Design of splints based on the NiTi alloy for the correction of joint deformities in the fingers

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The proximal interphalange joint (PIP) is fundamental for the functional nature of the hand. The contracture in flexion of the PIP, secondary to traumatisms or illnesses leads to an important functional loss. The use of correcting splints is the common procedure for treating this problem. Its functioning is based on the application of a small load and a prolonged stress which can be dynamic, static progressive or static serial.</p> <p>It is important that the therapist has a splint available which can release a constant and sufficient force to correct the contracture in flexion. Nowadays NiTi is commonly used in bio-engineering, due to its superelastical characteristics. The experience of the authors in the design of other devices based on the NiTi alloy, makes it possible to carry out a new design in this work - the production of a finger splint for the treatment of the contracture in flexion of the PIP joint.</p> <p>Methods</p> <p>Commercial orthosis have been characterized using a universal INSTRON 5565 machine. A computational simulation of the proposed design has been conducted, reproducing its performance and using a model "ad hoc" for the NiTi material. Once the parameters have been adjusted, the design is validated using the same type of test as those carried out on commercial orthosis.</p> <p>Results and Discussion</p> <p>For commercial splint the recovering force falls to excessively low values as the angle increases. Angle curves for different lengths and thicknesses of the proposed design have been obtained, with a practically constant recovering force value over a wide range of angles that vary between 30° and 150° in every case. Then the whole treatment is possible with only one splint, and without the need of progressive replacements as the joint recovers.</p> <p>Conclusions</p> <p>A new model of splint based on NiTi alloy has been designed, simulated and tested comparing its behaviour with two of the most regularly used splints. Its uses is recommended instead of other dynamic orthosis used in orthopaedics for the PIP joint. Besides, its extremely simple design, makes its manufacture and use on the part of the specialist easier.</p

Smart Indoor Positioning/Location and Navigation: A Lightweight Approach

In this paper a new location indoor system is presented, which shows the position and orientation of the user in closed environments, as well as the optimal route to his destination through location tags. This system is called Labelee, and it makes easier the interaction between users and devices through QR code scanning or by NFC tag reading, because this technology is increasingly common in the latest smartphones. With this system, users could locate themselves into an enclosure with less interaction

Evaluation of Cytocompatibility of PEEK-Based Composites as a Function of Manufacturing Processes

The biocompatible polymer polyetheretherketone (PEEK) is a suitable candidate to be part of potential all-polymer total joint replacements, provided its use is associated with better osseointegration, mechanical performance, and wear resistance. Seeking to meet the aforementioned requirements, respectively, we have manufactured a PEEK composite with different fillers: carbon fibers (CF), hydroxyapatite particles (HA) and graphene platelets (GNP). The mechanical outcomes of the composites with combinations of 0, 1.5, 3.0 wt% GNP, 5 and 15 wt% HA and 30% of wt% CF concentrations pointed out that one of the best filler combinations to achieve the previous objectives was 30 wt% CF, 8 wt% HA and 2 wt% of GNP. The study compares the bioactivity of human osteoblasts on this composite prepared by injection molding with that on the material manufactured by the Fused Filament Fabrication 3D additive technique. The results indicate that the surface adhesion and proliferation of human osteoblasts over time are better with the composite obtained by injection molding than that obtained by 3D printing. This result is more closely correlated with morphological parameters of the composite surface than its wettability behavior

Mejora del polietileno de prótesis articulares mediante la incorporación de grafeno en volumen y en superficie. Caracterización mecánica, físicoquímica y tribológica

La artroplastia es un procedimiento quirúrgico que consiste en realizar un cambio total o parcial de las superficies articulares dañadas o que presentan dolor agudo e incapacitante, cuyo objetivo pretende disminuir el dolor y mejorar la movilidad articular de los pacientes. El PEUAPM se ha consolidado como el material estándar de uso en la mayoría de los pares de fricción de las prótesis articulares. Sin embargo, la degradación oxidativa que sufre el PEUAPM disminuye sus propiedades mecánicas, especialmente la resistencia al desgaste, llevando al fallo del material. Por lo tanto, el aumento de las partículas de desgaste induce a la osteólis y consecuentemente, al aflojamiento aséptico de los implantes articulares. En los últimos años, el descubrimiento del grafeno ha generado un gran interés en su uso como sustancia para reforzar polímeros, debido a sus propiedades mecánicas y tribológicas excelentes. En este trabajo se propone el uso de un recubrimiento de material compuesto grafeno/PEUAPM para mejorar las propiedades del PEUAPM empleado en aplicaciones ortopédicas. Con el fin de alcanzar los objetivos propuestos de este trabajo, se ha realizado una serie de ensayos y pruebas que se dividen en ensayos mecánicos (nanoindentación), físico-químicos (Espectroscopia FTIR y Raman, medida de la conductividad eléctrica), estructurales (Espectroscopia FTIR y Raman, microscopía electrónica de barrido –SEM, microscopía confocal) y tribológicos. Todo ello ha permitido obtener un recubrimiento de un material compuesto grafeno/PEUAPM sobre PEUAPM mediante dos alternativas de introducción de este refuerzo en la superficie y se ha evaluado el comportamiento de dos tipos de materiales de refuerzo. Con respecto a los resultados obtenidos, se observa una mejora en las propiedades mecánicas de los materiales GUR 1050 +1% GR y GUR 1050 +1% GR T240. Los materiales compuestos GUR 1050+ 0,5% GR y GUR 1050+ 1% GR presentan una ligera mejora en el coeficiente de fricción con respecto a los otros materiales obtenidos en este trabajo, mientras que el grafeno 1-2 layers tiene un comportamiento tribológico peor que los nanoplatelets de grafeno cuando se usan como refuerzos. El proceso de pintado por pistola no consigue una buena adhesión entre el material de refuerzo y el sustrato de PEUAPM

Reflexiones sobre la prueba ilícita y los medios de prueba neurofísicos

Este trabajo pretende realizar un estudio sobre la prueba ilícita, tanto sobre su concepto, como sobre la admisibilidad que los tribunales le otorgan a la misma. Además de ello, en el mismo trabajo se realizará un examen sobre los distintos medios de prueba neurofísicos, haciendo especial hincapié en la prueba del potencial evocado cognitivo, conocida comúnmente como P300, ya que se pretende responder a las cuestiones que suscita la utilización de este medio probatorio en nuestro ordenamiento. Junto a ello, cabe destacar la influencia que tienen los derechos fundamentales en este trabajo de fin de grado, pues su posible vulneración haría inadmisible la utilización de cualquier medio probatori

Recubrimientos y lechos empaquetados basados en materiales porosos inorgánicos sobre distintos tipos de dispositivos para la liberación controlada de fármacos

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN En la presente memoria de tesis, se describe la adsorción de un fármaco en materiales inorgánicos nanoestructurados (zeolitas, materiales mesoporosos o esferas huecas de sílice amorfa) para conseguir un suministro localizado y controlado de dicho fármaco adsorbido. Dichos materiales, por ser mesoporosos, pueden albergar sustancias terapéuticamente activas de elevado tamaño. Además, a su vez con estos materiales inorgánicos, se recubrirá la superficie de un material de Níquel-Titanio (Nitinol) que es un biomaterial ampliamente utilizado en una gran variedad de dispositivos médicos. Por consiguiente, los dispositivos recubiertos con materiales silíceos porosos almacenarán fármacos (frecuentemente macromoléculas) que se encontrarán adsorbidos en el interior de su estructura porosa, con un gran volumen de almacenamiento para liberarlos de manera controlada en una terapia determinada. Se propone controlar la difusión del fármaco de tres maneras distintas: 1ª) Desde un recubrimiento inorgánico poroso. Se desarrollará una capa que recubrirá materiales empleados en la fabricación de dispositivos médicos con materiales silíceos que contienen la molécula terapéuticamente activa en el interior de su estructura porosa. La capa actuará como depósito de fármaco y se controlará la difusión del mismo a través de su confinamiento en los materiales porosos y de su interacción con las paredes del material inorgánico. Se describen diferentes tratamientos superficiales sobre Nitinol para determinar el tratamiento óptimo a la hora de conseguir unas características de acabado superficial lo más adecuadas posibles para la posterior deposición de la capa inorgánica porosa que contiene los fármacos, sin que se alteren de forma sensible las propiedades mecánicas y químicas del sustrato. Además, se describe cómo afectan los tratamientos superficiales a la corrosión y a la liberación de níquel que es un potencial alérgeno. 2ª) Desde un lecho empaquetado de material mesoporoso. Se desarrolló un prototipo hueco de acero inoxidable 316 L de pared porosa, en cuyo interior se encontrará almacenado (volumétricamente) un material mesoporoso donde se habrá adsorbido previamente un fármaco. El fármaco difundirá desde el interior del material mesoporoso al espacio interior del dispositivo para posteriormente difundir a través del acero poroso al medio exterior que rodea al dispositivo. Dicho prototipo simulará los tornillos y sistemas de fijación empleados tanto en traumatología como en cirugía ortopédica. 3ª) A través de una membrana zeolítica. Será desarrollado un dispositivo hueco de acero inoxidable 316 L lleno de linezolid (antibiótico sintético de acción sistémica). Éste último difundirá al exterior a través de una perforación milimétrica que habrá sido sellada con una matriz inorgánica porosa (membrana silícea) que controlará la difusión a través de los microporos constituyentes. Existe un interés considerable por el desarrollo de dispositivos implantables en el organismo que sean capaces de liberar fármacos en una localización determinada. Uno de los casos más conocidos se refiere al uso de stents intraluminales de arterias coronarias que generalmente son mallas metálicas (de acero o de Nitinol) que se expanden en la arteria para abrir los estrangulamientos generados por la aterosclerosis. A pesar del aumento en el uso de stents para tratamientos crónicos de oclusiones coronarias, todavía existe un problema clínico de importancia como es la restenosis angioplástica, causada por la acumulación de células en torno al stent y que da lugar a neointima: re-oclusión debida a la deposición de plaquetas con la consiguiente formación de trombos y una estimulación del crecimiento epitelial en el área que rodea al stent, causando un nuevo bloqueo del vaso sanguíneo. Por otro lado, tanto en traumatología como en cirugía ortopédica, la contaminación bacteriana de implantes y prótesis producen graves problemas socio-económicos en el sistema sanitario. Las contaminaciones más frecuentes son causadas por Staphylococcus aureus y Staphylococcus epidermidis [1]. Las infecciones estafilocócicas representan un grave problema en el periodo postquirúrgico, requiriendo en muchos casos la retirada de la prótesis infectada y la posterior reimplantación de una nueva. Así, en estos dos escenarios descritos sería interesante desarrollar dispositivos capaces de liberar fármacos anti-restenosis o bien antimicrobianos. Actualmente, en el primer caso, el problema se aborda mediante la utilización de stents (de acero inoxidable) que están recubiertos con una película polimérica dentro de la cual se ha encapsulado un fármaco que previene la restenosis. La eficacia de estos stents recubiertos radica en su forma de liberar el fármaco encapsulado, que aunque actúa como supresor del crecimiento celular, al no existir una citotoxicidad selectiva hacia las células procariotas conlleva una interferencia con la endotelización del stent [2,3]. En el segundo caso, en la mayoría de las prótesis de cadera y rodilla cementadas se prepara el cemento durante la intervención quirúrgica a la vez que se mezcla con un fármaco (generalmente gentamicina). Éste último difunde al medio por las grietas y defectos que la fragua del cemento deja tras su polimerización. En este caso la difusión del fármaco no está controlada, se produce de manera rápida por lo que la farmacocinética y farmacodinámica son difíciles de reproducir porque el agrietado del cemento no es repetitivo. Los recubrimientos comerciales convencionales están fabricados con polímeros orgánicos. En estos recubrimientos poliméricos, la desventaja principal es que la difusión del fármaco es rápida ya que no está controlada por una estructura porosa [4]. Además algunos de ellos se hinchan y pueden sufrir ataque microbiano. El recubrimiento polimérico se bioerosiona produciéndose la liberación del fármaco ocluido en su interior. Actualmente, las investigaciones apuntan hacia el desarrollo de nuevos polímeros de biodegradación lenta para que la liberación del fármaco contenido sea también lenta y no sea necesario reemplazar el stent implantado frecuentemente. En la presente memoria se propone utilizar como recubrimiento, capas o cristales individuales inorgánicos de sílice (zeolitas, tamices moleculares mesoporosos), ya que los recubrimientos poliméricos pueden producir problemas bien conocidos, como son trombosis tardía, inflamación, y nueva restenosis. Nuestros recubrimientos serían innovadores ya que supondrían un paso adelante al sustituir los recubrimientos orgánicos existentes (con su inconvenientes) por recubrimientos inorgánicos (silíceos) de mayor durabilidad y sobre todo, con una velocidad controlada de desorción del fármaco. Los materiales inorgánicos silíceos son biocompatibles, presentan mayor resistencia mecánica y química que los poliméricos y son capaces de actuar como depósitos de fármacos dada su estructura porosa capaz de albergar distintas especies. Como se ha mencionado anteriormente, dicha porosidad permite liberar el fármaco de manera controlada, ya que el tamaño de los poros es seleccionable, de manera que se ajuste la velocidad de difusión del fármaco a un valor deseado, pudiendo ser ésta aproximadamente constante durante un largo período de tiempo, bajo el control de la estructura porosa del recubrimiento. El grupo de Biomateriales del Instituto de Investigación de Ingeniería en Aragón (I3A) posee amplia experiencia en el desarrollo de biomateriales como el NiTi [5] y en la caracterización mecánica de materiales empleados en diversas aplicaciones médicas. El Grupo de Películas y Partículas Nanoestructuradas del Instituto Universitario en Nanociencia de Aragón (INA) tiene también amplia experiencia en la encapsulación de distintos fármacos en matrices silíceas [6]. Por otra parte, existe una tendencia claramente definida hacia la sustitución de los stents de acero inoxidable por stents de NiTi como material base [7-9], ya que además de su biocompatibilidad, esta aleación presenta un alto grado de supereleasticidad, que facilita la implantación en el sistema cardiovascular, debido a su gran flexibilidad lo que permite la introducción en catéteres de pequeño diámetro. Stents con estructuras de nudos rígidos con celdas romboédricas permiten obtener altos grados de expansión radial con fuerzas radiales constantes, sin experimentar fuertes acortamientos, una alta resistencia a compresión-aplastamiento, junto con una buena adaptación perimetral y longitudinal. La baja toxicidad de este material y su poca tendencia a la lixiviación de iones, producto de la capa pasivada de TiO2 que lo recubre, han hecho que sea aceptado por la FDA como material de clase II en aplicaciones médicas. Este hecho implica que el NiTi puede competir en prótesis y dispositivos utilizados en Medicina [9], en particular en Traumatología, Ortodoncia y Radiología Intervencionista, con otros materiales metálicos biocompatibles como los aceros 316L, 316LVM, el titanio y sus aleaciones o la aleación CoCrMo. A pesar de la excelente biocompatibilidad y resistencia a la corrosión del NiTi, algunos iones de níquel pueden liberarse de la aleación hacia los tejidos adyacentes, provocando molestias locales, alergia y efectos sistémicos en algunos pacientes. A este respecto, muchos métodos se han aplicado para mejorar la capa de óxido de titanio que reduce dicha liberación [10]. HIPÓTESIS DE TRABAJO Partiendo de que los materiales inorgánicos silíceos son biocompatibles y son capaces de actuar como depósitos de fármacos dada su estructura porosa capaz de albergar en su interior distintos compuestos, se utilizará dicha porosidad para permitir difundir el fármaco previamente adsorbido de manera controlada, ya que el tamaño de los poros se puede ajustar en virtud del tamaño del fármaco adsorbido, de manera que se ajuste la velocidad de difusión de dicho fármaco a un valor deseado. La elevada área superficial de estos materiales (hasta 1000 m2/g), la estructura organizada, el tamaño de poro modulable y la abundancia de grupos hidroxilos en superficie facilitan las interacciones con las moléculas a transportar. En este sentido, los fármacos pueden incorporarse a la matriz silícea por métodos físicos (adsorción) y químicos (interacciones electrostáticas y enlaces covalentes). El propósito es incorporar estos materiales a distintos dispositivos médicos para cualquier aplicación que requiera de una liberación de fármaco controlada. En el presente proyecto existen varias líneas de actuación en la obtención de un dispositivo con mejores prestaciones desde el punto de vista farmacológico tanto como recubrimientos sobre sustratos de NiTi como en dispositivos de acero inoxidable potencialmente utilizables en cirugía cardiovascular, traumatología o cirugía ortopédica con mayores perspectivas de futuro. - Por una parte, se ha realizado un estudio exhaustivo de los tratamientos superficiales más adecuados en el NiTi de cara a reducir su oxidación-corrosión y la potencial lixiviación de iones níquel en medios biológicos. - Otra línea se centra en el recubrimiento del NiTi con una película inorgánica porosa dentro de la cual se adsorberá un fármaco y en la determinación de las características de la superficie para obtener los mejores resultados posibles del recubrimiento. De esta manera la liberación sostenida y controlada permitirá una acción directa sobre la zona circundante al implante. - Por otro lado se ha llevado a cabo el estudio de liberación de fármacos desde dispositivos que consistirán en lechos empaquetados con distintos materiales silíceos (MCM-41, microesferas mesoporosas, SBA-15), tratando de simular dispositivos utilizados en cirugía ortopédica y traumatología. - También se ha llevado a cabo el estudio de liberación de un fármaco a través de una membrana zeolítica. De este modo se simularán dispositivos idénticos a los del apartado anterior. El proyecto, en definitiva, se basa en utilizar las ventajas de los materiales inorgánicos porosos como "depósitos" de fármacos. Enlazándolos, mediante distintas técnicas, con dispositivos médicos (stents) fabricados en la aleación NiTi o en dispositivos huecos utilizados en cirugía ortopédica. Las aplicaciones de liberación de fármacos desde cualquiera de estos dispositivos no se limitarán a la restenosis coronaria o en aplicaciones ortopédicas antimicrobianas, sino que es posible aplicarlos a una variedad de situaciones clínicas en las que sea deseable suministrar un fármaco desde una localización particular en una vena, arteria, cavidad del cuerpo humano, dispositivo, implante, tejido, etc. BIBLIOGRAFIA [1] P. Bejon, E. Robinson, Medicine 4 (2013) 719. [2] Y. He, J. Wang, W. Yan, N. Huang, RSC Advances , 4 (2014) 212. [3] S. Petersen, J. Hussner, T. Reske, N. Grabow, V. Senz, R. Begunk, D.Arbeiter, H. K. Kroemer, K.- P.Schmitz, H. E. M. zu Schwabedissen, K.Sternberg, J. Mater. Sci: Mater. Med. 24 (2013) 2589. [4] A. Serra, F. Miranda, R. Venegas, Rev. Esp. Cardiol. Supl. 7 (2007) 8E. [5] R. Barcos, A. Conde , J. de Damborenea, J.A. Puértolas, Rev. Metal. 44 (2008) 326 [6] M. Arruebo, R. Fernández-Pacheco, S. Irusta1, J. Arbiol, M. R. Ibarra, J. Santamaría, Nanotech 17 (2006) 4057. [7] D. Stoeckel, C. Bonsignore, S. Duda, Min. Invas. Ther. and Allied Technol. 11 (2002) 137. [8] P. W. Serruys, M. J. B. Kutryk. Handbook of coronary stents. Ed. Martin Dunitz, (2000). [9] R. Narayan, Biomedial Materials. Ed. Springer, 2009. [10] S. A. Shabalovskaya: Bio-Med. Mater. Eng. 12 (2002), 69-10

Centro de alto rendimiento de remo en Pamplona

Centro de alto rendimiento de remo en la ribera del río Arga. 2500 metros cuadrados de superficie construida. Un proyecto capaz de cumplir con el uso adquirido así como resolver el encuentro de la nueva ciudad de Pamplona con la antigua. Un volumen estructural elevado y ligero estático que difiere de la superficie del parque, natural y dinámica.<br /

Study of bone remodeling of two models of femoral cementless stems by means of DEXA and finite elements

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>A hip replacement with a cemented or cementless femoral stem produces an effect on the bone called adaptive remodelling, attributable to mechanical and biological factors. All of the cementless prostheses designs try to achieve an optimal load transfer in order to avoid stress-shielding, which produces an osteopenia.</p> <p>Long-term densitometric studies taken after implanting ABG-I and ABG-II stems confirm that the changes made to the design and alloy of the ABG-II stem help produce less proximal atrophy of the femur. The simulation with FE allowed us to study the biomechanical behaviour of two stems. The aim of this study was, if possible, to correlate the biological and mechanical findings.</p> <p>Methods</p> <p>Both models with prostheses ABG-I and II have been simulated in five different moments of time which coincide with the DEXA measurements: postoperative, 6 months, 1, 3 and 5 years, in addition to the healthy femur as the initial reference. For the complete comparative analysis of both stems, all of the possible combinations of bone mass (group I and group II of pacients in two controlled studies for ABG-I and II stems, respectively), prosthetic geometry (ABG-I and ABG-II) and stem material (Wrought Titanium or TMZF) were simulated.</p> <p>Results and Discussion</p> <p>In both groups of bone mass an increase of stress in the area of the cancellous bone is produced, which coincides with the end of the HA coating, as a consequence of the bottleneck effect which is produced in the transmission of loads, and corresponds to Gruen zones 2 and 6, where no osteopenia can be seen in contrast to zones 1 and 7.</p> <p>Conclusions</p> <p>In this study it is shown that the ABG-II stem is more effective than the ABG-I given that it generates higher tensional values on the bone, due to which proximal bone atrophy diminishes. This biomechanical behaviour with an improved transmission of loads confirmed by means of FE simulation corresponds to the biological findings obtained with Dual-Energy X-Ray Absorptiometry (DEXA).</p

Polyethylene Oxidation in Total Hip Arthroplasty: Evolution and New Advances

Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) remains the gold standard acetabular bearing material for hip arthroplasty. Its successful performance has shown consistent results and survivorship in total hip replacement (THR) above 85% after 15 years, with different patients, surgeons, or designs