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Vidrio metálico bioabsorbible

El vidrio metálico biorreabsorbible (o bioabsorbible ) es un tipo de metal amorfo , basado en el sistema ternario Mg-Zn-Ca . [ 1 ] Al contener únicamente elementos que ya existe...

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El vidrio metálico biorreabsorbible (o bioabsorbible ) es un tipo de metal amorfo , basado en el sistema ternario Mg-Zn-Ca . [ 1 ] Al contener únicamente elementos que ya existen en el cuerpo humano, a saber, Mg , Zn y Ca , estas aleaciones amorfas son un tipo especial de metal biodegradable . [ 2 ]

Historia

El primer vidrio metálico del que se tiene constancia fue una aleación ( Au75 Si25 ) producido enCaltechpor W. Klement (Jr.), Willens yDuwezen 1960. [ 3 ] Esta y otras aleaciones formadoras de vidrio tempranas tuvieron que enfriarse extremadamente rápido (del orden de unmegakelvinsegundo, 106 K/s) para evitarla cristalización. Una consecuencia importante de esto fue que los vidrios metálicos solo podían producirse en un número limitado de formas (típicamente cintas, láminas o alambres) en las que una o más dimensiones eran pequeñas para que el calor pudiera extraerse lo suficientemente rápido para lograr las velocidades de enfriamiento necesarias. Como resultado, las muestras de vidrio metálico (con algunas excepciones) se limitaron a espesores de menos de cienmicrómetros.

Los vidrios metálicos a base de Mg-Zn-Ca son un grupo relativamente nuevo de metales amorfos, que poseen ventajas comerciales y técnicas sobre las composiciones anteriores. Gu y colaboradores produjeron el primer vidrio metálico amorfo de Mg-Zn-Ca en 2005, reportando una alta capacidad de formación de vidrio, alta resistencia y, lo más importante, una plasticidad excepcional . Este vidrio a base de Mg, libre de lantánidos , atrajo un interés inmediato debido a su baja densidad y costo, y particularmente debido a su ductilidad inusualmente alta . Esta propiedad fue inesperada para tales composiciones, ya que se encontró que los elementos constituyentes tienen una relación de Poisson relativamente baja y, por lo tanto, contribuyen poco a la plasticidad inherente del vidrio. Este activo improbable fue aprovechado por Li en 2008, quien utilizó el principio de la relación de Poisson y aumentó el contenido de Mg a expensas del Zn para mejorar aún más la plasticidad. Se lograron mejoras adicionales mediante la adición incremental de Ca al Mg72 Zn28 composiciones binarias, que producen numerosasaleaciones ternariasisotermade 350 °Cdel sistema Mg-Zn-Ca.

También se descubrieron vidrios metálicos masivos ternarios de Ca-Mg-Zn en 2005. [ 4 ] Al igual que el Mg-Zn-Ca, estas dos aleaciones amorfas son vidrios metálicos biorreabsorbibles y se basan en el mismo sistema ternario Mg-Zn-Ca . [ 1 ] Los elementos se muestran en orden decreciente de concentración atómica. Por lo tanto, la distinción entre estos dos vidrios metálicos radica en su elemento más dominante , a saber, Ca y Mg . Estas aleaciones vítreas masivas a base de Ca tenían composiciones de Ca55 mg15+ x Zn30- x ,Ca60 mg10+ años de Zn30- años yCa55+ z Mg25- z Zn20 , donde x = 0, 5 y 10; y = 0, 5, 7.5, 10 y 15; y z = 0, 5, 7.5, 10 y 15. Se lograronespesores de fundición críticos de hasta 10mm . [ 4 ]

Propiedades

A diferencia del acero o el titanio tradicionales, este material se disuelve en los organismos a una velocidad aproximada de 1 milímetro por mes y es reemplazado por tejido óseo . Esta velocidad puede ajustarse variando el contenido de zinc. [ 5 ]

La aleación amorfa Ca 65 Zn 20 Mg 15 presenta una resistencia a la corrosión extremadamente baja . Wang et al. [ 6 ] informaron que dicha aleación amorfa se desintegró por completo tras no más de 3 horas de exposición en un entorno de biocorrosión. En agua destilada estática a temperatura ambiente, Dahlman et al. [ 7 ] también informaron de reacciones de corrosión destructivas del mismo material, que se descompuso en un polvo multifásico.

Los Ca-BMG con mayor contenido de Zn , según lo informado por Cao et al. [ 8 ], mostraron un módulo elástico en el rango de 35–46 GPa y una dureza de 0,7–1,4 GPa .

Novedades recientes

Los vidrios metálicos basados ​​en el sistema de aleación ternaria Mg-Zn-Ca solo constan de elementos que ya existen en el cuerpo humano. Por ello, se están explorando como un biomaterial biorreabsorbible potencial para su uso en aplicaciones ortopédicas . [ 6 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Sistema ternario Mg-Zn-Ca
  2. ↑ Ibrahim, H.; Esfahani, SN; Poorganji, B.; Dean, D.; Elahinia, M. (enero de 2017). "Aleaciones reabsorbibles para fijación ósea, formación y tratamientos posteriores a la fabricación" . Materials Science and Engineering: C. 70 ( 1): 870–888 . doi : 10.1016/j.msec.2016.09.069 . PMID 27770965 . 
  3. ↑ Klement, W.; Willens, RH; Duwez, POL (1960). "Estructura no cristalina en aleaciones de oro-silicio solidificadas". Nature . 187 (4740): 869– 870. Bibcode : 1960Natur.187..869K . doi : 10.1038/187869b0 . S2CID 4203025 . 
  4. 1 2 Senkov, ON; Scott, JM (2005). "Capacidad de formación de vidrio y estabilidad térmica de vidrios metálicos masivos ternarios de Ca-Mg-Zn". Journal of Non-Crystalline Solids . 351 ( 37– 39): 3087– 3094. Bibcode : 2005JNCS..351.3087S . doi : 10.1016/j.jnoncrysol.2005.07.022 .
  5. ↑ "Reparación de huesos con vidrio soluble" . PhysicsWorld. 1 de octubre de 2009.
  6. 1 2 Wang, YB; et al. (2011). "Vidrio metálico a granel biodegradable de CaMgZn para una posible aplicación esquelética". Acta Biomaterialia . 7 (8): 3196– 3208. doi : 10.1016/j.actbio.2011.04.027 . PMID 21571105 .  
  7. ↑ Dahlman, J.; Senkov, ON; Scott, JM; Miracle, DB (2007). "Propiedades de corrosión de vidrios metálicos masivos a base de Ca" (PDF) . Materials Transactions . 48 (7): 1850– 1854. doi : 10.2320/matertrans.mj200732 . Archivado del original (PDF) el 8 de agosto de 2017. Recuperado el 26 de abril de 2013 .
  8. 1 2 Cao, JD; et al. (2012). "Vidrios metálicos masivos de Ca–Mg–Zn como metales biorreabsorbibles". Acta Biomaterialia . 8 (6): 2375– 2383. doi : 10.1016/j.actbio.2012.03.009 . hdl : 1959.4/unsworks_35841 . PMID 22406910 .  
  9. ↑ Mills, Georgie. "Reparando huesos rotos con vidrio" . Australia Unlimited . Archivado del original el 17 de julio de 2013. Recuperado el 22 de abril de 2013 .
  10. ↑ "BMG para aplicaciones electrónicas, biomédicas y aeroespaciales" . Universidad de Nueva Gales del Sur. 28 de abril de 2010. Archivado del original el 5 de enero de 2013.
  11. ↑ Kirkland, NT (2012). "Biomateriales de magnesio: pasado, presente y futuro". Corrosion Engineering, Science and Technology . 47 (5): 322– 328. doi : 10.1179/1743278212Y.0000000034 . hdl : 10069/29852 . S2CID 135864605 . 
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