Las herramientas de corte, las cuales modifican la estructura ósea (hueso humano), pueden generar partículas de desgaste dentro del organismo y experimentar procesos corrosivos por las condiciones biológicas del cuerpo humano—pero hoy en día, un grupo de investigadores colombianos están probando una solución a la problemática.
Según un informe de Fortune Business Insights, se prevé que el mercado mundial de revestimientos médicos crezca de 4 270 millones de dólares estadounidenses en 2022 a 8 200 millones de dólares en 2029.
En un estudio recién publicado, investigadores del Grupo de Tribología, Polímeros, Metalurgia de Polvos y Transformaciones de Residuos Sólidos – TPMR de la Universidad del Valle (Univalle) hicieron pruebas con un revestimiento protector compuesto de materiales cerámicos que tienen características muy similares al hueso humano.
Christian Ortiz Ortiz, autor principal de esta investigación, profesor asistente de la Escuela de Ingeniería de Materiales de Univalle y un estudiante del programa de Doctorado en Ingeniería, explicó que es necesario generar dispositivos cada vez más asequibles basados en acero recubierto que puedan competir con aleaciones metálicas más caras como el titanio.
“Nuestro objetivo es generar dispositivos con propiedades de biocompatibilidad igual a las aleaciones de titanio que ya están en el mercado, pero a un precio más asequible”, dijo el profesor Ortiz.
Foto: Christian Ortiz Ortiz (mano derecha), profesor asistente de Univalle, autor principal del artículo científico. Credito: Adolfo Cerron/NCC-FI/Univalle.
La Investigación
En el artículo cientifico “Tribological Evaluation of [β- TCP/HA]n Multilayer Coatings Immersed in Biological Fluids”, publicado en la revista científica Biotribology, los autores, incluso estudiantes de pregrado, describieron la manera en que combinaron dos materiales hidroxiapatita (HA) y el fosfato tricálcico de fase beta (β-TCP) para la formación de un sistema multicapa.
Estas cerámicas tienen propiedades biocompatibles y biodegradables, lo que significa que pueden integrarse con el tejido óseo natural y ser reabsorbidas por el organismo con el paso del tiempo—sin embargo, tienen algunas limitaciones, por ejemplo, los materiales son frágiles en capas singulares o individuales.
“Las capas individuales son estructuras cerámicas, pero cuando están combinadas, crean un sistema multi-capa, (con muchas interfaces), resultando en un material con mejores propiedades mecánicas y tribológicas mejor resistencia,” manifestó el profesor Ortiz.
El equipo, dirigido por el profesor Christian Ortiz y el Doctor Julio César Caicedo Angulo, encontró que la aplicación de revestimientos multicapa proporcionará mejores propiedades superficiales, mecánicas y tribológicas a los aceros, pero haría un beneficio adicional: una potencial reducción en infecciones de pacientes. Esta línea de investigación inició con el apoyo del estudiante Santiago Cuellar, en su tesis de pregrado en la Escuela de Ingeniería de Materiales.
“Uno de los principales retos con las herramientas de corte convencionales que están constituidas por aceros que este material se oxida, lo que puede causar problemas dentro del cuerpo”, planteó Ortiz, añadiendo que los recubrimientos disminuyen significativamente la citotoxicidad (daño a células vivas) en comparación con el acero solo.
En el laboratorio, los investigadores exitosamente simularon las condiciones biológicas del cuerpo humano y los dispositivos quirúrgicos.
Laura Natalia Montillauna estudiante de décimo semestre del programa de Ingeniería de Materiales y una coautora de la publicación científica, explicó el reto más grande que los investigadores encontraron fue la creación del dispositivo biomédico.
“Modificamos los convencionales que tratamos con el fin de realizar la interacción entre la estructura ósea, la herramienta de corte y la simulación del medio específico”, dijo Montilla.
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El Futuro
Willian Aperador Chaparro, docente titular de la Universidad Militar Nueva Granada y un colaborador de un proyecto más amplió con los mismos materiales, explicó que dentro de las ambiciones para el futuro, los investigadores quieran optimizar estas técnicas y buscan crear materiales compuestos que tengan una mejor resistencia mecánica, una mayor porosidad y una mayor bioactividad.
“Desarrollaremos diferentes estrategias, como la combinación de β-TCP y HA en distintas proporciones, la adición de otros componentes como polímeros o factores de crecimiento, o la modificación de la estructura y la morfología de los materiales”, dijo el profesor Aperador.
Ortiz dijo que en el futuro esperan probar estos recubrimientos en contextos clínicos.
“Queremos llevarlos a pruebas de campo, por ejemplo, en unas sierras quirúrgicas y compararlas en tiempo real con los de acero”, afirmó el profesor Ortiz.
El proyecto también tuvo un impacto en las estudiantes de pregrado que resultaron co-autoras de la publicación científica.
Daniela Grisales Martínez, una estudiante de décimo semestre del programa de Ingeniería de Materiales explicó que el proyecto ha contribuido de manera significativa en su desarrollo como futura ingeniera de materiales y ha aportado un gran avance al campo de investigación en ingeniería en particular sobre los nuevos materiales biomédicos.
“Este proyecto me ha proporcionado la oportunidad de crecer como investigadora al enfrentar desafíos como mejorar mis habilidades de comunicación, la capacidad de interpretar datos y así mismo discutirlos en un lenguaje técnico y científico.
Además Grisales ha contribuido en el desarrollo y aplicación de un nuevo dispositivo dentro del laboratorio de Recubrimientos Duros y Aplicaciones Industriales (RDAI), en el cual simula la interacción estructura ósea-herramienta de corte.
Si le interesa contactar al investigador o conocer más sobre el proyecto, escriba a la Oficina de Comunicaciones Facultad de Ingeniería: comunicaingenieria(arroba)correounivalle.edu.co
Foto de la portada: Monitor estudiantil, José Miguel Fuertes, durante un ensayo del dispositivo del proyecto de biomateriales. Crédito: Adolfo Cerron/NCC-FI/Univalle
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