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Reologa y procesamiento de polmerosMarco Antonio Uresti
Biopolmeros
Alumnos:Escorza Chvez Lourdes Virginia
Snchez Gonzlez Martn
Noviembre 2015.
Resumen
La investigacin acerca de los biomateriales exige equipos multidisciplinarios por la gran
responsabilidad que conlleva su utilizacin. Es necesaria la colaboracin de bilogos,
qumicos, ingenieros, histo-patlogos y cirujanos para llevar a buen fin su empleo y sus
beneficios sociales.
Universidad Nacional Autnoma de Mxico
Facultad de Qumica
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Contenido
Los biopolmeros, los biomateriales y los materiales biolgicos. Definicin y uso. ............... 3
Los biomateriales ............................................................................................................................ 3
Uso de los biomateriales ......................................................................................................... 5
Clasificacin de biomateriales ................................................................................................ 6
Los biopolmeros .......................................................................................................................... 7
Ventajas y desventajas............................................................................................................ 8
Impacto Ambiental...................................................................................................................... 9
Aplicaciones............................................................................................................................... 10Conclusiones ................................................................................................................................. 11
Referencias........................................................................................................................................ 12
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Los biopolmeros, los biomateriales y los materiales
biolgicos. Definicin y uso.
A menudo se confunden los trminos biomaterial, biopolmero y material biolgico. Para
ello, cabe sealar primero que, un biomaterial puede ser de naturaleza sinttica o natural y
recibe el prefijo bio por tratarse de un material compatible con el cuerpo humano; un
material biolgico en cambio, es un material hecho estrictamente de manera natural. Un
biopolmero es, un biomaterial hecho a base de polmero. Para dejar ms claro el
entendimiento de los biopolmeros, se presenta en primera instancia un estudio acerca de
los biomateriales.
Los biomateriales
Los biomateriales son los materiales de origen natural o sinttico, que se utilizan
para conseguir una funcin especfica en el organismo humano, o reemplazar
parcial o totalmente a tejidos daados J.M. Belln Caneiro, M. J. Bujn Varela, J
San Romn del Barrio.
Definido con otras palabras, Mariano Lpez Garca define en su tesis a los biomateriales
como Sustancias sintticas o naturales que sin ser frmacos pueden usar como un sistema
o parte de un sistema para tratar, aumentar o reemplazar cualquier tejido, rgano o funcin
del cuerpo. Estos biomateriales son utilizados como dispositivos biomdicos en contacto
con protenas, clulas y tejidos y pueden ser utilizadas por un tiempo prolongado (o de por
vida) o durante un tiempo relativamente breve, complementando o sustituyendo
temporalmente la funcin orgnica afectada, disminuida o perdida.
En la figura 1 se muestra esquemticamente las contribuciones de los diferentes tipos de
materiales al diseo y preparacin de dispositivos y sistemas de muy variada naturaleza y
funcin.
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Dentro de estas variadas clasificaciones se sabe que, de manera general, son los metales,
algunas cermicas y una serie de familias de polmeros los que ofrecen una alta resistencia
y son varios tipos de sistemas polimricos, tanto naturales como sintticos, los que ofrecen
estabilidad y flexibilidad; se sabe tambin que son los elastmeros o cauchos flexibles los
utilizados para aplicaciones que requieran sistemas blandos con buena resistencia a la
fatiga, tales como las vlvulas cardiacas o vasos sanguneos artificiales muy utilizados en
la ciruga vascular.
El objetivo de los biomateriales es resolver problemas funcionales para una mejora en la
calidad de vida de los pacientes, pero antes de que un material sea seleccionado para usos
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quirrgicos, estos deben de cumplir ciertos requisitos. Primeramente, las caractersticas
genricas necesarias para que lleven a cabo su funcin son1:
Biocompatibilidad
Propiedades mecnicas
Biofuncionalidad
Bioestabilidad o resistencia a la corrosin
Seguridad biolgica
Disponibilidad y procesacbilidad del material.
Y los factores determinantes de la aplicabilidad de un biomaterial son:
Propiedades fisicoqumicas2
Propiedades mecnicas
Topografa superficial3
Diseo de implante
Uso de los biomateriales
La utilizacin de los biomateriales ha tenido un despegue acelerado en su principalaplicacin: La prctica mdica, sobre todo en el mbito de la ciruga. Se calcula que, para
finales del siglo XX, una de cada 20 personas en EE.UU. es portadora de un implante
protsico. Otros ejemplos de uso de biomateriales se listan a continuacin:
Sustitucin de articulaciones por prtesis artificiales.
1 Una definicin especfica para cada caracterstica podr ser consultada en la tesis de Mariano
Lpez Garca. Espaa. 2006.
2 Las propiedades fsico-qumicas de los biomateriales estn determinados por su propia
naturaleza qumica y no por adicin de elementos que les confieran propiedades especficas.
3 La naturaleza y caractersticas superficiales son los elementos que controlan las interacciones del
biomaterial con el lugar del implante.
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Implante de lentes intraoculares para sustituir un cristalino opaco por cataratas. Una
lente de polimetil metacrilato (PMMA) introducida en el globo ocular devuelve una
visin clara y ntida.
Vlvulas cardiacas y vasos sanguneos artificiales.
Sustitucin del tejido seo, el cual al menos presenta dos componentesmayoritarios, el componente mineral, hidroxiapatita y el componente orgnico,
colgeno.
Compuestos modificadores de de la viscosidad de fluidos biolgicos (como el cido
hialurnico)
En cuanto a la perspectiva a futuro Belln Caneiro, Bujn Varela y del Barrio nos explican
en su libro que no es complicado contemplar que un dispositivo implantado pueda utilizarsecomo sistema de dosificacin controlada de frmacos especficos (antibiticos,
analgsicos, enticoaculantes), factores de crecimiento o incluso componentes
inmunosupresores. Esta aplicacin es solo una de las muchas que pueden ser
desarrolladas en los prximos aos a favor del uso mdico.
Clasificacin de biomateriales
Una clasificacin propuesta de los biomateriales es la que los divide en orgnicos,
inorgnicos y compuestos:
a Orgnicos
Incluye sustancias basadas en molculas orgnicas tales como el colgeno o la
fibrina.
b Inorgnicos
Incluye a los metales, cermicos y vidrios
Metales:
Los implantes dentales metlicos son los ms usados y conocidos. Dentro
de estos destaca el titanio comercialmente puro y sus aleaciones, por
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ejemplo, con vanadio. El acero inoxidable est en desuso en implantes
dentales debido a la poca resistencia a la corrosin y fatiga. Tambin se usan
aleaciones de cromo-cobalto, tntalo y otros.
Cermicos:
Se pueden definir como materiales slidos inorgnicos y no metlicos.Pueden ser biomateriales como la almina o el zafiro, o bioactivos como los
basados en fsforo clcico (hidroxiapatita, fosfato triclcico), o
vitrocermicos.
Vidrios:
Se usan como revestimiento de implantes o relleno de cavidades seas.
c) Compuestos
Son combinaciones de los elementos anteriores.
Otra clasificacin de los biomateriales la ofrecen Parrilla Paricio y Landa Garca en su libro
Ciruga AEC:
Los biopolmeros
Los biopolmeros son entonces, un tipo de biomateriales hecho a base de polmeros que tal
como se ha explicado en el apartado anterior, son biocompatibles con el ser humano. Sus
caractersticas y clasificaciones obedecen a las mismas de los biomateriales.
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Ventajas y desventajas
Ventajas De los Biopolmeros:
Biodegradable y Biocompatible. Puede ser producido a partir de algunos efluentes industriales, principalmente
para la industria alimentaria.
Los costos de produccin estn disminuyendo con mucho inters actual en el
sector del medio ambiente y las nuevas tecnologas disponibles.
Sus Aplicaciones especficas en el campo de los biomateriales y la nanotecnologa
estn aportando mucho valor comercial.
Bioreabsorbible
Fotoresistentes Resistentes al calor.
Termo-moldeables
Son Barreras de oxgeno
Resistentes a qumicos
En los procesos de separacin y purificacin no son necesarios solventes
peligrosos.
El proceso de produccin es continuo y escalable.
El proceso completo es amigable con el medio ambiente. Bajas probabilidades de contaminacin cruzada debido a organismos vivos
modificados.
Desventajas del uso de Biopolmeros:
La combustin de los biopolmeros renovables lleva al CO2, pero su cada natural
puede llevar a CH4, cuya absorcin es ms lenta y puede causar problemas
ambientales si las cantidades son excesivas. Adems de esto estos materiales contienen plastificantes y aditivos que pueden
poseer cualquier efecto txico.
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Impacto Ambiental
Los biopolmeros pueden ser sostenibles, por ser renovables ya que estn hechos de
materiales de plantas que pueden crecer ao tras ao de forma indefinida. Estos materiales
vegetales provienen de los cultivos no alimentarios. Por lo tanto, el uso de biopolmeros
creara una industria sostenible. Adems, los biopolmeros tienen el potencial de reducir las
emisiones de carbono y reducir las cantidades de CO2 en la atmsfera: esto es debido a
que el CO2 que se libera cuando se degradan pueden ser reabsorbidos por los cultivos.
Algunos biopolmeros son biodegradables: son descompuestos en CO2 y agua por
microorganismos. Algunos de estos biopolmeros biodegradables son compostables: se
pueden poner en un proceso de compostaje industrial y se descomponen en un 90% dentro
de los seis meses. Un ejemplo de un polmero biodegradable es PLA, en Europa hay unacasa de compostaje logotipo estndar y asociada que permite a los consumidores identificar
la eliminacin de estos materiales.
Una buena parte de los pases del denominado Tercer Mundo poseen una ventaja
indiscutible en este campo. Es una alternativa que sus gobiernos y pueblos deben tener en
cuenta, como forma de impulsar su propio desarrollo. Ya se han dictado directivas y
acuerdos supranacionales que dan pautas para tal fin, entre ellos el Convenio sobre
Diversidad Biolgica, el cual estableci tres objetivos a cumplirse: la conservacin de la
diversidad biolgica, el uso equilibrado y sostenible de sus componentes, y la participacinjusta y equitativa de los beneficios que se deriven de los recursos genticos. Es necesario,
entre otras cosas, un compromiso fuerte con la conservacin de los recursos, la
preservacin ambiental y las tecnologas sostenibles. Al interior de cada nacin, esto puede
lograrse mediante acuerdos y una voluntad poltica slida que respalden la elaboracin y
puesta en marcha de proyectos agroindustriales, que incluyan la produccin de
biopolmeros, que permitan la explotacin equilibrada y sostenible de los recursos naturales
propios de cada regin. Ya se vienen percibiendo signos crecientes del deseo de las
personas de vivir en mayor armona con la naturaleza y dejar a las futuras generaciones unplaneta saludable.
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Aplicaciones
Aplicaciones de carcter permanente dentro del organismo:
Estos materiales deben de estar diseados para durar una gran cantidad de tiempo,adems de ser inertes, atxicos y biocompatibles. Algunos ejemplos son los implantes
ortopdicos, membranas, cementos seos, etc. De los polmeros ms utilizados tenemos
al tefln, poliamidas, siliconas, polisteres, policarbonatos, entre otros. Tambin existen las
prtesis vasculares, las cuales deben de tener la caracterstica fundamental de no provocar
coagulacin: para esto se utilizan poliuretanos segmentados, fibras de PET, entre otros
polmeros.
Aplicaciones de carcter temporal dentro del organismo:
Este campo es fcilmente identificable principalmente debido a las suturas, ya que son el
material biomdico que ha tenido ms xito. Estas aplicaciones consisten en material
bioabsorbible o biodegradable, dndole la caracterstica de temporalidad. Otra aplicacin
interesante se encuentra en los sistemas de liberacin de frmacos. Para finalizar, cabe
mencionar el empleo de polmeros en el campo de la ingeniera de tejidos, con el objetivo
de funcionar como andamiaje temporal para permitir el crecimiento de clulas.
Implantes de retina: Este sistema se encarga de suplir las funciones deprocesamiento de imgenes de la retina y transmitir los resultados al cerebro. Se
han realizado pruebas preliminares con xito, pero esta tecnologa an no est
completamente estandarizada.
Vlvulas de corazn: Su utilidad es para reemplazar las vlvulas cardiacas
defectuosas. En el caso de los reemplazos basados en biopolmeros, se utilizan
vlvulas naturales modificadas de donantes animales, las cuales se colocan en
anillos sintticos. Tambin existen vlvulas artificiales de metal.
Injertos vasculares: Son utilizados para reparar y reemplazar arterias que presentanalgn problema el cual ocasiona una alteracin en el flujo normal de la sangre, como
por ejemplo, las afectadas por arteriosclerosis, fibrosis, aneurismas, etc.
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Conclusiones
La biotecnologa de los polmeros naturales se basa en el uso de las rutas
metablicas por las cuales microrganismos sintetizan Biopolmeros a partir de
materias primas de origen natural ya que dichas vas metablicas son susceptibles
de ser rediseadas o alteradas para conseguir fabricar polmeros de composicin
determinada.
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Los materiales polimricos industriales han sido basados en polmeros sintticos de
origen petroqumico. Sin embargo, la preocupacin por el medio ambiente y la
disminucin de los hidrocarburos ha llevado a la investigacin y al descubrimiento
de microrganismos que pueden sintetizar polmeros como parte de sus procesos
metablicos.
Los principales biopolmeros producidos y comercializados en el mundo son
biopolmeros derivados del almidn, el cido poli lctico (PLA), y los
polihidroxiacanoatos (PHAs), los anteriores sintetizados a partir de
microorganismos.
Referencias
Belln Caneiro, J.M.; Bujn Varela, M. J.; del Barrio, J San Romn. Materiales
biolgicos y artificiales en ciruga. Artculo del compendio:
Tamames Escobar, S.; Martnez Ramos, C. (1997). Ciruga: Fisiopatologa general.
Aspectos Bsicos. Manejo del paciente quirrgico. Editorial Panamericana: Espaa.
Lpez Garca, Mariano. (2006). Estudio experimental en el cedro de uso de
implantes dentales ante situaciones de carga inmediata. Tesis de Doctorado.
Facultad de Vetrinaria. Universidad de Santiago de Compostela. Espaa. Parrilla Paricio, P.; Landa Garca, J. I. (2009). Ciruga AEC(2da edicin). Asociacin
espaola de cirujanos. Editorial Mdica Panamericana: Espaa.
RATLEDGE, Colin. KRISTIANSEN, Bjorn. BIOTECNOLOGA BSICA.
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