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CIATEQ A.C.

Impresión de huesos en 3D

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El envejecimiento de la población en países desarrollados y el gran número de accidentes de tráfico en países emergentes, son factores que han detonado la investigación básica en el desarrollo de materiales, para ser empleados como implantes en diferentes partes del cuerpo humano. En el caso de materiales sustitutos de tejido óseo, es importante que sus propiedades sean similares a las del material que reemplazarán; las propiedades del material sustituto, dependerán del tipo de hueso a reemplazar, aunque las propiedades más críticas en general son el módulo elástico, la densidad, la resistencia al desgaste y la biocompatibilidad.

Una de las desventajas al colocar dentro del cuerpo implantes fabricados de metales como el hierro, acero inoxidable y titanio, es que no tienen elasticidad ni densidad parecida al hueso humano. Además, por su tipo de superficie no siempre permiten la adecuada generación de tejido óseo, el cual se debilita con el paso del tiempo, hasta provocar que la pieza implantada salga de su lugar o inclusive se zafe provocando daños colaterales importantes.

Ante ello, integrantes del Centro de Tecnología Avanzada CIATEQ, investigan los principios básicos para la fabricación en tercera dimensión (3D) de implantes biocompatibles y con características porosas, elásticas y con una densidad similar al hueso. Las estructuras serán diseñadas empleando diferentes herramientas de software y están pensadas para soportar el difícil ambiente dentro del cuerpo humano para evitar lesiones con el paso el tiempo.

CIATEQ con su equipo de tecnólogos expertos, trabajan en una primera fase del proyecto donde han investigado los materiales que mejor cumplen la función de un implante al mostrar biocompatibilidad y resistencia, por lo que se definió la utilización de una aleación de titanio, aluminio y vanadio, la cual es empleada también en la industria aeronáutica, y como recubrimiento se determinó el uso de un material cerámico denominado hidroxiapatita.

En cuanto al proceso de creación de las piezas, actualmente se trabaja con diversas herramientas especializadas de software para diseñar los implantes, mismos que tendrían que cumplir con la característica de poseer estructuras internas huecas auto-soportadas, similares a las del hueso humano. El empleo de la manufactura aditiva representa una opción atractiva para la obtención de materiales metálicos con densidad y módulo de elasticidad controlados.

El Centro investiga sobre el proceso de impresión de las estructuras en 3D; las piezas se fabricarán empleando polvo de aleación titanio-aluminio-vanadio, mismo que se fusiona a través de un proceso de sinterización en la impresora 3D mediante el empleo de un láser que une capa por capa el material hasta construir la geometría buscada.

Para CIATEQ es muy importante esta innovación de recubrir las estructuras creadas con un material que permita la unión adecuada y funcional entre el implante y el tejido óseo, por lo que se seleccionó un cerámico denominado hidroxiapatita, el cual es biocompatible, ya que tiene características similares al hueso y se usa comúnmente en implantes sin que el cuerpo los rechace.

Cabe señalar que el recubrimiento se producirá mediante rociado térmico, en particular se usará la técnica de combustión denominada HVOF, en la cual el material a utilizar se funde a causa de una flama de alta velocidad y después es proyectado sobre la superficie a recubrir. Esta investigación ha sido apoyada por CONACYT y en ella se trabaja en conjunto con el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, unidad Querétaro y el Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial. Como parte de la experimentación, actualmente se han impreso algunas estructuras preliminares en acero inoxidable.


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