metales
• Polímeros
• Cerámicos
• Semiconductores
• Materiales Compuestos

El Ciclo del Desarrollo de Materiales

El desarrollo de materiales sigue un ciclo repetitivo interconectado:

Estructura de Materiales → Propiedades → Método de Elaboración → Tipos de Enlace.

Si se modifica el tipo de enlace, cambian la microestructura y las propiedades. Para lograr este cambio, es necesario modificar el método de elaboración (ejemplos: fundición, sinterizado, forjado).

Proceso de Selección de Materiales

1. Aplicación: Definición basada en propiedades mecánicas, eléctricas, etc.
2. Propiedades: Identificación del material candidato.
3. Material: Identificación del procesamiento requerido.

Definiciones Clave en Biomateriales

Biomaterial

Material sintético usado para reemplazar parte de un sistema vivo o funcionar en contacto con el tejido vivo.

Material Biológico

Material producido por un sistema biológico, como el hueso o la piel.

Factores de Éxito de un Biomaterial

El éxito de un biomaterial depende de:

• Propiedades y biocompatibilidad del implante.
• Estado de salud del receptor.
• Competencia del cirujano.

Tipos Específicos de Materiales

Polímeros

Compuestos que consisten en moléculas de cadena larga. Cada molécula está hecha de unidades repetitivas que se unen entre sí. La mayoría se basa en el carbono. Se utilizan para fabricar arterias y venas. Los materiales poliméricos pueden ser fabricados en fibras y textiles.

Metales

Elementos comunes en biomateriales incluyen: Fe, Cr, Co, Ni, Ti, Ta, Mo y W.

Se prefieren los metales no ferrosos debido a su bajo grado de corrosión.

Dato Histórico: El Sherman Vanadium Steel fue el primer metal desarrollado para uso humano, utilizado para fabricar placas de fractura ósea.

Cerámicos

Son compuestos policristalinos refractarios, formados por un átomo metálico y uno no metálico. Incluyen silicatos, sulfuros e hidruros. Se caracterizan por ser duros y por su resistencia a la oxidación y la corrosión.

Modelos Animales en Pruebas de Materiales

• Conejos: Pruebas de oídos, piel y detección de pirógenos.
• Ratones: Pruebas de genotoxicidad.
• Puerco (Cerdo): Uso en pruebas de implantes.

Interconectores

Se seleccionan por su alta resistencia específica (como las fibras) y por su biocompatibilidad.