Resumen

Los huesos en el cuerpo humano son un material compuesto natural que puede fracturarse debido a la tensión de impacto y cargas excesivas. Los huesos humanos pierden densidad y fuerza al aumentar la edad, por lo que se vuelven más susceptibles a las fracturas. En el presente trabajo, se ha estudiado el efecto de la adición de partículas de nanocerámica en las propiedades mecánicas para fabricar cuatro tipos de híbridos de biocompuestos de polieteretercetona reforzada con dióxido de titanio (TiO₂) y alúmina (Al₂O₃). El objetivo de este estudio es desarrollar y mejorar las propiedades biomecánicas de los biomateriales fabricados para soportar las cargas de las actividades humanas diarias. El modelado y análisis de la biomecánica ósea del fémur se implementó utilizando los programas de software SOLIDWORKS 17.0 y de elementos finitos ANSYS 15.0. La técnica de metodología de superficie de respuesta (RSM) y el programa de software Design Expert 11.0 se utilizaron para mejorar y verificar los resultados de las propiedades de rendimiento biomecánico de los biocompuestos fabricados. Los principales resultados de la investigación actual deducen que el máximo equivalente (von-Misses) y las tensiones de cizallamiento en el hueso del fémur modelado son 120,93 y 60,80 MPa. La tensión para modelar el fabricado es 20 vol. % TiO₂ / 5 vol. El material biocompuesto % Al₂O₃ / PEEK es más alto que el del hueso del fémur natural en un 10%. La energía de tensión máxima y la máxima tensión elástica equivalente se redujeron en un 20% y en un 26,09%, respectivamente. Los valores del factor de seguridad de estrés aumentaron en un 5,81%, y la vida de fatiga del biocompuesto fabricado es superior al 40,43 % en comparación con el material del hueso del fémur natural.

Introducción

Los huesos son tejidos vivos naturales compuestos que sostienen las partes más blandas del cuerpo humano (Maharaja et al., 2013). Tienen aproximadamente un 60 % de material inorgánico en peso, un 30 % de material orgánico y un 10 % de agua (Keaveny, Morgan y Yeh, 2004). El hueso del fémur es el más largo, fuerte y pesado del cuerpo humano, con una longitud que supone casi el 26 % de la altura de la persona y una masa de unos 0,455 kg (Popa, Gherghina, Tudor y Tarnita, 2006; Mughal, Khawaja y Moatamedi, 2015). La durabilidad de los biomateriales para prótesis e implantes ortopédicos son de importancia crítica, principalmente fabricados mediante el uso de diversas aleaciones y metales para lograr la resistencia suficiente cubierta por los biomateriales de polímeros (Dhanopia y Bhargava, 2016).

En la actualidad, el titanio, el acero inoxidable, el cobalto, el cromo y el circonio son los biomateriales más utilizados debido a una combinación favorable de resistencia a la corrosión, propiedades mecánicas y rentabilidad (Shireesha, Ramana y Rao, 2013; Das y Sarangi, 2014).

• Materias:Nanotecnología Nanopartículas Metales Huesos Bioingeniería
• Subjects:Nanotechnology Nanoparticles Metals Bones Bioengineering
• Palabras claves:Reemplazo del hueso del fémur; Nano PEEK; Óxido de titanio; Nano alúmina; Biocompuesto; RSM; ANSYS modelado; vida de fatiga ósea del fémur
• Keywords:Femur bone replacement; Nano PEEK; Titanium Oxide; Nano alumina; Biocomposite; RSM; ANSYS modeling; Femur bone fatigue life