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Ciencia de los materiales para mejorar la calidad de vida

Dr. Eric Noé Hernández Rodríguez

Departamento de Ingeniería Mecánica

División de Ingenierías

Campus Irapuato -Salamanca, Universidad de Guanajuato

El conocimiento de los materiales y la capacidad para su manipulación han permitido una notable mejora en las condiciones de vida de los seres humanos. En la prehistoria, materiales de origen natural, como las piedras, fueron empleados como herramientas simples. Posteriormente, en la edad antigua, el hombre aprendió a manipular los metales, tales como el bronce, que se empleó para fabricar herramientas de caza, instrumentos agrícolas o vasijas.

Mas recientemente, en la edad contemporánea, aprendimos a manipular a los semiconductores, entre muchos otros materiales, dando lugar al surgimiento de áreas tales como las telecomunicaciones o la electrónica. Con estos ejemplos, podemos observar cómo los materiales han impactado de manera decisiva en el desarrollo de las civilizaciones. Han hecho la vida de los seres humanos más sencilla, segura y placentera. En la actualidad, materiales avanzados están siendo obtenidos de manera sintética y son estudiados, teniendo un vasto campo de aplicaciones, por ejemplo, en aeronáutica, trasporte, energía o estructuras, solo por mencionar unas pocas.

Un campo donde los materiales han cobrado gran relevancia es en la medicina y en aquellas áreas relacionadas con la salud. En la actualidad, materiales poliméricos, cerámicos, metálicos o híbridos se están empleando en sustitución de tejidos humanos, ya sea de manera temporal o permanente. Estos materiales intentan imitar la función natural de los tejidos, con la finalidad de devolver cierta funcionalidad al paciente que los usa. No obstante, existe un gran reto para lograr materiales con semejanza a los tejidos. A veces, la funcionalidad es recuperada solo parcialmente, el cuerpo los rechaza o simplemente, no soportan la tarea para la que fueron diseñados.

Actualmente, en el Campus Irapuato-Salamanca de la Universidad de Guanajuato existe un grupo de investigación conformado por profesores de la División de Ingenierías y de la División de Ciencias de la Vida dedicado a la síntesis, modificación y estudio de materiales enfocados en el área biomédica, específicamente, en materiales de interés para la fabricación de implantes ortopédicos. Este grupo lleva trabajando alrededor de 4 años en la modificación superficial de distintos materiales metálicos, y en el desarrollo y aplicación de recubrimientos con la finalidad de preservar la integridad superficial de materiales implantables.

Un material que ha sido estudiado recientemente es la aleación cobalto-cromo-molibdeno (CoCrMo) ASTM F75, utilizada para la fabricación de implantes permanentes en reemplazos de articulaciones de cadera o rodilla. Este material es de gran interés, ya que sus propiedades mecánicas, como la dureza, son superiores a las de otros metales, además de que tiene una buena resistencia a la corrosión.

Sin embargo, cuando se encuentra implantado es susceptible de sufrir un proceso de tribocorrosión, que es la combinación del desgaste prematuro debido a la corrosión por la presencia del fluido fisiológico del cuerpo humano y el desgaste mecánico debido al rozamiento entre las partes móviles de la articulación. De esta manera, por un lado, se libera material de la aleación hacia el cuerpo humano que es nocivo para la salud, y, por otra parte, la integridad mecánica de la aleación se ve comprometida, derivando en un fallo del implante. En el grupo de investigación se ha implementado una técnica llamada bruñido con bola que ha permitido mejorar las propiedades superficiales de la aleación CoCrMo.

Esta consiste en generar una deformación plástica de la superficie de forma controlada, lo cual se logra al presionar y deslizar una bola de alta dureza, típicamente de diamante. Los resultados de la investigación han mostrado que es posible disminuir la rugosidad superficial hasta en 72 %, e incrementar la dureza superficial y la resistencia a la corrosión en 41 % y 92 %, respectivamente. Estos resultados muestran un gran potencial, al mejorar las propiedades esenciales para incrementar la resistencia a la tribocorrosión.

Por otra parte, también se investigan materiales para implantes ortopédicos biodegradables. Estos son implantes que una vez que cumplen su función al sanar una lesión, por ejemplo, una fractura de hueso, tienen la capacidad de ser absorbidos por el cuerpo humano, evitando una cirugía de extracción. El magnesio ha sido estudiado por el grupo de investigación, pues es un metal ligero que tiene propiedades mecánicas muy parecidas a las del hueso humano, es biocompatible y además biodegradable (puede ser absorbido por el cuerpo humano).

No obstante, no ha podido ser aplicado todavía, ya que sufre de una alta corrosión al estar en contacto con el fluido fisiológico. En las investigaciones realizadas se ha desarrollado un recubrimiento a base de dos óxidos metálicos (TiO₂ y MgO) que ha sido patentado. Este es biocompatible y protege al magnesio contra la corrosión por un periodo de tiempo, preservando sus propiedades mecánicas. El ajuste del tiempo de protección puede hacerse al cambiar la proporción de los óxidos que constituyen al recubrimiento, así, permitirían modular el tiempo de vida de los implantes biodegradables basados en el magnesio según los requerimientos, como lugar de la lesión o la complexión física del paciente.

Este grupo de investigación, además de realizar investigación, también se ha dado a la tarea de formar recursos humanos a través de la participación de estudiantes tesistas de licenciatura y posgrado, en estancias de verano o servicio social, tanto de la Universidad como externos, con lo cual se espera impactar positivamente en el desarrollo o mejoramiento de nuevos materiales de relevancia científica y tecnológica con la finalidad de contribuir al mejoramiento de la calidad de vida de las personas.

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