Biomateriales Dentales: Propiedades y Aplicaciones

Requisitos Clínicos del Cemento de Fosfato de Calcio

Cohesión, Tiempos de Fraguado, Inyectabilidad. Periodo de no implantación (0,TC), de implantación (TC, 3, FI), de no manipulación (FI, 8, FF), cierre de la incisión (FF, 15).

Unión Metal-Cerámica

Mecanizado sup, oxidación sup, recubrimiento sup de transición (PVD,CVD, proyección térmica), recubrimiento sup difusión (bonding).

Aleaciones Base Cobalto

Más usadas Co-Cr:

A. CoCrMo (F75), colada
CoNiCrMo (F562), forja
A. CoCrWNi (F90), forja.

CoCrMo y CoNiCrMo contienen molibdeno para mejorar la resistencia por endurecimiento. CoCrWNi contiene tungsteno. La cantidad del elemento varía, en F75 tenemos hasta un 30% de Cr, mientras que en F90 y F562 hasta un 21%. La cantidad de Ni en cada aleación también varía: en F75 tenemos hasta un 2.5%, F90 un 11% y F562 tiene un porcentaje de Ni de hasta un 37%.

Amalgamas

Amalgamas Bajas en Cobre
Ag₃Sn-Cu₃Sn-Zn (γ) + Hg → Ag₂₂SnHg₂₇(γ1) + Sn₈Hg(γ2) + Ag₃Sn-Cu₃Sn-Zn (no reaccionado)

Amalgamas Altas en Cobre
Ag₃Sn-Cu₃Sn-Zn (γ) + Ag-Cu + Hg → Ag₂₂SnHg₂₇(γ1) + Cu₆Sn₅ (η) + Ag₃Sn-Cu₃Sn-Zn (no reaccionado) + Ag-Cu (no reaccionado).

Fases de Equilibrio del Titanio

ESTRUCTURA HCP Alfa (α)
• α-estabilizadores: Al, B, Sc, Ga, La, Ce, Ge, C, O, N
• Al equivalente: [Al]_equi=[Al]+0.17[Zr]+0.33[Sn]+10[O]

ESTRUCTURA CC Beta (β)
• β-estabilizadores: V, Mo, Nb, Ta, Mn, Cr, Cu, Ni, Fe, Co, Au, Ag, W, Pt
• Mo-equivalente: [Mo]_equi=[Mo]+0.2[Ta]+0.28[Nb]+0.4[W]+0.67[V]+1.25[Cr]+1.25[Ni]+1.7[Co]+2.5[Fe]

Fase B2– estructuras que aparecen cuando trabajamos con W por ejemplo. Redes cúbicas.

α2-estructura ordenada hexagonal cuando tenemos intermetálicos tipo Ti₃X (X=Al, Ga, In o Sn).

γ-Estructura intermetálica equiatómica con alto contenido de α-estabilizadores, tipo TiX, por ejemplo NiTi.

Interés del Circonio y sus Aleaciones

El circonio (Zr) es un material con muy buena biocompatibilidad, sin embargo, tiene mayor peso que el titanio. Tiene menor susceptibilidad magnética que el titanio, por tanto es necesario para los pacientes en los que sea necesario realizar un seguimiento. Las principales aleaciones de circonio son:

Zr-5 Ti
Zr-(3, 6, 9)Nb, formación de fases α’, α’ + ω + β y ω + β
Zr-3Mo.

Causas del Desgaste

Psicológicas (alimentos)
Patológicas (fuerza mandibular)
Profilácticas (higiene bucal)
Corte, Acabado y Pulido (dentistas).

Fijación por Osteointegración

La fijación biológica se basa en la osteointegración, en tener una superficie porosa y que el crecimiento óseo se realice a través de los poros de nuestra superficie. Así se fija de forma autónoma y se permite la formación de osteonas. Los tipos de modificación de la geometría superficial son:

Colada
Sinterización
Spray térmico
Preforma.

Mecanismos de Lubricación

Hidrostática (presión del lubricante)
Autolubricante (exudación)
Por compresión mecánica y arrastre (receptáculo).

Tratamientos Superficiales de Implantes Dentales

Los tratamientos son importantes porque aumentan el contacto hueso-implante (BIC). Tipos de tratamientos:

Plasma spray de Titanio (TPS): procedimiento aditivo. Consigue una mayor rugosidad y un mayor BIC.
Hidroxiapatita (HA): aditivo. Se consigue mayor rugosidad, la cual potencia la cicatrización ósea temprana y un elevado BIC. El problema es que se puede provocar cierta contaminación y pérdida del revestimiento.
Grabado ácido: sustractivo. Tienen muy buen BIC. Se debe limpiar correctamente para que no se queden partículas que lo contaminen.
Chorreado: sustractivo. Tiene menor BIC.
Oxidación: grabado alcalino: sustractivo.

Propiedades Mecánicas Típicas y Usos de la Hidroxiapatita

Propiedades en función de su porosidad. Densidad no muy elevada (3.16 g/cm³). Sus propiedades varían en función de la temperatura de sinterizado, como la resistencia a tracción (40-100 MPa), baja pero aproximada a la del hueso cortical. Dureza elevada comparada con los metales. Resistencia a flexión (combina tracción y compresión) presenta una ligera disminución (20-80 MPa). Resistencia a compresión elevada (100-900 MPa). Tenacidad a fractura baja en general en las cerámicas (aprox. 1 MPa*m^1/2) y su E depende también de la sinterización, alrededor de los 110 GPa. Nos interesa que la HA sea porosa para que la superficie de contacto con el hueso sea mayor y exista una reacción de reabsorción. El módulo Weibull es bajo (aprox. 12) parecido al del cuerpo. Aplicaciones: recubrimiento en prótesis metálicas para una adecuada unión con el hueso.

Níquel-Titanio (Ni-Ti)

Memoria de forma relacionada con la transformación de fase martensítica. Transformación reversible. Comercialmente Nitinoles. Composición cercana a la equiatómica Ni-Ti (50%-50%). Propiedades mecánicas que ofrecen oportunidades únicas en biomecánica. Metal con buen índice de resistencia a la corrosión. Aplicaciones principales: implantes dentales (ortodoncia) y futuras: corazón, músculos artificiales. Aplicaciones se asocian a las propiedades superelásticas.

El diseño requiere de la experiencia de expertos familiarizados con su comportamiento. Limitación: posible liberación de Níquel. También formación de islas de Ti puro en la superficie o mezclas de NiO con Ti₂O. Las condiciones superficiales son críticas.

Metalosis

: puede producirse por la corrosión entre metales, donde por desgaste se liberen partículas metálicas que son perjudiciales para el organismo humano. Es un estado patológico ocasionado por la intoxicación de metales. Puede tener efectos crónicos. Metales juegan un papel muy importante en la actividad metabólica y catabólica. Cuando son metabólicamente activos, como el cobalto y cromo, presentan un efecto multiplicador que modifica el metabolismo en general. Respuesta inmunológica. La alergia a los metales, producida fund en las mujeres que usan objetos de joyería o pendientes con elevado contenido en níquel, es uno de los fenómenos que mejor explican la modificación a la respuesta inmunológica. En ensayos cutáneos, se encuentran porcentajes de alergias al níquel de 4.6% a 6.7%, del 3.3% al 4.8% al cobalto y del 1.1% al 9.8% al cromo dependiendo de la sensibilidad y salud del paciente.