BIOMATERIALES COMPUESTOS

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BIOMATERIALES COMPUESTOS
Un material compuesto consta de dos o más materiales físicamente y/o químicamente distintos, adecuadamente dispuestos o distribuidos con una interfaz que los separa. Tiene características que no están representadas por ninguno de los componentes de forma aislada, siendo estas características específicas el propósito de combinar los materiales.
https://www.mdpi.com/2306-5354/4/1/15/htm
Los materiales compuestos tienen una fase en masa, que es continua, llamada matriz, y una o más fases dispersas, no continuas, llamadas refuerzo, que generalmente tiene propiedades mecánicas o térmicas superiores a la matriz. La región entre los dos puede ser simplemente una superficie, llamada interfaz, o una tercera fase, llamada interfase
· La matriz en un compuesto es la fase continua que envuelve la fase de refuerzo, ya sea completa o parcialmente. Cumple varias funciones importantes: Mantiene las fibras o partículas en su lugar, y en compuestos orientados, mantiene la dirección preferida de las fibras.
· La matriz transfiere la carga aplicada al refuerzo y redistribuye el esfuerzo. Cuando se usa con fibras frágiles, la matriz ayuda a aumentar la tenacidad a la fractura porque generalmente es de un material de menor rigidez y puede tolerar mayores fuerzas de alargamiento y corte que el refuerzo.
· La matriz también determina la durabilidad ambiental del material compuesto al resistir tensiones químicas, higroscópicas y térmicas y al proteger el refuerzo de estas tensiones. La matriz también influye mucho en características de procesamiento de un compuesto.
MATERIALES DENTALES ANTIBIOFILM
Fabricamos un nuevo material dental a base de resina con agentes anticaries (nanopartículas de plata, macromoléculas antibacterianas y fosfato de calcio amorfo). Este tipo de materiales se utilizan para rellenar restauraciones.
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Los nuevos agentes incrustados en la resina impidieron la adhesión de biopelículas y los ácidos neutralizados producidos por las bacterias. Nuestros resultados mostraron una mejora significativa en la durabilidad y resistencia de la unión, extendiendo la vida útil de las restauraciones
Diseñamos un estudio in vitro para exponer el complejo de restauración de dentina a un ambiente ácido durante la carga cíclica que representa la masticación. Nuestros resultados experimentales revelaron que el nuevo compuesto dental multiagente redujo el impacto ácido de la biopelícula oral en la interfaz de unión, al mejorar la resistencia a la falla por fatiga. 
CLASIFICACIÓN
· compuestos reforzados con fibra
· compuestos reforzados con partículas
· Compuestos de matriz polimérica (PMC)
· Compuestos de matriz metálica (MMC)
· Compuestos de matriz cerámica (CMC)
PROPIEDADES FÍSICAS 
MODELOS DE MECÁNICA DE MATERIALES 
El modelo de mecánica de materiales utiliza ecuaciones analíticas simples para llegar a las propiedades efectivas de un compuesto, utilizando supuestos simplificadores sobre la distribución de tensiones y deformaciones en un elemento de volumen representativo del compuesto. Este enfoque da como resultado la regla común de las ecuaciones de mezclas para compuestos, donde las propiedades son relativas a la fracción de volumen de las fibras y la matriz.
Las propiedades físicas como la densidad se calculan fácilmente mediante las siguientes ecuaciones:
donde Vf, Vm y Vv son las fracciones de volumen de la fibra, la matriz y los huecos, respectivamente, y de manera similar, 𝜌c, 𝜌f y 𝜌m son las densidades del compuesto, la fibra y la matriz.
Los compuestos consisten en dos o más materiales que se pueden combinar de varias maneras, por ejemplo, como inclusiones de partículas en una matriz, como fases laminadas o como compuestos reforzados con fibra, por mencionar solo algunos. La regla de las mezclas es útil para estimar aproximadamente los límites superior e inferior de las propiedades mecánicas de un compuesto fibroso orientado, donde la matriz es isotrópica, con la coordenada 1 la dirección principal de la fibra y la coordenada 2 transversal a ella. Para el límite superior, se utiliza el modelo Voight (Fig. 1), donde se supone que la deformación es la misma en la fibra y la matriz. 
Modelos de estrés compuesto: (a) Voight o isostrain; (b) Reuss o isostress. Las flechas indican la dirección de la fuerza de tensión.
Para el límite inferior, se utiliza el modelo de Reuss, donde se supone que la tensión es la misma. Esto proporciona las siguientes ecuaciones para módulos compuestos:
donde E y G son el módulo de Young y el módulo de corte, respectivamente. Las ecuaciones para el módulo transversal y el módulo de corte se conocen como la ley inversa de las mezclas. Algunas fibras, como el carbono, tienen diferentes propiedades a lo largo de sus ejes longitudinales y transversales que las ecuaciones anteriores pueden tener en cuenta.
APLICACIONES BIOMÉDICAS
ORTOPÉDICAS: 
reemplazo de unión de cadera
El hueso cortical tiene una rigidez de 15 GPa y una resistencia a la tracción de 90 MPa [1]. Los valores correspondientes para el titanio son 110 GPa y 800 MPa, que son claramente muy altos. Los compuestos de fibra de carbono en matrices de PEEK o polisulfona pueden fabricarse con rigidez en el rango de 1 a 170 GPa y resistencia a la tracción de 70 a 900 MPa [2]. Los ejemplos son vástagos femorales ajustados a presión hechos de fibras de carbono unidireccionales laminadas en PEEK, polisulfona, polímero cristalino líquido (LCP) [3] y polieterimida (PEI) [4]
Cementos óseos 
Los cementos óseos utilizados para llenar el vacío y mejorar la adhesión entre los implantes y el tejido óseo del huésped se han reforzado con varias fibras para evitar que se aflojen y mejorar la resistencia al corte. El cemento óseo típico es el polvo de PMMA mezclado con un monómero de tipo metacrilato que se polimeriza durante la fijación. Se han agregado fracciones de bajo volumen de grafito, carbono y fibras de Kevlar a las matrices de PMMA para aumentar la vida útil de la fatiga y reducir la deformación por fluencia [1].
 
placas de fijación ósea 
Los ejemplos de placas óseas compuestas incluyen fibra de carbono continúa laminada en una matriz de polilactida (PLA), que es parcialmente absorbible, y fibras de vidrio de fosfato de calcio también en PLA, que es completamente reabsorbible [1]. Las fibras continuas de poli (L-lactida) en una matriz PLA también produjeron un compuesto completamente reabsorbible.
Prótesis termoplástica de cadera reforzada con fibra de carbono, con y sin recubrimiento de hidroxiapatita, que se muestra junto con el equivalente de titanio convencional. 
DENTAL: 
matriz de resina de polímero llena de rígidas inclusiones inorgánicas u orgánicas
El monómero de resina es típicamente un metacrilato o un derivado de éster dimetacrilato de uretano tal como bis-GMA curado en el sitio por reticuladores, luz ultravioleta (UV) o diodos emisores de luz. Las partículas de relleno rígidas que aumentan la resistencia e imparten resistencia al desgaste pueden ser cerámicas de vidrio, silicato de calcio, fluoruro de calcio, cuarzo cristalino y bigotes de nitruro de silicio [1].
arcos de ortodoncia
Un ejemplo es una resina termoestable de dimetacrilato reforzada con vidrio S2 pultruida unidireccional [1]. Dependiendo del hilo de fibra de vidrio utilizado, la fracción de volumen de fibra varió del 32 al 74 por ciento. La resistencia y el módulo fueron comparables con los de los cables de titanio. Los brackets de ortodoncia también se hicieron de materiales compuestos con una matriz de polietileno reforzada con partículas cerámicas de hidroxiapatita [2] 
Acrílicos en Ingeniería Biomédica
Acrílicos, principalmente aquellos hechos de poli (metil metacrilato) (PMMA) se han utilizado en medicina y odontología desde la década de 1930. Los acrílicos fueron los primeros comercializado en 1927 por Rohm y Haas en Alemania. El potencial para el uso de acrílicos en el cuerpo humano era apreciado por primera vez en 1937 cuando se utilizó PMMA como material de base para dentaduras postizas.También hubo evidencia de mínima reacción a la presencia de metralla acrílica en aviadores heridos que volaron con cúpulas de cabina hechas del material en la Segunda Guerra Mundial.
En 1946, el Judet hermanos utilizaron PMMA en ortopedia como el femoral cabeza para una prótesis de cadera.
A finales de los años cincuenta y principios de los sesenta, la ortopedia comunidad de cirugía estaba buscando formas de lidiar con la enfermedad debilitante osteoartritis y otras articulaciones enfermedades como la artritis reumatoide, la necrosis avascular y el trauma que causaron gran dolor y falta de movilidad en pacientes. Un pionero en este sentido fue el cirujano ortopédico Sir John Charnley, quien primero propuso que se pudieran fijar las articulaciones artificiales metálicas dentro de la cavidad hueca de huesos largos, como el fémur, con el uso de un acrílico autopolimerizable cemento o lechada 
Como la comunidad dental ya estaba usando PMMA para aplicaciones de dentaduras postizas, Charnley adaptó este material al reemplazo de articulaciones ortopédicas, llamándolo cemento óseo ortopédico. Así comenzó uno de los procedimientos quirúrgicos más exitosos aún en uso hoy. Desde la década de 1960, los acrílicos han sido ampliamente utilizado en medicina y odontología con una amplia gama de aplicaciones y una gama algo menor de químicos. 
Consideraciones generales para acrílicos 
En prácticamente todas las aplicaciones en ingeniería biomédica, los monómeros acrílicos se polimerizan para formar materiales sólidos. Este proceso de polimerización a menudo ocurre in situ, es decir, en su sitio previsto. Polimerización
tiene lugar mediante un proceso conocido como polimerización de radicales libres (Fig. 2), que tiene tres etapas: iniciación, propagación y finalización de la reacción de polimerización. Durante la iniciación, un iniciador molécula (por ejemplo, peróxido de benzoilo (BPO) o al canforquinona) se descompone para dar un radical libre, que tiene un electrón no apareado y está en un estado de alta energía. Cuando un radical libre entra en contacto con un acrílico monómero, se une con el monómero usando uno de los electrones que forman el doble carbono-carbono enlace en el monómero para formar un nuevo enlace único. el electrón libre restante (es decir, el radical) se transfiere hasta el final de la cadena, donde puede repetir el proceso. La cadena continúa creciendo al azar o propagándose por quizás varias unidades de miles de monómeros repetidos. Finalmente, el proceso de crecimiento de la cadena se termina por aniquilación (o combinación) o desproporción. La aniquilación es un proceso mediante el cual dos cadenas crecientes se topan y se combinan para formar una cadena La desproporción es un proceso. por el cual dos cadenas de radicales libres interactúan transfiriendo un hidrógeno de una a la otra, lo que resulta en dos cadenas con la última cadena reformando un carbono–doble enlace de carbono (Rosen 1982, Rodríguez 1982, Sperling 1992).