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Questions and Answers
¿Cuál de las siguientes opciones describe mejor la relación entre las propiedades de un material y su microestructura?
¿Cuál de las siguientes opciones describe mejor la relación entre las propiedades de un material y su microestructura?
La tensión nominal siempre es la misma que la tensión real experimentada por un material bajo carga.
La tensión nominal siempre es la misma que la tensión real experimentada por un material bajo carga.
False (B)
¿Cuál es la unidad de medida de la tensión en el Sistema Internacional (SI)?
¿Cuál es la unidad de medida de la tensión en el Sistema Internacional (SI)?
Pascal (Pa)
La __________ es una medida del cambio de longitud por unidad de longitud en respuesta a una carga.
La __________ es una medida del cambio de longitud por unidad de longitud en respuesta a una carga.
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Relacione los siguientes términos con sus definiciones correspondientes:
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¿Cuál de los siguientes factores no influye directamente en la degradación de un biomaterial implantado en el cuerpo humano?
¿Cuál de los siguientes factores no influye directamente en la degradación de un biomaterial implantado en el cuerpo humano?
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Las propiedades de superficie de un biomaterial siempre son idénticas a las propiedades del resto del material.
Las propiedades de superficie de un biomaterial siempre son idénticas a las propiedades del resto del material.
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Describe brevemente la diferencia entre una superficie hidrofóbica y una hidrofílica en un biomaterial.
Describe brevemente la diferencia entre una superficie hidrofóbica y una hidrofílica en un biomaterial.
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La capacidad de un biomaterial para transportar cargas de manera confiable sin deformación excesiva o falla prematura se relaciona con sus propiedades ________.
La capacidad de un biomaterial para transportar cargas de manera confiable sin deformación excesiva o falla prematura se relaciona con sus propiedades ________.
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Relacione las siguientes propiedades de los biomateriales con sus características definitorias:
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¿Cuál de los siguientes materiales se caracteriza por tener electrones libres y enlaces no direccionales?
¿Cuál de los siguientes materiales se caracteriza por tener electrones libres y enlaces no direccionales?
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Los enlaces de hidrógeno son direccionales y se encuentran presentes en la estructura del agua en estado sólido (hielo).
Los enlaces de hidrógeno son direccionales y se encuentran presentes en la estructura del agua en estado sólido (hielo).
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¿Qué tipo de enlace interatómico es predominante en los compuestos inorgánicos formados a altas temperaturas, que contienen elementos metálicos y no metálicos?
¿Qué tipo de enlace interatómico es predominante en los compuestos inorgánicos formados a altas temperaturas, que contienen elementos metálicos y no metálicos?
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La organización macroscópica de átomos y moléculas unidos por diferentes fuerzas determina la ______ y sus propiedades.
La organización macroscópica de átomos y moléculas unidos por diferentes fuerzas determina la ______ y sus propiedades.
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Empareja los siguientes tipos de enlace con su característica principal:
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¿Cuál de las siguientes escalas de longitud influye secundariamente en las propiedades mecánicas de los materiales?
¿Cuál de las siguientes escalas de longitud influye secundariamente en las propiedades mecánicas de los materiales?
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La síntesis y el procesamiento de materiales no influyen en su estructura.
La síntesis y el procesamiento de materiales no influyen en su estructura.
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¿Cuál de las siguientes NO es una propiedad de los materiales mencionada?
¿Cuál de las siguientes NO es una propiedad de los materiales mencionada?
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¿Cuál de los siguientes métodos se utiliza para medir la dureza de un material?
¿Cuál de los siguientes métodos se utiliza para medir la dureza de un material?
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Un material con mayor dureza siempre tendrá menor resistencia al desgaste mecánico.
Un material con mayor dureza siempre tendrá menor resistencia al desgaste mecánico.
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¿Qué propiedad térmica de un biomaterial es importante considerar para evitar un flujo de calor antinatural en el tejido circundante?
¿Qué propiedad térmica de un biomaterial es importante considerar para evitar un flujo de calor antinatural en el tejido circundante?
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Además de las propiedades mecánicas, el ______ financiero y ambiental de un biomaterial es una propiedad a granel importante a considerar.
Además de las propiedades mecánicas, el ______ financiero y ambiental de un biomaterial es una propiedad a granel importante a considerar.
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Empareja las siguientes escalas de dureza con sus métodos de indentación:
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¿Cuál de las siguientes opciones describe mejor la diferencia entre deformación elástica y deformación plástica?
¿Cuál de las siguientes opciones describe mejor la diferencia entre deformación elástica y deformación plástica?
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La razón de Poisson siempre es un valor positivo para todos los materiales.
La razón de Poisson siempre es un valor positivo para todos los materiales.
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Define el término 'límite elástico' (esfuerzo de cedencia) en el contexto de la deformación de materiales.
Define el término 'límite elástico' (esfuerzo de cedencia) en el contexto de la deformación de materiales.
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La falla de un material bajo carga ocurre cuando el material deja de realizar su función de ______.
La falla de un material bajo carga ocurre cuando el material deja de realizar su función de ______.
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Empareja los siguientes términos con sus respectivas fórmulas o definiciones:
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¿Qué representa el Módulo de Corte (G) en la deformación de un material?
¿Qué representa el Módulo de Corte (G) en la deformación de un material?
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La deformación plástica ocurre comúnmente en cerámicos.
La deformación plástica ocurre comúnmente en cerámicos.
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¿Qué indica un valor negativo en la razón de Poisson?
¿Qué indica un valor negativo en la razón de Poisson?
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¿Cuál es el fenómeno que se produce debido a la alta resistencia de los metales en los implantes ortopédicos, donde el implante asume una mayor carga, disminuyendo el estrés en el tejido circundante?
¿Cuál es el fenómeno que se produce debido a la alta resistencia de los metales en los implantes ortopédicos, donde el implante asume una mayor carga, disminuyendo el estrés en el tejido circundante?
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El blindaje contra tensiones resulta en un aumento de la densidad ósea alrededor del implante debido al incremento en la carga soportada por el tejido óseo.
El blindaje contra tensiones resulta en un aumento de la densidad ósea alrededor del implante debido al incremento en la carga soportada por el tejido óseo.
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¿Qué problema fundamental busca evitar el uso de materiales biodegradables en implantes ortopédicos?
¿Qué problema fundamental busca evitar el uso de materiales biodegradables en implantes ortopédicos?
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La falta de ______ en el tejido óseo circundante al implante puede llevar a la disminución de la densidad ósea y eventuales complicaciones.
La falta de ______ en el tejido óseo circundante al implante puede llevar a la disminución de la densidad ósea y eventuales complicaciones.
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¿Qué propiedad de los materiales se considera crucial para evitar el blindaje contra tensiones en implantes ortopédicos?
¿Qué propiedad de los materiales se considera crucial para evitar el blindaje contra tensiones en implantes ortopédicos?
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La corrosión es el principal factor que contribuye al blindaje contra tensiones en implantes ortopédicos de metal.
La corrosión es el principal factor que contribuye al blindaje contra tensiones en implantes ortopédicos de metal.
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Flashcards
Degradación de biomateriales
Degradación de biomateriales
Proceso influenciado por forma, tamaño, y propiedades físicas-químicas del material.
Propiedades de superficie
Propiedades de superficie
Características que afectan la interacción del biomaterial con el entorno y la biocompatibilidad.
Mojabilidad
Mojabilidad
Capacidad de un material para repeler (hidrofóbica) o atraer (hidrofílica) agua.
Propiedades mecánicas
Propiedades mecánicas
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Microestructura de biomateriales
Microestructura de biomateriales
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Propiedades intrínsecas
Propiedades intrínsecas
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Tensión nominal
Tensión nominal
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Deformación
Deformación
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Estrés tensil
Estrés tensil
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Estrés compresivo
Estrés compresivo
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CaCl2
CaCl2
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Enlace de Hidrógeno
Enlace de Hidrógeno
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Enlace Metálico
Enlace Metálico
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Enlace Covalente
Enlace Covalente
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Propiedades de la Materia
Propiedades de la Materia
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Ciencia de Materiales
Ciencia de Materiales
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Clasificación de Materiales
Clasificación de Materiales
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Compuestos Inorgánicos
Compuestos Inorgánicos
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Dureza
Dureza
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Escalas de dureza
Escalas de dureza
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Propiedades térmicas
Propiedades térmicas
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Resistencia al desgaste
Resistencia al desgaste
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Costo de biomateriales
Costo de biomateriales
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Blindaje contra tensiones
Blindaje contra tensiones
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Carga en implantes
Carga en implantes
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Densidad ósea
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Reabsorción ósea
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Interfaz implante/tejido
Interfaz implante/tejido
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Materiales biodegradables
Materiales biodegradables
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Alternativas a implantes metálicos
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Deformación nominal
Deformación nominal
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Tensión real
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Módulo de Young
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Módulo de corte
Módulo de corte
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Razón de Poisson
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Deformación plástica
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Límite elástico
Límite elástico
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Falla del material
Falla del material
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Study Notes
Materiales para Aplicaciones Médicas
- Se revisan los conceptos de materiales naturales y sintéticos.
- Se comparan y contrastan las propiedades superficiales, de bulto y volumétricas.
- Se estudian los criterios de diseño que dependen de las propiedades de los materiales.
- Se entiende cómo los materiales inducen respuestas biológicas y cómo esto afecta su funcionalidad.
- Se analiza cómo la estructura electrónica de los materiales define los diferentes tipos de enlaces.
Biomateriales
- El campo de los biomateriales ha experimentado un avance significativo en los últimos años, lo que ha llevado a una mayor esperanza de vida.
- Se han mejorado las técnicas quirúrgicas, además de la utilización de prótesis, implantes y otros dispositivos médicos que interaccionan con tejidos corporales.
Características de los Biomateriales
- Son materiales biocompatibles, ya sean naturales o artificiales (sintéticos).
- Son inertes, es decir, no generan respuestas adversas en el organismo.
- Pueden estar en contacto con tejidos vivos como músculo, hueso, sangre, fluidos corporales sin verse afectadas sus propiedades.
- Se utilizan para reemplazar partes del cuerpo humano y tratar diversas enfermedades y heridas.
- Se aprovechan para aplicaciones diagnósticas y de almacenamiento.
- La duración de uso del biomaterial, puede variar dependiendo del tipo de biomaterial.
- Pueden ser metálicos, cerámicos, poliméricos o combinaciones.
Biocompatibilidad
- Se define como una cualidad de ciertos materiales que genera respuestas positivas por parte del sistema biológico, interactuando con él.
- Es además una característica química y mecánica que propicia la interacción de estos materiales en sistemas vivos.
- La biocompatibilidad no busca la ausencia total de respuesta por parte del huésped, sino una respuesta acorde a la función que desempeña el material, evitando el rechazo.
Propiedades de los Biomateriales
- Un biomaterial ideal es inerte o específicamente interactivo.
- Es necesario que el biomaterial sea biocompatible, mecánicamente y químicamente estable o biodegradable.
- Debe ser procesable, aptos para su fabricación.
- No debe ser trombogénico si entra en contacto con la sangre.
- Debe poder ser esterilizado.
Tipos de Biomateriales
- Metales (Ti, aleaciones de Ti, etc).
- Poliméricos (silicona, PLLA, quitosano).
- Cerámicos (HAD, TCP, etc).
- Materiales híbridos.
Composición de los Biomateriales
- Los biomateriales están conformados por átomos y moléculas.
- La interacción es principalmente electromagnética.
- Las fuerzas nucleares (débiles y fuertes) actúan en distancias cortas en comparación con las dimensiones moleculares.
Fuerzas Electromagnéticas
- Fuerzas de Van der Waals o dispersivas.
- Enlaces iónicos.
- Enlaces de hidrógeno.
- Enlaces metálicos.
- Enlaces covalentes.
Organización Macroscopica
- La organización macroscopica de los átomos y moléculas unidos por las diferentes fuerzas determinan las propiedades de la materia.
- Las propiedades determinan la categorización de los materiales en metales, polímeros y cerámicas.
- La escala a la que se analiza la estructura también determina las propiedades de los materiales.
Ciencia de Materiales
- Se relaciona el rendimiento y la aplicación con la estructura, la síntesis y el procesamiento, y las propiedades fisicas y biológicas del material.
Propiedades de los Materiales:
- Mecánicas (esfuerzo, resistencia, deformación).
- Eléctricas (conductividad).
- Ópticas (color, índice de refracción, transparencia).
- Térmicas (conductividad térmica, expansión).
Cerámicos
-
Los cerámicos son compuestos inorgánicos conformados por elementos metálicos y no metálicos unidos mediante enlaces iónicos o covalentes a altas temperaturas.
-
Suelen encontrarse como minerales, influenciados por la composición de la corteza terrestre.
-
Tienen altas temperaturas de fusión.
-
Presentan propiedades como: -Alta resistencia al desgaste. -Alto módulo (resistencia a deformación). -Resistencia a la compresión. -Buena estabilidad.
-
Desventajas:
-
Quebradizo (baja resistencia a fractura, tolerancia a defectos)
-
Baja resistencia a la tracción.
-
Baja resistencia a la fatiga.
-
Propiedades y usos aplicados en:
-
Cabeza femoral e insertos de copa para cerámica sobre polietileno o cerámica sobre rodamientos.
-
Cerámicos de reemplazo de cadera.
-
Prótesis de rodilla.
-
Dispositivos de fusión espinal.
-
Instrumentación ortopédica.
-
Coronas y puentes dentales.
-
Implantes cocleares.
-
Dispositivos de administración de medicamentos.
Cerámicos Avanzados
- Combinaciones de Alúmina, circonio, fosfato de calcio, carbono pirolítico, hidroxiapatita, carburo y nitruro de silicio.
- Exhiben resistencias bajas, pero son útiles como recubrimientos para implantes metálicos.
- Pueden enlazar con el tejido óseo.
- Auxiliares en la fijación tisular.
Cerámicos absorbibles:
- Fosfatos de calcio.
- Auxiliares en la reparación de fracturas.
Metales
- Compuestos principalmente por uno o más metales, pudiendo contener otros materiales como el carbono.
- Ejemplos -Aleaciones de Co-Cr
- Oro y platino
- Aleaciones plata, estaño y cobre
- Acero inoxidable
- Aleaciones de titanio.
- Alta resistencia y buena ductilidad.
- Buena resistencia a la corrosión.
Polímeros
- Macromoléculas, generalmente orgánicas, formadas por la unión covalente de moléculas más pequeñas (monómeros).
- Son materiales con propiedades mecánicas versátiles, adaptables a diferentes aplicaciones.
- Poseen diferentes tipos de estructura como: Termoplásticos, termoestables y elastómeros.
- Usos -Lentes de contacto -Implantes de mama -Suturas -Apósitos para heridas -Adhesivos -Implantes articulares -Injertos vasculares -Rejillas absorbibles
Hidrogeles
- Materiales capaces de absorber agua y retenerla sin disolverse.
Materiales Compuestos
- Formados por dos o más componentes con diferentes fases químicas e insolubles entre si (matriz y agente reforzante).
- Proporcionan propiedades mecánicas superiores a la simple suma de sus componentes.
- Ejemplos: -Cemento óseo (PMMA + cerámica). -Caucho de catéteres y guantes de goma reforzados con partículas de sílice.
Reforzados con partículas
- Micro partículas,
- Nano partículas,
- Mixtas.
Reforzado con fibras (micro y nanométricas)
- Fibras cerámicas,
- Fibras poliméricas,
- Fibras metálicas,
###Porosos
- Andamios para crecimiento de tejidos óseos.
- Colágeno poroso para piel artificial.
- Polipropileno trenzado para ligamentos artificiales.
- Material poroso para vasos sanguíneos.
Procesamiento de Biomateriales
- El proceso de fabricación del material afecta sus propiedades (Mecánicas de bulto y superficiales).
- Se utilizan métodos para modificar las superficies de los implantes médicos
- La forma adecuada del material es importante para su implantación.
Propiedades del Bulto
- Son propiedades intrínsecas y extrínsecas.
- Se consideran propiedades como la textura y la dureza.
- Resistencia mecánica (capacidad para soportar cargas sin fallar)
Microestructura
- Estructura a diferentes escalas, microscópica
- Características físicas y químicas pueden ser distintos a los del material en su totalidad
Mecánicas: Carga, Tensión Nominal,
Extensión y Deformación Nominal
- El estrés y la deformación pueden ser tensiles o compresivos.
- Esfuerzo de corte.
Deformación
- El alargamiento de una muestra en respuesta a una carga de tracción depende de la longitud de la muestra.
Deformación Nominal
- Se calcula al dividir el cambio en longitud (ΔL) con la longitud inicial (l1).
Resistencia y Falla
- La falla de un material de carga ocurre cuando el material deja de realizar su función de soporte de carga.
Biomateriales en investigación y futuros
- Avanza en materiales biocompatibles a dispositivos de reemplazo y aumento corporal.
- La ingeniería de tejidos, los microsistemas y la nanotecnología abordarán muchas de estas necesidades.
- Existen materiales bioactivos y bioineráticos.
Bio-inercia vs. Bioactividad
- Los bioactivos son más agresivos con el cuerpo que los materiales biocompatibles.
- Los bioactivos generan respuesta específicos al tener contacto con el cuerpo
Materiales bioactivos
- Fomentan la integración de tejidos para ayudar en la fijación.
- Muchas operaciones de implantes totales de cadera hoy dependen del recubrimiento de hidroxiapatita.
- Ayudan en la fijación tisular, el crecimiento del tejido.
- Su uso común en aplicaciones médicas.
Otras propiedades de bulto
- Propiedades térmicas, ópticas, eléctricas y magnéticas.
- Costo, financiero y ambiental.
- Complejidad del procesamiento que influye en los costos y la complejidad.
Transparencia
- Capacidad para transmitir luz.
- Los enlaces primarios deben ser covalentes o iónicos.
- Minimizando la dispersión, se produce un camino ininterrumpido.
Propiedades Ópticas
- Color,
- Índice de refracción,
- Transparencia.
- Importancia en la selección de materiales para lentes oftálmicos así como fluidos.
El ojo humano
- Componentes como córnea, iris, cristalino, retina y nervio óptico.
Enfermedades de la visión
- Hipermetropía.
- Miopía.
- Cataratas
- Implantes intraoculares (IOLs)
Dureza
- La dureza de un material se mide aplicando una carga a un penetrador.
- Se utilizan escalas de dureza como Brinell y Rockwell para comparar la dureza de los materiales.
Propiedades Termales
- Expansión térmica,
- Coeficiente de expansión térmica,
Fabricación de Metales
- Se usan diferentes tipos de hornos y métodos como 3D printing para procesar los metales.
Propiedades de los Materiales: Propiedades corticales y mecánicas
Un resumen de propiedades de materiales como el hueso, (hueso cortical).
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Description
Este cuestionario explora la relación entre las propiedades de los biomateriales y su microestructura, además de evaluar conceptos fundamentales como la tensión y sus unidades de medida. Responde preguntas que combinan teoría y práctica sobre la degradación, la superficie de los biomateriales y su capacidad de carga. Ideal para estudiantes de ingeniería biomédica o materiales.