Tema 3: Materiales Duros Flashcards
Funciones de los materiales Duros
-Soporte y/o estructural (Sistema musculo-esqueletico)
-Protección (huesos del cráneo)
-Herramientas (uñas, dientes)
Optimización de materiales y condiciones de diseño en materiales duros
La selección de materiales está muy relacionada con la geometría y dimensiones. El mejor material será aquel que cumpla con las características pedidas y el que, a su vez, suponga un menor coste, lo que en la naturaleza se traduce en minimizar la energía.
Condiciones de diseño:
-Resistencia uniaxial (tensión/tracción y compresión)
-Resistencia y rigidez a flexión
-Evitar paneo a compresión
-Tenacidad
Composición de los materiales duros
-Matriz de macromoléculas (fase continua del material): Ejemplo: polisacáridos, proteínas, lípidos
-Refuerzo de biominerales (puede no darse): Ejemplo: carbonatos (Ca,Mg) en el nácar, apatita en los huesos
Ejemplos de materiales duros
-Hueso
-Nácar
-Dientes
-Quitina
-Proteina α-queratina
Tipos de hueso
-Es el material duro más importante porque da la propia estructura al cuerpo.
-El ser humano tiene 206 huesos, y se distinguen 5 tipos: Largo, Corto, Irregular, Plano y Sesamoideo
-En función del material (tejido óseo), se distinguen: Trabecular o esponjoso (poroso, más débil, es el relleno de los huesos grandes) y cortical o compacto (más denso, más resistente, es la parte externa del hueso)
Funciones del hueso
-Estructural, soporte y protección
-Hematopoyesis: Formación, desarrollo y maduración de los elementos de la sangre
-Regulación y almacenamiento de calcio
Composición del hueso
-60% Mineral: Hidroxiapatita
-30% Materia orgánica: En volumen 95% colágeno y 5% células
-10% Agua
Macroestructura y microestructura del hueso
Macroestructura:
-Los pilares (trabéculas). Si hay pérdida de masa ósea (osteoporosis), las trabéculas van adelgazando haciendo que el hueso sea más frágil.
-La cortical es una zona más densa, sin poros. La médula ósea es un ¨líquido¨ que se ve entre las trabéculas.
Microestructura:
-Se ven los cristales de apatita unidos por haces de fibras de colágeno, que se juntan formando espirales, dando lugar a tubos.
-Cada tubo se llama osteón, y el tejido de osteones forma el tejido óseo
De que dependen las propiedades del hueso
Dependen de:
-La densidad
-Grado de mineralización
-Carga aplicada
-Del tipo: Trabecular (sigue la ley de Wolff, las trabéculas se orientan en las direcciones principales. Las fuerzas de tracción estimulan el crecimiento óseo y las de compresión lo atrofian) y Cortical (tiene anisotropía)
Tipos de crecimiento óseo
-Crecimiento Endocondrial: Se produce a partir del andamiaje cartilaginoso y el tejido conjuntivo. Se da en jóvenes o en reparación de fracturas
-Crecimiento Intramembranoso: A partir de las membranas que rodean el hueso, tanto internamente (endostio) como externamente (periostio). Sirve para aumentar el diámetro del hueso si aumentamos la carga.
Remodelación ósea
Es un mecanismo de los huesos que consiste en la eliminación del tejido dañado y en la creación de células nuevas que reemplacen y cumplan la función del sistema óseo, resultando en una transferencia de ion calcio desde la matriz ósea a la sangre
Mecanismo:
-Cuando el osteocito detecta incrementos de carga en el hueso (incrementos en el valor de la carga o en el numero de ciclos de carga) este se da cuenta de que necesita generar más hueso para soportar esas cargas. Por lo que provoca la formación del hueso movilizando osteoblastos. Por otro lado, si lo que detectan los osteocitos son reducciones de carga en el hueso, estos provocan la absorción de hueso movilizando osteoclastos.
Células encargadas:
-Osteoblastos (células mesenquimales): formación de hueso produciendo colágeno, acumulando calcio y moviendo el ion fosfato
-Osteoclastos (macrófagos): resorción ósea o destruyen hueso. Disuelven el hueso y producen enzimas que destruyen el colágeno
-Osteocitos: Información de las condiciones del hueso. Son osteoblastos no vascularizados cuya función es de sensor
Nácar
-Es el material compuesto que protege a los moluscos, puesto que forman las cochas
-Tiene una gran energía de fractura (tenacidad)
-No se utilizan en aplicaciones médicas
Composición del Nácar
-95% Aragonito (placas de refuerzo): Es un cerámico. Alta resistencia (300MPa), rigidez (100GPa), baja tenacidad (<1MPa m^1/2)
-5% Matriz proteica: baja resistencia, rigidez y alta conductividad. Es una especie e pegamento que se encarga de pegar esas placas de aragonito.
Comportamiento del Nácar
-Propiedades intermedias
-No tiene tensión de rotura sino plastificación, debido a su microestructura
-Tiene una gran energía de fractura por unidad de volumen
-Las placas de Aragonito no se rompen, sino que deslizan unas sobre otras, lo que rompe es la proteína (matriz) por lo que plastifica quedando tensiones entre ellas
Requerimientos y materiales del diente (esmalte dental)
-Es lo que recubre la corona de los dientes.
-Los requerimientos son: Resistencia a compresión, dureza superficial y tenacidad
- Lo materiales duros del diente son: dentina (similar al hueso) y esmalte (fina capa de dahlita (hidroxiapatita rica en carbonatos) que recubre la dentina. Es el material más duro del cuerpo humano)
