El desarrollo de materiales compuestos ligeros en la industria médica

Materiales ligeros en la industria médica

Los expertos estiman que el mercado de dispositivos médicos alcanzará los 409.500 millones de dólares en 2023. Los materiales ligeros con compuestos han revolucionado el mercado. Más avances conducen a aplicaciones más prácticas para la medicina.

Veamos cómo surgieron los materiales compuestos. A medida que exploramos la historia de los materiales compuestos, podemos especular adónde nos llevarán en el futuro.

Desarrollo de materiales compuestos

Cuando fusionamos dos o más materiales diferentes, el resultado es un compuesto.
Echemos un vistazo a cómo la tecnología humana ha avanzado las capacidades de los compuestos.

Compuestos iniciales

La creación de compuestos se remonta al año 1500 a. C. Fue entonces cuando los antiguos egipcios hicieron una mezcla de barro y paja para crear ladrillos resistentes y duraderos. Continuaron desarrollando esta mezcla, utilizándola como refuerzo en alfarería y elaboración de embarcaciones.

De manera similar, los mongoles inventaron los primeros arcos compuestos alrededor del año 1200 d.C. Utilizaron una combinación de hueso, madera y pegamento animal para crear arcos potentes y precisos. Estos arcos son los que ayudaron al ejército de Genghis Khan a afirmar su dominio militar.

Nacimiento de los plásticos

Gran parte de la tecnología de compuestos siguió siendo rudimentaria hasta el auge de los plásticos compuestos.

Los científicos comenzaron a desarrollar resinas complejas que mejoraron significativamente las capacidades de unión. Antes, solo se usaban como aglutinantes las resinas naturales que se encuentran en plantas y animales. A principios de la década de 1900, los científicos crearon plásticos como:

• Vinilo
• Poliestireno
• Fenólico
• Poliéster

Estos nuevos compuestos sintéticos superaron en gran medida a las resinas individuales de origen natural. Si bien los plásticos funcionan bien como adhesivos bondage, ofrecen poco soporte estructural. Todavía necesitaban un apoyo adicional para dar fuerza y ​​estructura. Esto redujo la viabilidad de los plásticos como material liviano.

En 1935, el científico Owens Corning encontró la solución con su invención de la fibra de vidrio. La combinación de fibra de vidrio con plástico revolucionó el mercado de materiales compuestos ligeros. No solo era superfuerte y solidario como si fuera propio, sino que también era superligero.

Este avance trajo el nacimiento de la industria de los polímeros reforzados con fibra (FRP).

Avances militares

Por más sombría que sea la guerra, las estrategias en tiempos de guerra han logrado avances tecnológicos significativos.

La Segunda Guerra Mundial provocó una demanda de avances en materiales compuestos. Mientras muchos sufrieron, la industria de FRP floreció.

Los aviones militares, especialmente, trajeron consigo la necesidad de nuevos y mejores materiales compuestos. Estas estructuras que transportaban armas explosivas necesitaban mantenerse en el aire mientras estaban bajo el fuego enemigo. Estos avances luego darían paso al diseño y construcción de naves espaciales.

Los ingenieros descubrirían más tarde los beneficios secundarios de los compuestos. Por ejemplo, los ingenieros aprendieron que la fibra de vidrio era transparente a las frecuencias de radio. Luego adaptaron estos materiales para armar equipos de radar electrónico.

Expansión del mercado

El final de la guerra no provocó la desaparición de la industria de FRP.
Si bien la demanda de aplicaciones militares fue baja, el impulso de los innovadores de compuestos se mantuvo. El transporte se convirtió en el foco principal de la industria. Por ejemplo, el primer casco de barco comercial hecho de materiales compuestos lanzado en 1946.

Un innovador se elevó por encima del resto:Brandt Goldsworthy, "abuelo de los compuestos". Goldsworthy impulsó la industria con nuevos métodos y productos de fabricación. Por ejemplo, revolucionó el deporte del surf con la tabla de surf de fibra de vidrio.

Goldsworthy's recibió grandes elogios por un proceso de fabricación que desarrolló, conocido como pultrusión. Es un método que refuerza los productos con fibra de vidrio para que sean resistentes y duraderos. Hoy en día, los productos todavía se crean con este método, como:

• Rieles de escalera
• Mangos de herramientas
• Tuberías
• Flechas
• Armadura
• Pisos de tren
• Dispositivos médicos

Compuestos modernos

La década de 1970 trajo otro cambio en la industria de los compuestos.

Los métodos para fabricar resinas plásticas maduraron con la mejora de las fibras de refuerzo. Es ahora que se creó una fibra de aramida conocida como Kevlar, perfecta para armaduras corporales. Kevlar posee alta resistencia a la tracción y alta densidad, pero sigue siendo liviano. Asimismo, se inició el desarrollo de la fibra de carbono, reemplazando componentes de acero en mis estructuras.

La industria de los composites aún continúa desarrollándose. La atención se centra en mejorar los métodos de energía renovable y actualizar los dispositivos médicos.

Usos médicos de materiales compuestos ligeros

Hay millones de productos compuestos que se utilizan para diagnosticar y tratar lesiones. El mercado de dispositivos médicos abarca desde orinales básicos hasta prótesis complejas.

Veamos algunas aplicaciones en desarrollo de materiales compuestos en el campo médico. Si bien muchas aplicaciones ya están disponibles en el mercado, las siguientes todavía están muy en investigación. ¡Esperemos que estén disponibles pronto!

Nanotubos de carbono

Los investigadores están utilizando compuestos poliméricos de nanotubos de carbono (CNT) para incubar células T citotóxicas. Estos son glóbulos blancos que atacan y destruyen las células cancerosas.

Esta nueva técnica se está probando para su uso en inmunoterapia adoptiva. En este tratamiento, las células se extraen del paciente, se mejoran con CNT en el laboratorio y luego se inyectan nuevamente en el paciente. Esto mejora la capacidad del paciente para combatir infecciones y cáncer.

Placas compuestas para traumatismos

Durante décadas, la cirugía de fracturas óseas se ha basado en el metal para reparar fracturas compuestas y roturas graves.

Las placas compuestas tienen una resistencia estructural en comparación con el metal, pero presentan una mayor flexibilidad. También tienen radiotransparencia, lo que significa que son casi transparentes en las radiografías. Las placas también son más seguras debido a que tienen una baja adhesión al tejido y son biológicamente inertes.

Cartílago compuesto

La ingeniería de tejidos está ganando importancia como método para reemplazar el tejido dañado. Es la práctica de combinar células con compuestos diseñados y moléculas biológicamente activas. Esto crea tejido funcional.

Algunos tejidos de ingeniería han llegado al mercado comercial, como los que se utilizan para el cuidado de heridas. Muchos otros, como el cartílago compuesto, permanecen en las etapas de intensa investigación.

Compuestos finales

Como ha leído, los materiales compuestos ligeros han revolucionado muchos mercados, incluida la medicina.

SMI tiene una posición única dentro del grupo de empresas Mayco. Por lo tanto, esto permite una increíble flexibilidad y versatilidad al trabajar con muchas industrias. Esto ofrece soluciones de diseño e ingeniería a herramientas personalizadas para proyectos colaborativos.

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En resumen, háganos saber cómo SMI puede ayudarlo con los materiales compuestos médicos.