Aplicaciones Biomedicas Del Titanio

RIOMECANICA-ORIGINALES

Aplicaciones biomédicas del titanio v sus aleaciones
F.J. GIL Y J.A. PLANELL

l . INTRODUCCION
Hasta el siglo XVIll los materiales metálicos utilizados en implantes quirúrgicos eran fundamentalmente el oro y la plata, siendo en el siglo XIX cuando empezaron a utilizarse los aceros, y ya en este siglo aparecieron los aceros inoxidables, las aleaciones de cromo.cobalto y molibdeno, siendo en la década de los años 40 cuando se introdujeron el titanio y sus aleaciones en el campo de la medicina. Fueron Bothe, Beaton y Dnvenportl los que mediante la implantación en animales, observaron su excelente biocompatibilidad. comparable a la del acero inoxidable o a la del Vitallium (CoCrMo). Su baja densidad, 4.7 g/cmhomparada con 7,9 del acero inoxidable AlSl 3 16. 8,3de la aleación CoCrMo y 9.2 de la CoNiCrMo, junto a sus buenas propiedades mecánicas y su excelente resistencia a la corrosión, hacen del titanio un biomaterial de sumo interés para su aplicación en implantes quirúrgicos. En el presente trabnjo se revisan las características mrís importantes del titanio y sus aleaciones. Después de presentar un breve resumen del concepto de hiocompatibilidad, sedescriben fundamentalmente las aplicaciones de dichos materiales en aplicaciones ortopédicas y dentales. Aunque el titanio se utiliza también en otro tipo de aplicaciones biomédicas, tales como válvulas cardíacas (figura 1 ) o marcapasos, en ellas no se aprovecha todo su potencial como material estructural como en las aplicaciones que se describen en el presente trabii.jo.

2. El, TITANIO Y SUSA1,EACIONKS 2.1. EL TITANIO COMERCIA1,MKNTE PIJHO
El titanio es un metal que sufre ~in;itri~~isfor~ii;icicí~i alotr6pic;i a la teinperatur;i de 882°C. pasando tle iinn estructura hexagonnl compacta (fiise n) n iiiin estriiciLii;i más abierta cúbica centrada en el cuerpo (fiise h). lo cliie permite la realizaci6n de tratamientos tfrmicoh con transformación total. Hay que destacar 1;) fiicilid;idqiie tiene el titanio para disolver por sustitucicíii o insercicíii otros elementos que. dependiendo del número de electrones de enlace del elemento. tienden n estabilizar alg~ina de Ins dos f:tses alotr6picns. Los elementos de menos de cuatro electrones de ciil;ice por iítomo estnhilizan la fase a y iiuiiiciitan In tenipcraturn de trrinsformiición. como puede observarse en In figura 2a. Este efectolo producen elciiiciitos coiiio el aluminio o el galio y los intersticinles coiiio el oxígeno. nitrógeno y carbono. Con el aluininio. el titanio I'oriiia un compuesto intermetálico (Ti,AI) fiise a, que provoco fragilidad al material. Los elementos de inlís de cuntro electrones de eiilace por átomo estnhilizan la fase 0 y disniin~iyeiiIn teiiiperatura de transformación. Estos pueden cl:isificarscen dos grupos:
- 0-isomorfos como el molibdeno. wolfrniiiio y voiiiidio. entre otros. que forman dirigrainn\ tlc eqiiilihrio como el de la figura 2b.

- P-eutectoides como el cobre. inoiigiineso. hierro. niquel. cobalto y el intersticinl hidrcígeno. los ciiiiles

Contenido de aleante
(a)
Fig. I VHIviiI;i cardíac;~tipo disco el;il)or;icl;i ron '1'it;iiiio recubiertn de carlwno pirolítico(b)

(c)

Fig. 2. Tipos de d i a g r a m a i de equilibrio p;ir:i ;ilc;icionc.\ de Titanio (2).

F. J. GIL v J. A. PLANELL

TABLA 1 PROPIEDADES MECANICAS DEL TITANIO PURO PARA IMPLANTES QUlRURClCOS (4)
Propiedades Carga de rotura (MPa) Límite elástico (0.2%) (MPa) Elongación (%) Estricción (%) Grado 1 240 170 24 30 Grado 2 Grado 3 Grado 4

favorecen la transformación eutectoide B - a+, aunque ésta no suele presentarse, por lo que en la práctica, se comportan como los B-isomorfos (figura 2c) (2.3.) Existen cuatro grados de titanio sin alear normalizados para implantes quirúrgicos, dependiendo del contenido de impurezas (oxígeno, nitrógeno, carbono, hidrógeno y hierro) que son las que controlan sus propiedades mecánicas y que se expresan en la Tabla 1. La resistencia del...