La biocerámica entra en nuestro cuerpo
Desde el siglo XXI, los nuevos materiales se han ido incorporando gradualmente a nuestra vida cotidiana. Como nuevo material, la biocerámica ha aportado una gran comodidad a la vida y la salud de las personas, que han recibido cada vez más atención del campo de los dispositivos médicos y los materiales biomédicos en los últimos años.
La biocerámica es un tipo de materiales cerámicos utilizados para funciones biológicas o fisiológicas específicas, es decir, materiales cerámicos utilizados directamente en el cuerpo humano o directamente relacionados con el cuerpo humano, como la biología, la medicina y la bioquímica. Se utiliza ampliamente en ortopedia, odontología, cirugía plástica, cirugía oral, cirugía cardiovascular y cirugía ocular por su buena biocompatibilidad y sus propiedades fisicoquímicas estables.
Según el uso de las diferentes biocerámicas se puede dividir en biocerámicas de siembra y biocerámicas de bioingeniería; se puede dividir en biocerámicas activas y biocerámicas inertes según la actividad de las biocerámicas in vivo. En esta noticia se clasifican las biocerámicas de estas últimas de la siguiente manera.
Cerámicas bioinertes
Las cerámicas bioinertes tienen propiedades químicas estables y buena biocompatibilidad, como la alúmina, la zirconia, etc., y sus propiedades físicas y mecánicas y sus propiedades funcionales coinciden con las de los tejidos humanos. Sus principales características son una elevada resistencia mecánica y una gran resistencia al desgaste.
Circonia (ZrO2)
Las cerámicas de óxido de circonio son, con diferencia, los materiales de restauración dental más resistentes y se utilizan ampliamente en las prótesis ortopédicas de cadera. Los materiales de zirconia y los osteoblastos se co-cultivaron in vitro y se confirmó su biocompatibilidad. En ortopedia, la cerámica de óxido de circonio se utiliza principalmente para prótesis de cadera. Sin embargo, la fuerza de adhesión de la cerámica de óxido de circonio es insuficiente, lo que afecta a la estabilidad de la adhesión. En la actualidad, se aplican más métodos de tratamiento de superficies, como el grabado ácido y el chorro de arena, para mejorar el rendimiento de adhesión de la cerámica. Además, la fragilidad del material cerámico de óxido de circonio afecta a su uso, por lo que se suelen adoptar métodos de endurecimiento para mejorarlo.
Alúmina (Al2O3)
En la década de 1970, la cerámica de alúmina comenzó a utilizarse en la prótesis total de cadera (THA). La cerámica de alúmina, con una dureza superior a 2000HV, sólo es ligeramente tóxica para los fibroblastos humanos in vitro, y sus propiedades mecánicas permanecen inalteradas durante mucho tiempo en el medio interno. Con la aplicación de la plastia de presión termo-isostática y la tecnología de grabado láser, el tamaño de grano de la cerámica de alúmina de tres generaciones es menor, la pureza y la densidad son mayores, la resistencia y la dureza aumentan significativamente y se reduce el índice de fragmentación. La elevada dureza y la buena resistencia al desgaste de la cerámica de alúmina la convierten en el principal material biológico de la THA ortopédica.
Carburo de silicio（SiC）
En los últimos años, se ha intentado aplicar la cerámica de carburo de silicio en el campo de la medicina oral. Como material de implante, la cerámica de carburo de silicio se ha visto cada vez más favorecida por la investigación científica y la investigación clínica, y se han realizado trabajos exploratorios en los aspectos de biocompatibilidad y toxicidad. Se preparó un recubrimiento de biovidrio en la superficie de las cerámicas de carburo de silicio, que mejoró aún más la actividad biológica de las cerámicas de carburo de silicio.
Cerámica bioactiva
Las cerámicas bioactivas, también conocidas como cerámicas biodegradables, incluyen las cerámicas bioactivas de superficie y las cerámicas bioabsorbentes. Las cerámicas bioactivas suelen contener hidroxilo y pueden ser porosas, y el tejido biológico puede crecer y adherirse firmemente a su superficie. Las cerámicas bioabsorbibles se caracterizan por su absorción parcial o total e inducen el crecimiento de hueso nuevo en el organismo. Las cerámicas bioactivas incluyen el vidrio bioactivo (fosfato cálcico), las cerámicas de hidroxiapatita y las cerámicas de fosfato tricálcico.
Cerámica de hidroxiapatita (HAP)
Con el fin de mejorar las propiedades mecánicas de la hidroxiapatita, se mejoraron las propiedades mecánicas de la HAP compacta preparada. Sin embargo, su porosidad aparente es relativamente pequeña. Tras su implantación en el cuerpo humano, sólo puede formarse hueso en la superficie, que carece de capacidad para inducir la formación de hueso, y sólo puede utilizarse como andamio para la formación de hueso.
Por ello, la investigación se centra en la cerámica porosa de hidroxiapatita. Se descubrió que el implante poroso de fósforo cálcico imitaba la estructura de la matriz ósea y presentaba inducción ósea, lo que podía proporcionar el andamiaje y el canal para el crecimiento de nuevo tejido óseo. Por lo tanto, la respuesta tisular del implante tras la implantación mejoró significativamente con respecto a la de la cerámica densa.
Cerámica de biovidrio
El principal componente de la cerámica de biovidrio es CaO-Na2O-SiO2-P2O5, que contiene más calcio y fósforo que el vidrio de ventana ordinario y puede unirse químicamente al hueso de forma natural y firme. Posee propiedades únicas que lo distinguen de otros materiales biológicos, y puede sufrir rápidamente una serie de reacciones superficiales en el lugar de implantación, que conducen finalmente a la formación de la capa de apatita a base de carbonato. La biocompatibilidad de las cerámicas de biovidrio es buena. Los materiales se implantan en el organismo sin rechazo, inflamación ni necrosis tisular, pudiendo formar uniones óseas con el hueso.
En la actualidad, este material se ha utilizado para reparar pequeños huesos del oído y tiene un buen efecto en la recuperación de la audición. Sin embargo, sólo puede utilizarse en partes del cuerpo donde la fuerza no es mucha debido a su baja intensidad. El material preparado por el método sol-gel se caracteriza por su buena pureza, alta homogeneidad, buena actividad biológica y gran superficie específica, lo que le confiere un mayor valor de investigación y aplicación. En particular, el material poroso de vidrio bioactivo tiene buenas perspectivas de uso como andamio de ingeniería de tejidos óseos.
Sulfato de calcio
El sulfato de calcio médico, como cristal semihidratado, no tiene efectos evidentes sobre el nivel de calcio sérico en el organismo tras su completa degradación. Tras combinarse con agua, puede convertirse en un implante sólido y utilizarse como portador de antibióticos hidrosolubles. El sulfato de calcio se autocoagula a baja temperatura y no causa daños en el tejido nervioso periférico, y tiene iones de calcio potenciales inducidos y liberados por el hueso. En cooperación con un entorno ácido débil, los iones de calcio locales elevados pueden unirse al receptor sensible al calcio de los osteoblastos para promover la proliferación y diferenciación de las células óseas y regular la formación de osteoide. Sin embargo, la capacidad osteogénica de las endoprótesis de sulfato cálcico puro es limitada, y sólo cuando el periostio está presente las endoprótesis de sulfato cálcico pueden tener algunas propiedades osteogénicas alternativas.
Puntos calientes de la biocerámica
Material compuesto
Con el fin de mejorar las propiedades mecánicas, la estabilidad y la biocompatibilidad de las biocerámicas, muchos trabajadores de materiales han investigado mucho sobre las biocerámicas compuestas. Los materiales de matriz comunes incluyen materiales de polímeros biológicos, materiales de carbono, vidrio biológico, biocerámicas de fosfato de calcio y otros materiales, mientras que los materiales de refuerzo incluyen fibra de carbono, fibra de acero inoxidable o aleación base cobalto, fibra cerámica de biovidrio, fibra cerámica y otros refuerzos de fibra. Además, hay zirconia, biocerámica de fosfato de calcio, cerámica de biovidrio y otros reforzadores de partículas.
Nanotecnología
Debido a las propiedades únicas de los materiales nanométricos, como el efecto de superficie, el efecto de tamaño pequeño y el efecto cuántico, los materiales biocerámicos nanométricos tienen una amplia perspectiva de aplicación, que tendrá superprestaciones en el campo de la fabricación y la aplicación clínica de materiales de sustitución de tejidos duros, como el hueso artificial, la articulación artificial y el diente artificial.
En el aspecto de la cerámica bioactiva, la principal investigación en la actualidad consiste en simular la estructura fina del hueso natural. En el hueso natural, la hidroxiapatita está formada principalmente por cristales en forma de aguja de 10-60 nm de largo y 2-6 nm de ancho. Por tanto, la investigación actual sobre nanomateriales de HAP se centra principalmente en nanocristales de HAP, nanocompuestos de HAP y polímeros, y nanomateriales de recubrimiento de HAP.
