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Implantes con espuma de metal, más ligero que el alumnio y tan elástico como el hueso

Publicado por: DracAmalia Luthor el 5 de September de 2013 | 0 Comentarios

Etiquetas: dracamalia, implantes, metal, elasticidad, hueso,

Retomo las preguntas de Micky y les propongo analizar en un primer momento las propiedades de la espuma de metal, ¿por qué tendríamos que usarla?, y ampliar  más la información sobre su porosidad y elasticidad. Les comparto un artículo publicado en US News de la National Science Fondation (NSF), me pareció que esclarece muy bien el asunto de la importancia del material y los beneficios de sus propiedades, les presento mi traducción. Posteriormente, traduje una serie de reflexiones críticas del blog del ingeniero Austin Weber, a ver qué les parece. Finalmente, les comparto varias imágenes y por supuesto las correspondientes fuentes.

Medical Implants Made of Foam?

The new material is lighter than solid aluminum, with elasticity similar to bone

May 3, 2010

By Marlene Cimons, NSF

http://www.usnews.com/science/articles/2010/05/03/medical-implants-made-of-foam

¿Implantes médicos hechos de espuma metálica?

El nuevo material es más ligero que el aluminio sólido, con una elasticidad similar al hueso.

Los científicos han desarrollado una nueva "espuma metálica" ligera, con elasticidad similar al hueso que podría conducir a una nueva generación de implantes médicos, probablemente superar una serie de problemas relacionados con los dispositivos actualmente de uso generalizado.
"Podemos adaptar las propiedades de este material tanto para implantes ortopédicos como dentales", dijo Afsaneh Rabiei, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial y de la facultad asociada en ingeniería biomédica de la Universidad Estatal de Carolina del Norte. "Tiene el potencial de revolucionar el campo".
El nuevo material, que es más ligero que el aluminio sólido porque es poroso y puede estar hecho de acero 100 por ciento, de titanio, de cobalto - cromo o una combinación de varios elementos - debe resolver el rechazo del hueso que a menudo resulta de la utilización de los implantes más rígidos, tales como los fabricados a partir de titanio a granel, dijo Rabiei.
Por otra parte, su “capacidad de elasticidad " - la medida de la forma en que el material puede cambiar de forma (alargada, contracto, etc.) cuando se aplica fuerza - es muy similar a la del hueso.
El nivel de elasticidad se mide en gigapascales ( GPa ) donde uno gigapascal es equivalente a 10.000 veces la presión atmosférica a nivel del mar. El hueso tiene un módulo de elasticidad entre 10 y 30 GPa, mientras que el titanio, el material en los implantes convencionales, tiene un módulo de aproximadamente 100 GPa.

Cuando se coloca un implante en el cuerpo, se deben manejar las cargas tanto como hace su hueso circundante. Si el nivel de elasticidad del implante es también mucho más grande que el hueso, el implante se hará cargo del soporte de carga y el hueso circundante comenzará a morir, haciendo que el implante pierda estabilidad y eventualmente pueda resultar en su fracaso - un proceso conocido como "estrés blindaje". Cuando esto ocurre, el paciente a menudo tiene que tener el implante sustitutivo.

"Nuestra espuma compuesta puede ser un material de implante perfecto para evitar el estrés de blindaje ", dijo Rabiei". Esto es debido a que la capacidad de nuestra espuma compuesta es perfectamente similar al hueso. Esto significa que cuando el implante está en el cuerpo y se aplica una carga al hueso, como resultado de caminar, masticar, etc., tanto el implante y el hueso que lo rodea recibirán una carga", dijo Rabiei".  Esa es la diferencia con los implantes metálicos a granel, en el que el metal lleva en la mayor parte de la carga". Cuando esto ocurre, "el hueso comienza a ser perezoso y finalmente muere porque se 'dejó solo' y ya no está activo," añadió.
Por otra parte, la superficie rugosa de la espuma metálica se adhiere bien con el hueso nuevo formado a su alrededor, permitiendo el crecimiento óseo en el implante. "Esto aumentará la estabilidad mecánica y resistencia del implante dentro del cuerpo", agregó.
El material aún no ha sido estudiado en humanos, un proceso que podría tardar varios años más.
Con el fin de hacer dicho material, Rabiei y su equipo mezclan esferas metálicas huecas prefabricadas con el polvo de un metal, luego se hornea la mezcla en un horno, un proceso conocido como técnica de metalurgia de polvos, o PM.
"En algunos casos, echamos metal fundido alrededor de las esferas huecas que se colocan en un molde, y luego retiramos el producto del molde ", explicó Rabiei". La selección de la técnica de procesamiento dependerá de las propiedades que se esperan del producto, así como el tipo de material que debe ser procesado".

Rabiei dijo que no cree que los implantes fabricados con el nuevo material sean más caros que los productos que se utilizan actualmente". El costo adicional sería mínimo, incluso inexistente", dijo.   "Recuerde que el mayor costo de este tipo de operación para un paciente no está relacionado con el material de implante, sino con el procedimiento médico y la implantación. Por lo que cualquier costo adicional mínimo será menos considerable si nos fijamos en el panorama general”.
Destacó, sin embargo, que una vez que el nuevo material sea aprobado para uso humano, los pacientes que ya tienen un implante no deben considerar la posibilidad de reemplazo, a menos que les esté dando problemas.

"La cirugía de revisión es dolorosa y costosa", dijo."Yo no soy un doctor en medicina y prefiero dejar la decisión a los pacientes y a sus médicos sobre si deben reemplazar sus implantes, por una nueva hecha con nuestras espumas compuestas. Sin embargo, si yo fuera un paciente, lo más probable es que mantendría mi viejo implante hasta que empiece a darme problemas. Esto es simplemente porque prefiero no correr el riesgo de pasar por otra cirugía. Para los nuevos pacientes, será una historia completamente diferente, ya que tendrán una opción”.
La investigación, co -escrito por el alumno de doctorado de Rabiei, Lakshmi Vendra, en la Universidad Estatal de Carolina del norte, apareció en la edición de marzo de 2010 de Materials Science and Engineering A y fue financiado por la National Science Foundation.

Del Blog de Austin Weber:

'Metal Foam' May Replace Worn-out Joints

 March 19, 2010

http://www.assemblymag.com/articles/print/87128-metal-foam-may-replace-worn-out-joints

Austin ha sido redactor jefe de la revista ASSEMBLY desde septiembre de 1999. Cuenta con más de 21 años de “b-to-b” experiencia editorial y ha escrito sobre una amplia variedad de temas de manufactura e ingeniería. Austin es un graduado de la Universidad de Michigan.

'La Espuma metálica’ probablemente remplace las desgastadas articulaciones

Las articulaciones artificiales pueden ser dispositivos complejos para producirse en masa. Tradicionalmente, los fabricantes de dispositivos ortopédicos dependen del titanio, ya que es un material fuerte, ligero y biocompatible con el cuerpo humano. Sin embargo, los ingenieros de la Universidad Estatal de Carolina del Norte creen que el futuro está en la espuma.
Hace un año, escribí un artículo acerca de la fabricación de dispositivos ortopédicos. La demanda de reemplazo de cadera, rodillas, hombros, espinas y otras articulaciones edad se ha disparado ya que la gente vive más tiempo y puede disfrutar de estilos de vida más activos físicamente. Para 2017, se proyecta que la industria de dispositivos ortopédicos alcanzará un mercado de $ 13 mil millones de dólares.

Las articulaciones artificiales pueden ser dispositivos complejos para producirse en masa. Por ejemplo, las rodillas deben acomodar un rango de movimiento de hasta 120 grados, lo que permite que se doblen de forma natural y giren.

Tradicionalmente, los fabricantes de dispositivos ortopédicos dependen del titanio, ya que es un material fuerte, ligero y sobre todo biocompatible con el cuerpo humano. Además, el titanio se puede soldar utilizando una amplia variedad de procesos.

Sin embargo, el titanio plantea numerosos desafíos a los ingenieros de dispositivos médicos. Entre otras cosas, hay un problema de oferta y demanda. La industria de titanio ha experimentado problemas de la cadena de suministro en los últimos años, debido a la alta demanda y la oferta limitada de materias primas. Como resultado, es indispensable desarrollar una alternativa.

Los ingenieros de la Universidad Estatal de Carolina del Norte creen que el futuro está en la espuma. Ellos crearon recientemente una "espuma de metal" que tiene una elasticidad similar a la del hueso, pero evita el rechazo del hueso que a menudo da como resultado el uso de materiales de implantes rígidos, tales como el titanio.

La espuma metálica es más ligera que el aluminio sólido y puede estar hecha de 100 por ciento de acero o una combinación de acero y de aluminio utilizando una técnica de metalurgia de polvos. Afsaneh Rabiei, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en la North Carolina State, cree que podría conducir a una nueva generación de implantes biomédicos.

La superficie rugosa de la espuma sería adecuada para permitir el crecimiento óseo en el implante, la mejora sería de la fuerza total. Además de la extraordinaria capacidad de absorción de energía del material compuesto, la capacidad de elasticidad de la espuma es muy similar a la del hueso. El nivel de elasticidad mide la capacidad de un material para deformarse cuando se aplica presión y luego volver a su forma original cuando se elimina la presión.

" El nivel de elasticidad es de suma importancia para los implantes biomédicos, " dice Rabiei. " El hueso tiene un nivel de entre 10 y 30 gigapascales, mientras que el titanio tiene un módulo de aproximadamente 100 gigapascales. El nuevo compuesto de espuma tiene un nivel que es consistente con el hueso y también es relativamente ligero, ya que es poroso.

"La superficie rugosa de la espuma metálica se adhiere bien con el nuevo hueso formado a su alrededor y permite al cuerpo  desarrollarse dentro de sus porosidades superficiales", afirma Rabiei. "Esto aumentará la estabilidad mecánica y la fuerza del implante en el interior del cuerpo".

Si la espuma tiene éxito, en el futuro las caderas y las rodillas de reemplazo pueden ser capaces de evitar los detectores de metales al pasar por los aeropuertos. ¿Alguien sabe si los “escáneres corporales” que actualmente se están instalando en muchos aeropuertos estadounidenses pueden detectar espuma?

Sobre el autor:

DracAmalia Luthor

Soy un personaje ficticio creado por Vero Viñuela