Biopolímeros y sus aplicaciones

Centro de Enseñanza Técnica y Superior Colegio de Ingeniería: Campus Mexicali

Biopolímeros y sus aplicaciones

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Iván Arturo Díaz Ramos 18241 Manuel Muñoz Aguirre 20048 Cybill Montoya Hernández 20109 Cuauhtémoc Cáñez Olaiz 20413 Liz Emily Hernández 22546

Ing. Cibernética Electrónica Análisis de Sistemas Biológicos y Fisiológicos Mexicali, B.C. a 9 de diciembre de 2010

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Análisis de Sistemas Biológicos y Fisiológicos

Biopolímeros

ÍNDICE Introducción .......................................................................................................................................................... ......................... 2 Planteamiento del problema ............................................................................................................................................. .. 3 Marco de referencia Sección 1: Polímeros

1.1 ¿Qué son los polímeros?.............................................................................................................................. 4 1.2 Historia de los l os polímeros ........................................................................................................................... .................................................................... ....................................................... 4 1.3 Propiedades de los polímeros .................................................................................................................. 6 1.4 Polimerización.......................................................................................... ....................................................... 7 1.4.1 Clasificación por el tipo de producto ...................................................................................8 1.4.2 Clasificación por el mecanismo de reacción ..................................................................... 9 1.5 Formas comunes de síntesis de polímeros ......................................................................................... 12 1.6 Clasificación de los polímeros .................................................................................................................. 12 1.6.1 Clasificación según su origen ................................................................................................ ..12 1.6.2 Clasificación según su composición química ................................................................... 13 1.6.3 Clasificación según el mecanismo de polimerización .................................................. 14 1.6.4 Clasificación según cambios respecto a temperatura .................................................. 15 1.6.5 Clasificación por aplicación ..................................................................................................... 15 1.7 Degradación de polímeros ......................................................................................................................... 16 Sección 2: Biopolímeros

2.1 ¿Qué son los biomateriales? ...................................................................................................................... 17 2.2 ¿Qué son los biopolímeros? ....................................................................................................................... 17 2.2.1 Diferencia entre polímero y biopolímero .......................................................................... 18 2.3 Historia de los l os biomateriales y biopolímeros ................................................................................... 19 2.4 Requisitos de los biomateriales ............................................................................................................... 19 2.5 Aplicaciones biomédicas............................................................................................................................. 21 2.6 Biopolímeros y aplicaciones específicas .............................................................................................. 23 Propuesta de solución..................................... solución.................................................................... ............................................................. ............................................................. ........................................... ............ 25 Conclusiones y bibliografía .............................................................. ............................................................................................. ............................................................. ...................................... ........ 27

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Biopolímeros

INTRODUCCIÓN La gran mayoría de los plásticos están hechos a base de petróleo y combustibles fósiles y son por definición productos no sustentables. Generalmente los polímeros surgen en base al procesamiento del petróleo y de ahí se desprenden los plásticos biodegradables, los cuales son una alternativa prometedora para el futuro, en especial para utensilios o elementos que tienen una vida útil. Para una aplicación en el sector de la salud o de la medicina en la que el cuerpo humano se vea beneficiado, existe el campo o área de desarrollo de biopolímeros , los cuales son estructuras químicas variadas de diferentes orígenes y que se clasifican principalmente según el tiempo que deben mantener su funcionalidad, por ejemplo, al usarse como implantes quirúrgicos. Los biopolímeros constituyen una rama de la ciencia muy amplia: pueden referirse a sustancias químicas generados por organismos vivientes, como la celulosa, el almidón, la quitina, proteínas, péptidos e incluso DNA y RNA, los cuales en la actualidad se utilizan principalmente para crear tejidos o prótesis que sirvan como reemplazo temporal o permanente; y también se encuentran los polímeros naturales y sintéticos que, por el contexto en el que son aplicados, adquieren la denominación de biopolímeros ya que son material biomédico utilizado con el fin de preservar la vida, como por ejemplo los poliésteres, que sirven para realizar injertos vasculares. Las funciones de un biopolímero en el cuerpo humano son muy variadas ya que son estructuras químicas de alto peso molecular, gran tamaño y forma predominantemente alargada, la cual depende principalmente de su composición, ya sea natural o sintética. Son muy extensas las posibilidades de creación de material biomédico y beneficio a la salud en referencia a los polímeros y biopolímeros, entre ellas están la de alisamiento visible de las arrugas y los pequeños pliegues, tono uniforme y mejora de la porosidad de la piel, aumento del volumen de la piel, aspecto más vital, mejora de la elasticidad de la piel; además de aplicaciones más especializadas y que no interactúan directamente con el cuerpo humano, sino que forman parte de componentes implantados o externos, como válvulas para el corazón, implantes de retina, lentes de contacto, suturas, prótesis mamarias, tejidos de alta resistencia, entre muchos otros. Para conocer un poco más acerca de la composición de los biopolímeros y los polímeros, se presentará un marco de referencia con la información necesaria y suficiente para lograr una comprensión que nos permita identificar la dimensión de la problemática propuesta en la presente investigación, para posteriormente poder definir una propuesta de solución tangible que relacione las ramas de la ingeniería, la química, la física y la medicina.

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Biopolímeros

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Durante varios años el desarrollo de nuevos biopolímeros ha sido un desafío para los expertos, sin embargo; aplicarlo en el campo de la salud traerá consigo beneficios a gran escala, mejorando así la calidad de vida de las personas. Como bioingenieros, tenemos la necesidad de atender problemáticas relacionadas con la salud y darles solución en base a conocimientos ingenieriles, tomando en cuenta ciertas consideraciones para la implementación de nuevas herramientas. Una de ellas y quizá de las más importantes es la toxicidad , ya que “el biopolímero no debe generar reacciones tóxicas al organismo, incluidas aquellas sustancias que puedan migrar y ocasionar irritación sobre la piel, para tal efecto se debe evaluar la duración del contacto entre el polímero y la superficie biológica” (WHO, 2003). Además es posible evaluar la respuesta sobre las células para efecto de evitar daños sobre material genético, genotoxicidad, etc. Otra de ellas es la biocompatibilidad , la cual se refiere a la aceptación por parte del sistema inmunitario del individuo, de un cuerpo extraño, la respuesta del hospedero incluye resistencia a la coagulación de la sangre, resistencia a la colonización bacteriana y una cicatrización normal sin complicaciones (Satturwar, 2003). Además de que corresponde a un efecto de doble vía, el material no debe producir respuestas adversas al medio biológico como citotoxicidad, irritación y sensibilidad, tampoco debe atacarlo, a menos que sea biodegradable (del cual es el rumbo en el que se está incursionando para el desarrollo de nuevas tecnologías). Así como se había mencionado antes, una característica muy empleada actualmente en la creación de nuevos productos es la biodegradabilidad, la cual para biopolímeros no es excepción. En la fisiología humana se habla de “biodegradación”, puesto que un polímero implantado en un tejido del cuerpo se encuentra bajo la acción de un sistema biológico y su degradación obedece a una descomposición orgánica sin causar daños, contaminación, ni infección. Como en la creación de cualquier otro producto, existen ciertos requerimientos mecánicos en cuanto a función y desempeño para su correcta aplicación, algunos ejemplos son la eficiencia mecánica, durabilidad y propiedades características según el tipo de producto en donde se empleen. Los polímeros presentan una resistencia y rigidez menor que otros biomateriales, deben cumplir con exigencias como alta resistencia mecánica, relativa flexibilidad, alta tenacidad y resistencia al desgaste y a la fatiga en caso de emplearlos para implantes permanentes. “Las propiedades conferidas a los polímeros permiten su empleo en el campo biomédico y farmacéutico y son una de las aplicaciones más promisorias” (Wegner, 2000), por lo que el problema principal se encuentra en el mejoramiento de los mecanismos de adhesión, prevención de fallas adhesivas por modificaciones de la superficie, asuntos de biocompatibilidad y toxicidad, desarrollo de polímeros pegantes dependientes de tiempo, temperatura y presión, y adhesión específica a sistemas vivos bien sea células o polímeros naturales del organismo; así como el diseño de microdispositivos que pueden administrarse por vía oral y que contienen reservorios de fármacos, especialmente péptidos y moléculas de origen biológico. (Ahmed, 2010). Así, quedan identificados los objetivos a atender para poder realizar una propuesta de solución que integre los conocimientos médicos e ingenieriles para mejorar la calidad de vida.

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Biopolímeros

MARCO DE REFERENCIA: BIOPOLÍMEROS Para comenzar a tratar el tema de biopolímeros es necesario tener un fondo histórico y conceptual acerca de los polímeros, por lo que se presentará una descripción de los mismos para después abordar de lleno el tema principal de esta investigación, realizando el enlace entre los polímeros y la bioingeniería.

Sección 1: Polímeros

1.1 ¿Qué son los polímeros? La palabra polímero se deriva del griego poli que significa “muchos” y meros que significa “parte”. Se les conoce como polímeros a las macromoléculas que resultan de la unión de monómeros, que son moléculas más pequeñas, las cuales pueden formar diferentes tipos de cadenas. Los polímeros se encuentran presentes en muchos elementos de nuestra vida diaria: algodón, Fig. 1: Cadenas seda, lana y hule son algunos ejemplos de objetos que están de polímeros conformados por los mismos y que son de amplia utilidad para el ser humano. Pero, a pesar de esto, la mayoría de los polímeros útiles para el hombre son de origen sintético. La característica que hace especial a los polímeros es que tienen una excelente resistencia mecánica: esto es debido a las fuerzas de atracción intermoleculares que existen en las cadenas poliméricas.

1.2 Historia de los polímeros Los trabajos pioneros e iniciales en la ciencia de los polímeros fueron desarrollados por Henri Braconnot en 1811, los cuales trataron acerca de compuestos derivados de la celulosa. Posteriormente, con el desarrollo del proceso de vulcanización en el siglo XIX se mejoró la durabilidad del caucho, lo cual significó la creación del primer polímero semi-sintético. El siguiente avance significativo fue realizado en 1907 por Leo Baekeland, quien creó el primer polímero completamente sintético: la baquelita, al hacer reaccionar fenol y formaldehído. Este polímero tuvo tanto éxito en pruebas de laboratorio que fue introducido comercialmente en 1909 debido a que puede moldearse a medida que se forma, se endurece al solidificarse, no conduce la electricidad y es resistente al agua y solventes. Fig. 2: Estructura química de la baquelita

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Sin embargo, a pesar de los avances significativos en la síntesis de polímeros, la estructura química no había sido entendida completamente. Fue hasta los años 20 cuando esto ocurrió, ya que el químico Hermann Staudinger propuso una teoría en la que afirmaba que los polímeros consistían de largas cadenas de átomos con enlaces covalentes. Esta idea no fue aceptada rápidamente, pero con el tiempo ganó aceptación e hizo a Staudinger acreedor del premio Nobel. Antes de eso, se creía que los polímeros eran agrupaciones de coloides, sin peso molecular definido y reunidas por una fuerza desconocida. Con esto, la ciencia de los polímeros empezó a progresar aún más. El siguiente gran paso se dio en 1974 gracias a Paul Flory, quien también ganó el premio Nobel por sus descubrimientos sobre los mecanismos de polimerización. Fue con esto que se despegó la industria del polímero: materiales como el nylon, polietileno y teflón formaron la base de este crecimiento.

Fig. 3: Estructura química del teflón

Actualmente, los polímeros comercialmente más importantes son enteramente sintéticos y producidos en gran escala. Los polímeros sintéticos encuentran aplicación en casi cualquier industria y área de vida: se utilizan como adhesivos, lubricantes, dieléctricos para procesadores de computadora y como componentes plásticos para muchos tipos de objetos. En la rama de la bioingeniería tienen muchísimas aplicaciones, que van desde dispositivos de implantes hasta sistemas de administración de medicamentos controlados. A los polímeros utilizados dentro de aplicaciones médicas se les clasifica dentro de los biomateriales , por lo que reciben la nomenclatura de biomateriales poliméricos. En la imagen de abajo, se observa un ejemplo de aplicación médica de los biopolímeros: globo utilizado en un catéter para expandir el stent (dispositivo médico) dentro de la arteria coronaria En las secciones próximas se abarcará con más profundidad las características de los biopolímeros. Fig. 4: Polímeros en implantes ortopédicos (radio y ulna)

Fig. 5: Uso de biopolímeros en un catéter a) Globo desinflado y stent listos para ser colocados en la arteria coronaria b) Se infla el globo y el stent queda colocado en su lugar, dando soporte a la arteria

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Biopolímeros

1.3 Propiedades de los polímeros Los polímeros describen una serie de propiedades químicas y físicas, las cuales se pueden clasificar de la siguiente manera: 

Propiedades mecánicas y físicas o Transporte: Las propiedades de transporte se refieren a la tasa de difusión, es decir, qué tan rápido se mueven las moléculas en el polímero. Esta propiedad es muy importante para aplicaciones relacionadas con película y membranas. o

Tracción: Determina cuánto estrés puede sufrir el material antes de que sufra una deformación permanente. Esta característica es especialmente importante en aplicaciones que dependen de la durabilidad del polímero, por ejemplo, una banda de goma.

o

Módulo de Young: Cuantifica la elasticidad del polímetro. Esta característica es fuertemente dependiente de la temperatura. Es altamente relevante en aplicaciones de polímero que están relacionadas con la durabilidad.



Morfología: esta categoría se refiere al ordenamiento de las cadenas de los polímeros en el espacio. o Cristalinidad: Un polímero sintético se describe como cristalino si contiene regiones en los tres órdenes dimensionales en la escala atómica. Los polímeros sintéticos pueden consistir de regiones tanto cristalinas como amorfas. Pocos polímeros son enteramente cristalinos. o

Conformación de cadena: El espacio ocupado por una molécula de polímero se expresa generalmente en términos del radio de giro, que es una propiedad de ingeniería estructural y se refiere a la distancia promedio del centro de masa de la cadena a la cadena en sí. Podemos calcular el radio de giro de una partícula de la forma:

     ∑   

Donde rprom es la posición promedio de los monómeros. Además también es proporcional al promedio cuadrático de la distancia entre los monómeros.



Comportamiento de fase: o Punto de fusión: en el área de los polímeros, no significa una transición sólido-líquido, sino que se refiere a una transición de un estado cristalino o semicristalino a una fase sólida amorfa. Esto concuerda con las características de cristalinidad mencionadas en la

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Biopolímeros

sección pasada. También recibe el nombre de temperatura de fusión cristalina . o

Temperatura de transición de vidrio: Es un parámetro de interés particular en la manufactura de polímeros sintéticos, ya que describe la temperatura a la que los polímeros amorfos sufren una transición de un estado gomoso, amorfo y viscoso a un estado amorfo sólido y similar al vidrio.

o

Comportamiento de mezcla: Las mezclas poliméricas son, por mucho, menos miscibles que las mezclas conformadas por materiales de moléculas pequeñas. Como las moléculas poliméricas son más grandes y tienen mayor volumen específico que las moléculas pequeñas, el número de moléculas involucradas en una mezcla polimérica es mucho menor que el número en una mezcla polimérica del mismo volumen, de moléculas pequeñas.



Propiedades químicas: o Las fuerzas de atracción entre las cadenas de polímeros toman un papel muy importante al momento de determinar las otras propiedades explicadas anteriormente. Diferentes partes de la cadena pueden prestarse a enlaces iónicos o puentes de hidrógeno entre sus propias cadenas. Estas fuerzas resultan en una tracción mayor y puntos de fusión más altos.

1.4 Polimerización Conviene definir la polimerización como el proceso de hacer reaccionar monómeros en un proceso químico para formar redes tridimensionales o cadenas de polímeros. Como se mencionó anteriormente, los polímeros están constituidos por moléculas más pequeñas denominadas monómeros, y será precisamente el proceso de polimerización lo que permitirá convertir a la agrupación de varios monómeros en un compuesto nuevo, que es el polímero correspondiente.

Fig. 6: Monómeros como bloques base para la formación de polímeros

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Biopolímeros

Existen muchas formas de polimerización, pero a continuación se presentarán las dos más importantes en relación a la presente investigación.

1.4.1. Clasificación por el tipo de producto 

Polimerización por adición: En este tipo de polimerización, los monómeros se suman unos a los otros, de esta forma el producto polimérico tiene al final todos los átomos del monómero inicial. Un ejemplo típico es la polimerización del etileno, en la que todos los átomos que componen el monómero son parte del polímero final. La representación orgánica de lo anterior se observa en la siguiente fórmula, en la que el grupo se repite n veces. Fig. 7: Polimerización por adición



Polimerización por condensación: En

este tipo de polimerización, no todos los átomos del monómero inicial forman parte del polímero final. Para que ocurra la unión de dos monómeros, una parte de uno de los monómeros se tiene que perder, como se ilustra en el diagrama de la izquierda. En la parte de abajo se ilustra una reacción de ejemplo, donde al reaccionar ácido acético con etanol se obtiene otro compuesto. Fig. 8: Polimerización por condensación

Ácido acético

Etanol

Acetato de etilo

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1.4.2 Clasificación por el mecanismo de reacción 

Polimerización en cadena: Este tipo de reacción se refiere a un mecanismo en el que los monómeros reaccionan para primero formar dímeros, luego trímeros y finalmente oligómeros, para eventualmente formar polímeros de cadena larga. Ejemplos de polímeros producidos por este método son los poliésteres, poliuretanos, etc. La analogía más fácil para comprender este mecanismo es imaginar a un grupo de gente estirándose para tomarse de las manos para formar una cadena humana. La característica principal de este tipo de polimerización es que las cadenas crecen lentamente de una manera organizada y sistemática. Como se mencionó anteriormente, primero forman dímeros: Después los dímeros y trímeros se combinan con sí mismos para dar origen a los oligómeros.

Este proceso continúa hasta producir un polímero de alto peso molecular al final. Existen tres etapas principales en el proceso de la polimerización por etapas: Iniciación: Es el mecanismo con el que se inicia el proceso de polimerización. Generalmente se utiliza algún agente de activación, que es un químico inestable que ataca al monómero. Un ejemplo es el peróxido de benzoílo. o

Fig. 9: Ejemplo de iniciación

En química, cuando se escribe un punto a un lado del grupo, se Fig. 10: Ruptura del peróxido dice que contiene un radical libre, el cual es una molécula en la que hay un electrón que no tiene par. Este radical libre es muy reactivo y atacará a las moléculas del monómero. Cuando se agrega el peróxido de benzoílo al estireno, por mencionar un ejemplo, el peróxido se parte para hacer radicales libres, como se muestra en la imagen de la izquierda.

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Análisis de Sistemas Biológicos y Fisiológicos o

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Propagación: Una vez que un pequeño número de cadenas inició con el proceso, la propagación consta de la añadidura sucesiva de monómeros para conseguir que crezca la cadena. En cada iteración, el radical libre se regenera cuando reacciona con el doble enlace. Dando seguimiento al ejemplo anterior, en el caso del estireno, la propagación se realiza de la siguiente forma: Fig. 11: Añadidura de monómeros

La unión que se forma generalmente se conoce como un eslabón de cabeza a cola, aunque también existen uniones anormales, que se realizan de cabeza a cabeza.

o

Terminación: Existen tres formas en las que las cadenas pueden terminar.  Acoplamiento: Ocurre cuando se juntan dos radicales libres. Podemos representarlo de la siguiente forma: C. polimérica 1 C. polimérica 1 

C. polimérica 2 C. polimérica 2

Desproporción: Ocurre también cuando interactúan dos radicales. En este caso una molécula roba un átomo de hidrógeno de la otra, formando un doble enlace. Polímero 1 Polímero 1

Polímero 2 Polímero 2

Transferencia de cadena: El radical libre absorbe un átomo de hidrógeno de cualquier molécula vecina. Un ejemplo el siguiente, en donde en la figura a) representa la situación antes de la interacción, la b) representa las estructuras después de la transferencia de cadena cuando el radical se transfiere a uno de los átomos de carbono de media cadena. En la c) observamos la ramificación. 

Fig. 12: Transferencia de cadena (a,b,c)

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Polimerización por etapas: en una reacción por etapas, el peso molecular del compuesto aumenta gradualmente conforme la reacción progresa, a diferencia de la polimerización en cadena ya que en esta última los polímeros de alto peso molecular se forman casi desde el inicio de la reacción. Resulta conveniente utilizar argumentos estadísticos para mostrar cómo progresa la distribución de moléculas con una reacción . Debido a que es simplemente la fracción de grupos funcionales que ha desaparecido después de un tiempo t , la probabilidad de encontrar un grupo funcional que no ha reaccionado es de .







Para determinar la distribución de la masa molecular, es necesario trabajar en un modelo en el que cualquier molécula seleccionada al azar tenga la posibilidad de ser un polímero. Para esto, se tomará como ejemplo un solo grupo péptido en una molécula de nylon, y le asignaremos a la probabilidad de encontrarlo, de aquí podemos inferir que la probabilidad de encontrar péptidos será  El factor de unidad aparece porque el final de la molécula posee un grupo carboxilo o amino sin reaccionar, que tendrá una probabilidad de ( . Así que la probabilidad de encontrar el polímero completo es simplemente  . Esto representa la fracción de n -meros -meros en todo el conjunto, así que podemos establecer que:





         

Donde Nn representa el número total de n -meros -meros presentes y N el número total de oligómeros. Si el número total de unidades repetidas lo describimos como N0, entonces podemos afirmar que , lo cual es bastante  razonable ya que cuando , el número total de moléculas presentes es sólo el número de unidades de monómeros presente.



Conforme la reacción va avanzando muy pequeño, por lo que:

   

  , así que N cae a un número

   Así, hemos obtenido la función numérica de la distribución para una polimerización lineal por etapas. De aquí que la distribución de masa sea simplemente:

  Es muy importante notar que sólo cuando polímeros de más alto peso molecular.

 ocurrirán

los

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1.5 Formas comunes de síntesis de polímeros Las tres formas más comunes para realizar la polimerización en la actualidad son: 

Síntesis en laboratorio: Generalmente se dividen en dos métodos que son los que se explicaron en el subtema anterior: polimerización por etapas y polimerización en cadena. La diferencia principal reside en que en la polimerización por etapas los monómeros se pueden combinar uno con otro directamente, mientras que en la polimerización en cadena los monómeros se añaden a la cadena uno a la vez, como se observó en la demostración matemática presentada. Reacciones de polimerización sintética se pueden llevar a cabo con o sin la ayuda de un catalizador. La síntesis en laboratorio se utiliza ampliamente en la investigación de biopolímeros , especialmente en proteínas.



Síntesis biológica: Existen tres categorías de polímeros generados biológicamente, o biopolímeros, que son los polisacáridos, polipéptidos y polinucleótidos. Pueden ser sintetizados por procesos en los que participan enzimas. La síntesis de proteínas involucra estos procesos para realizar la transcripción de DNA a RNA y traducir la información para sintetizar proteínas específicas a partir de aminoácidos. Esto se tratará con más detalle en la próxima sección.



Modificación de polímeros naturales: Muchos de los

Fig. 13: Microestructura del DNA de un biopolímero de doble hélice

polímeros que son más importantes comercialmente se sintetizan por modificación química de los polímeros naturales, como por ejemplo con el proceso de vulcanización, que se mencionó en el subtema 1.2.

1.6 Clasificación de los polímeros Existen muchas maneras de clasificar los polímeros, según el tipo de aspecto con el que se vaya a trabajar. Las siguientes son las clasificaciones más comunes:

1.6.1 Clasificación según su origen

Polímeros

Naturales

Sintéticos

Semisintéticos

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Los polímeros naturales se refieren a los existentes en la naturaleza y a algunas biomoléculas que forman a los seres vivos: ácidos nucleicos, polisacáridos, caucho, lignina, proteínas, etc. Los polímeros sintéticos son los que se obtienen a partir de la transformación de los monómeros. Algunos ejemplos son el cloruro de polivinilo (PVC) y el polietileno, además de los revisados en secciones anteriores: nylon y poliestireno. Los polímeros semisintéticos son los obtenidos a partir de polímeros naturales, después de sufrir una serie de transformaciones, como por ejemplo, el caucho vulcanizado.

1.6.2 Clasificación según su composición química

De los polímeros orgánicos , podemos rescatar que tienen átomos de carbono en su cadena principal.

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En cuanto a los polímeros orgánicos vinílicos , poseen únicamente átomos de carbono en su cadena principal, a diferencia de los orgánicos que pueden contener otros elementos. Se subdividen en 4 subcategorías principales: Poliolefinas: Como su nombre lo indica, se originan mediante la polimerización de olefinas. Algunos ejemplos son el polipropileno y polietileno. Estirénicos: El estireno está presente en la cadena de monómeros. Un ejemplo es el poliestireno. Vinílicos halogenados: Se caracterizan por tener halógenos en su composición, como el cloro y el flúor. Acrílicos: Se refiere al polimetilmetacrilato, y su presentación más frecuente dentro de la industria es en gránulos o láminas. 







La contraparte de la categoría anterior son los polímeros orgánicos no vinílicos , los cuales suelen contener nitrógeno y oxígeno en su cadena principal. Las subcategorías más importantes son: Poliésteres: Contienen al éster en su cadena principal. Son utilizados principalmente para la construcción de equipos, tuberías anticorrosivas, fabricación de pinturas, etc. Poliamidas: Contienen enlaces de tipo amida , algunos ejemplos son la lana y la seda. Poliuretanos: Algunos ejemplos son las espumas utilizadas como aislantes térmicos, selladores de alto rendimiento, algunos tipos de pintura, fibras, preservativos, componentes para automóvil, entre muchas otras aplicaciones. 





Finalmente encontramos a los polímeros inorgánicos , de los cuales los principales son: Basados en azufre: Hace referencia a los polisulfuros, los cuales son útiles en ambientes de laboratorio para la precipitación selectiva de metales. Basados en silicio: El ejemplo más significativo es la silicona, que se utiliza en un amplio rango de aplicaciones, como los lubricantes, adhesivos, impermeabilizantes, etc. 



1.6.3 Clasificación según el mecanismo de polimerización

Esta clasificación hace referencia a las clasificaciones presentadas dentro de la sección 1.4, por lo que únicamente nos limitaremos a presentar el esquema de organización.

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1.6.4 Clasificación según cambios respecto a la temperatura Los polímeros suelen tener diferentes niveles de resistencia al calor, el cual varía dependiendo de la complejidad de sus cadenas, por lo que podemos destacar las siguientes categorías en base a lo ocurrido cuando se le aplica calor:

Se conoce como termoplásticos a todos aquellos polímeros que pasan al estado líquido al calentarlos (fluyen), y cuando se enfrían se vuelven a endurecer. Tienen una estructura molecular con pocos entrecruzamientos. En cuanto a los termoestables , no poseen la característica de fluir al calentarse, lo único que ocurre es que se descomponen químicamente, y a diferencia de los termoplásticos, tienen muchos entrecruzamientos en su estructura. Los elastómeros tienen un comportamiento elástico, es decir, pueden sufrir deformación y su estructura química seguirá siendo la misma.

1.6.5 Clasificación por aplicación Según las aplicaciones que se les da a los polímeros, podemos destacar las siguientes categorías:

Polímeros

Fibras

Membranas

Foams

Monofilamento

Pinturas

Contenedores

Textiles

Fotorresistencia

Molduras

Cuerda

Adhesivos

Absorbentes Absorbe ntes

Película

Selladores

Aditivos

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1.7 Degradación de los polímeros Con el paso del tiempo ocurren cambios en las propiedades de los polímeros como el cambio en la forma y color, incluso en la fuerza de tracción, todo esto debido al desgaste que es consecuencia de la luz, químicos diversos, calor y otros agentes, llevando a un decremento considerable en el peso molecular del polímero. Esto por lo general es indeseado en la industria, pero hay algunas áreas en las que se puede aprovechar como característica especial, como sucede en el caso de la bioingeniería: un ejemplo es el uso de suturas que se degradan lentamente una vez que se aplicadas a la herida. Para los científicos e industrias Fig. 14: Uso de polímeros como suturas degradables encargados de diseñar polímeros, es primordial que tomen en cuenta ciertas medidas de seguridad: el fallo en la estructura química puede ocasionar rompimiento prematuro en las cadenas de los polímeros: un ejemplo fue una serie de inundaciones en los años 90 en EU, ya que las tuberías de las casas comenzaron a romperse a causa del daño que el cloro les ocasionó. Otro ejemplo en el que es necesario tomar particular atención en el aspecto de la seguridad es el uso de motores de automóvil: si ocurre rompimiento del polímero, las corrientes eléctricas pueden prenderle fuego a la gasolina. Más importante aún es tomar estas medidas de seguridad al usar polímeros como parte de dispositivos médicos : sólo en pensar en la posibilidad del rompimiento del polímero, por ejemplo, en un marcapasos, puede tener consecuencias catastróficas para el paciente por lo que estas regulaciones deben ser muy estrictas.

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Sección 2: Biopolímeros Con la información presentada en la sección anterior, existe referencia suficiente en cuanto a los fundamentos físicos y químicos de los polímeros, por lo que ahora se abordará información sobre el interés principal de la presente investigación: los biopolímeros, los cuales son un tipo de biomaterial.

2.1 ¿Qué son los biomateriales? Antes de definir a los biopolímeros, es necesario entender qué es un biomaterial, el cual puede ser concretado de la siguiente forma: “Sustancia o combinación de sustancias de origen natural, diseñada para actuar en conjunto con sistemas biológicos con el fin de evaluar, tratar, aumentar o sustituir algún tejido, órgano o función del organismo humano.” (Infante, 2010).

Es importante hacer notar que en la prensa se ha utilizado incorrectamente el término de biomaterial , ya que comúnmente es utilizado como sinónimo de cualquier objeto relacionado a la asistencia sanitaria, y realizar esta generalización causa confusión. Para aclarar esto, cabe mencionar que los biomateriales pueden ser de dos orígenes: 



Naturales: Difícilmente son procesables y caracterizables, debido a su complejidad. Los ejemplos más básicos son las fibras proteicas como la lana y la seda. Sintéticos (o material biomédico): Se refiere a las cerámicas, metales y polímeros utilizados en la rama de la medicina, por lo que éstos reciben el nombre de materiales biomédicos , esto con la finalidad de resaltar la diferencia con los biomateriales de origen natural. Fig. 15: Ejemplo de biomateriales

2.2 ¿Qué son los biopolímeros? Los biopolímeros son polímeros producidos por organismos vivientes, los ejemplos más característicos son la celulosa, almidón, péptidos, proteínas, quitina, RNA y DNA, en los cuales las unidades monoméricas son aminoácidos, nucléotidos y azúcares. El biopolímero más común es la celulosa, y además es el compuesto orgánico más común en todo el planeta tierra: por ejemplo, conforma cerca del 90% del algodón y 50% de la madera. De los materiales biopoliméricos, podemos realizar una clasificación dependiendo del tiempo de duración en el que se espera que mantengan su funcionalidad, tomando en cuenta todos los aspectos mencionados en la sección 1.7:

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Carácter permanente: Se refiere a los biopolímeros cuya intención principal es funcionar como reemplazo total o parcial de órganos o tejidos que han sufrido degradación o destrucción a causa de alguna anormalidad como enfermedad o trauma.



Carácter temporal: Se refiere a los biopolímeros degradables que están diseñados para tener una duración específica, porque su funcionalidad así lo requiere, se utilizan en casos en los que el cuerpo humano desarrolla mecanismos de regeneración y curación para reparar el tejido o zona afectados.

Algunos biopolímeros son biodegradables, esto quiere decir que se rompen en CO2 y agua por la acción de microorganismos; además algunos de ellos pueden ser utilizados en compostas, y se romperán aproximadamente en un 90% en un lapso de 6 meses.

2.2.1 Diferencia entre polímero y biopolímero La diferencia primordial entre el polímero y el biopolímero la podemos encontrar en la estructura: aunque ambos están compuestos de monómeros, los biopolímeros naturales por lo general tienen una estructura química bien definida, aunque esto no se cumple siempre. La rama que se encarga de las propiedades estructurales en los biopolímeros se denomina biología estructural , y especifica que la composición química y la secuencia en que se ordenan los monómeros se denomina estructura primaria, la cual puede desdoblarse para formar estructuras secundarias y terciarias, como es bien conocido en el caso de las proteínas. A diferencia de los biopolímeros naturales, los sintéticos suelen tener una distribución más aleatoria. Como los biopolímeros se originan a través de un proceso controlado, los ejemplares suelen ser muy similares, por lo que contienen secuencias idénticas y el mismo número de monómeros, lo que lleva a que tengan el mismo peso molecular. A este fenómeno se le conoce como distribución monodispersa. Los polímeros sintéticos, como se mencionó, tienen un comportamiento más aleatorio al que se le conoce como distribución polidispersa.

Fig. 16: Distribución monodispersa monodispersa

Fig. 17: Distribución polidispersa polidispersa

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2.3 Historia de los biomateriales y biopolímeros El primer uso de biomateriales dentro del ámbito de la medicina se dio en 1860, cuando se practicaron por primera vez las técnicas quirúrgicas asépticas. Posteriormente, en 1900 se utilizaron las primeras placas óseas de metal, con la única finalidad de ayudar en la separación de roturas o fracturas. Transcurrió el tiempo, y los biomateriales se quedaron estancados únicamente en aleaciones metálicas utilizadas para reparaciones óseas y sistemas de liberación de medicamentos. El siguiente gran paso se dio con la Segunda Guerra Mundial: se produjo un rápido avance en la ciencia de los biomateriales, principalmente en polímeros y biopolímeros utilizados con fines médicos. Se implementó el uso del polimetilmetacrilato como reemplazo de córnea humana. Posteriormente se reemplazaron los catéteres de metal por polietileno. En los años 50’s, se fabricó el primer corazón artificial el cual fue puesto en acción hasta 1960, y desde entonces la ciencia de los biopolímeros no ha detenido su crecimiento: con el avance de la tecnología, cada vez más son las aplicaciones de polímeros y biopolímeros utilizados con finalidades médicas. En la siguiente línea del tiempo se pueden observar los eventos más significativos en la historia de los biomateriales y biopolímeros. Fig. 18: Línea del tiempo de biomateriales y biopolímeros

2.4 Requisitos de los biomateriales Cuando se diseña un biomaterial a base de biopolímeros, es necesario tomar en cuenta dos aspectos que tienen un impacto en el funcionamiento y en la salud del paciente:  

El efecto que tiene el organismo en el implante El efecto que tiene el implante en el organismo

Desde el punto de vista de la Ingeniería, es todo un desafío desarrollar nuevos biopolímeros por todas las posibles complicaciones que pueden surgir y que deben ser abatidas para que el producto final pueda cumplir su cometido y ayudar a la pronta recuperación del paciente afectado.

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Biopolímeros

Como se mencionó en el Planteamiento del Problema, hay una gran serie de retos a enfrentar en la creación de biopolímeros, ya que está en juego la vida humana al utilizar objetos basados en los mismos, por lo es conveniente tomar una serie de consideraciones para evitar problemas relacionados con los dos puntos expuestos con anterioridad: 

Se espera que el sistema vivo en el que se implante el biomaterial no degrade al mismo, esto deberá ocurrir sólo si es parte del propósito inicial del implante, como ocurre en el caso de las suturas absorbibles.



El implante debe poder esterilizarse y estar libre de toxinas y bacterias: muchas de las complicaciones al utilizar instrumental médico se deben a negligencias en el correcto procedimiento de limpieza y uso del material.



La biocompatibilidad del material es un aspecto fundamental ya que, si no se realiza una investigación previa sobre la compatibilidad entre el material y el receptor, puede desarrollarse un factor cancerígeno potencial, además de los posibles problemas ocasionados por la respuesta que proporcionará el sistema inmunológico.

Fig. 19: Biopolímero en una junta de cadera





Las propiedades físicas y mecánicas del biopolímero deben ser óptimas para desarrollar la función específica para las que se diseñe el material biomédico. Esto se refiere a que las propiedades mecánicas se mantengan estables durante el tiempo de vida calculado para el implante. Por ejemplo, una membrana de diálisis debe tener una permeabilidad adecuada o una junta de cadera debe poseer un coeficiente de rozamiento cercano a cero.

No deben existir componentes solubles en el material, a menos que esté diseñado específicamente para eso, como en los sistemas de liberación de medicamentos.

Lograr que un material biomédico basado en biopolímeros cumpla con todas estas condiciones es muy difícil: la tecnología actual sólo ha permitido realizar diseños con funciones específicas, creando una labor en conjunto en la que deben participar el ingeniero, el científico y el médico, para lograr un producto integral que ayude a mejorar la calidad de vida de quien lo necesite.

Fig. 20: Biomaterial (hidrogel) a base de biopolímeros desarrollado en Georgia Tech que puede ser utilizado como reemplazo de arteria o cartílago de rodilla

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2.5 Aplicaciones biomédicas Estadísticamente se ha obtenido la conclusión de que los fallos producidos por el implante de biopolímeros y polímeros sintéticos en el cuerpo humano son muy pocos, inclusive se llegan a desarrollar funciones con una eficiencia muy similar al órgano original, por lo que la industria biomédica ha crecido últimamente en los siguientes campos: 

Aplicaciones de carácter permanente dentro del organismo: Como se mencionó en la sección 2.2, estos materiales deben de estar diseñados para durar una gran cantidad de tiempo, además de ser inertes, atóxicos y biocompatibles. Algunos ejemplos son los implantes ortopédicos, membranas, cementos óseos, etc. De los polímeros más utilizados tenemos al teflón, poliamidas, siliconas, poliésteres, policarbonatos, entre otros. También existen las prótesis vasculares, las cuales deben de tener la característica fundamental de no provocar coagulación: para esto se utilizan poliuretanos Fig. 21: Prótesis vascular segmentados, fibras de PET, entre otros polímeros.

Aplicaciones de carácter temporal dentro del organismo: Este campo es fácilmente 

identificable principalmente debido a las suturas, ya que son el material biomédico que ha tenido más éxito. Estas aplicaciones consisten en Fig. 22: Fármacos material bioabsorbible o biodegradable, dándole la característica de temporalidad. Otra aplicación interesante se encuentra en los sistemas de liberación de fármacos. Para finalizar, cabe mencionar el empleo de polímeros en el campo de la ingeniería de tejidos, con el objetivo de funcionar como andamiaje temporal para permitir el crecimiento de células. Para entender un poco mejor el alcance de los biopolímeros en varias de las ramas de la medicina, conviene revisar algunos ejemplos.

2.5.1 Material a base de polímeros y biopolímeros en oftalmología 

Lentes intraoculares: Lentes artificiales de silicona o acrílico, que se implantan dentro del ojo para poder mejorar el enfoque afectado por un cristalino disfuncional. Fig. 23: Lente intraocular

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Lentes de contacto: Son lentes que se

ponen en el ojo y sirven para corregir la visión, se colocan sobre la capa lagrimal que lubrica a la córnea. Deben cumplir estrictos requisitos sanitarios. Diseñadas especialmente para problemas de astigmatismo y miopía. Fig. 24: Lente de contacto

Fig. 25: Implante de retina 

Implantes de retina: Este sistema se encarga de suplir las funciones de procesamiento de imágenes de la retina y transmitir los resultados al cerebro. Se han realizado pruebas preliminares con éxito, pero esta tecnología aún no está completamente estandarizada.

2.5.2 Material a base de polímeros y biopolímeros en el área cardiovascular 

Válvulas de corazón: Su utilidad es

para reemplazar las válvulas cardiacas defectuosas. En el caso de los reemplazos basados en biopolímeros, se utilizan válvulas naturales modificadas de donantes animales, las cuales se colocan en anillos sintéticos. También existen válvulas artificiales de metal. Fig. 26: Implantación quirúrgica de una válvula cardiaca 

Injertos vasculares: Son utilizados para reparar y reemplazar arterias que presentan algún problema el cual ocasiona una alteración en el flujo normal de la sangre, como por ejemplo, las afectadas por arteriosclerosis, fibrosis, aneurismas, etc. Fig. 27: Injerto vascular



Bolsas de sangre: A partir de polímeros se

crean bolsas de sangre, sellándolas a través de radiofrecuencias. Estas bolsas están diseñadas para contener sangre, pero también contienen concentrados de glóbulos, plaquetas, o plasma. Fig. 28: Bolsa de sangre

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2.5.3 Material a base de polímeros y biopolímeros en reconstrucciones 

Dientes: Las prótesis dentales, muchas de ellas basadas en polímeros, ayudan a recuperar la funcionalidad de la boca, permitiendo una masticación eficaz y una fonética adecuada, sin interferir en el proceso respiratorio.



Prótesis de mama: Utilizadas en la reconstrucción de pechos, con relleno salino o de silicona. Se pueden situar en tres niveles diferentes: subglandular, subpectoral y subfascial.

2.6 Biopolímeros y aplicaciones específicas A continuación se presenta una tabla de referencia con biopolímeros y las aplicaciones más características de los mismos.

Polímeros sintéticos no degradables Polimetacrilato de metilo (PMMA)

Cemento óseo, dientes artificiales, lentes intraoculares

Polimetacrilato de hidroxietilo (PHEMA) Epoxis Fluorocarbonados

Lentes de contacto blandas Materiales protectores Injertos vasculares, catéteres y parches periodontales y abdominales Catéteres y anti adhesivos Válvulas cardiacas, partes estructurales Suturas Catéteres y para tapar heridas Membranas de oxigenación y hemodiálisis, conectores Injertos vasculares, globos para angioplastia, suturas y reparaciones para hernias Catéteres Componentes estructurales y ortopedia Componentes estructurales, catéteres Materiales protectores para dispositivos extracorporales Suturas, globos de angioplastia, catéteres, jeringas Tubos, corazones artificiales, catéteres Globos de angioplastia Componentes estructurales y ortopedia Catéteres, corazón artificial, prótesis vasculares, recubrimientos para heridas y revestimiento compatible con la sangre Tubos y bolsas de sangre Implantes de cirugía plástica, catéteres,

Hidrogeles Poliacetales Poliamidas Elastómeros de Poliamida Policarbonatos Poliésteres Elastómeros de poliéster Polietercetonas Polimidas Polimetilpenteno Poliolefinas Elastómeros de poliolefinas Películas de poliolefinas de alta cristalinidad Polisulfonas Poliuretanos Policloruro de vinilo Siliconas

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Polietileno de ultra alto peso molecular Copolímero de estireno y acrilonitrilo (SAN) Poliestireno Poliacrilonitrilo

Biopolímeros válvulas de corazón, membranas permeables al oxígeno, prótesis faciales y de la oreja Tejidos de alta resistencia Prótesis mamarias Kit de diagnóstico Membranas para diálisis

Bioabsorbibles Poliaminoácidos Polianhídridos Policaprolactonas Copolímeros de ácido láctico y glicólico Polihidroxibutiratos Poliortoesteres Colágeno

Liberación controlada, péptidos de adhesión celular Liberación controlada Suturas y liberación controlada Suturas, liberación controlada, discos óseos Liberación controlada, discos óseos Liberación controlada Recubrimientos y reconstrucción tisular

Macromoléculas bioderivadas Albúmina entrecruzada Acetatos de celulosa Celulosa cuproamónica Citosina Colágeno Elastina Gelatina entrecruzada cido hialurónico Fosfolípidos Seda

Recubrimientos de injertos vasculares y agente para contraste de ultrasonidos Membranas de hemodiálisis Membranas de hemodiálisis Recubrimientos y liberación controlada Recubrimientos y órganos híbridos Recubrimientos Recubrimiento para corazón artificial Recubrimientos, anti adhesivo, antiinflamatorio ocular y articular Liposomas Suturas, recubrimientos experimentales de proteínas tipo seda

Recubrimientos pasivos Albúmina Cadenas alquílicas Fluorocarbonados Hidrogeles Siliconas libres de sílice Aceites de silicona

Tromboresistencia Adsorbe albúmina para la tromboresistencia Reduce el rozamiento en catéteres Reduce el rozamiento en catéteres Tromboresistencia Lubricación para agujas y catéteres

Adhesivos tisulares Cianoacrilatos Pegamento de fibrina

Microcirugía Recubrimiento microcirugía

para

injertos

vasculares

y

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PROPUESTA DE SOLUCIÓN En el campo de la medicina y la salud, existen múltiples actividades y tratamientos que requieren el uso de equipo y dispositivos fabricados con biopolímeros. Estos materiales son muy diversos, pues a medida que se descubren se han ido utilizando y desarrollando para aplicaciones específicas, sin embargo se piensa que sus propiedades y características aún no han sido totalmente exploradas. Esto último es debido a que los polímeros son macromoléculas que tienen diferentes orígenes, estas las crea la naturaleza pero también pueden ser creadas y manipuladas mediante procedimientos químicos para el beneficio de la industria y la medicina actual. Los biomateriales utilizados directamente con pacientes en la medicina tienen un cierto grado de compromiso con la función que desempeñan, debido a que sus propiedades son utilizadas con el fin de mejorar la salud y la calidad de vida de un ser humano. Sin embargo uno de los mayores retos a la hora de querer utilizar un biomaterial es el diseño del mismo, que este cumpla con los requerimientos necesarios para su función y que a su vez sea seguro y estable para su utilización. Los biopolímeros son estudiados en aplicaciones farmacéuticas para modificar la liberación de principios activos, sobrepaso de barreras fisiológicas y la protección de agentes terapéuticos inestables a las condiciones fisiológicas presentes en las vías de administración menos invasivas. También, es notable la importancia en el uso de biopolímeros para el diseño de los nuevos dispositivos biomédicos combinados, en los cuales la necesidad de incorporar sustancias con actividad farmacológica ha llevado a la generación de novedosas alternativas para el tratamiento de enfermedades en el ser humano, acercando el diseño de sistemas terapéuticos farmacéuticos al concepto de diseño integral de producto a la medida. Las aplicaciones médicas y farmacéuticas de los biopolímeros constituyen actualmente uno de los campos de mayor interés en los desarrollos de macromoléculas, por su utilización como dispositivos terapéuticos cardiovasculares, ortopédicos, oftalmológicos y dentales, sustitutos de la piel, sistemas de liberación de fármacos y sensores para propósitos de diagnóstico. La aplicación de estos materiales en el campo biomédico y en sistemas terapéuticos farmacéuticos conlleva la formación de una interfaz con el sistema biológico, que requiere alta biocompatibilidad por parte del polímero. Los polímeros biocompatibles se pueden obtener de fuentes naturales o sintéticas y al ser introducidos en el sistema biológico se consideran biomateriales poliméricos o biopolímeros.

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Biopolímeros

Con el avance científico se han conseguido usar biomateriales en aplicaciones donde se ha logrado la regulación de la toxicidad y una biocompatibilidad con el medio en el que se interactúa. Por ejemplo, en el empleo de los biopolímeros en el control de la liberación de medicamento busca la dosificación del fármaco a través de la matriz polimérica en flujos dentro de su ventana terapéutica, y esto tiene la ventaja de reducción de efectos adversos por fluctuación en las concentraciones del plasma del fármaco y la disminución del número de dosis necesarias del medicamento. En el caso de la biodegradación algunos polímeros han recibido la denominación de “inteligentes” por responder súbitamente a modificaciones de las condiciones físicas o químicas en el ambiente con cambios pronunciados en sus propiedades. El hecho de poder diseñar y construir un biomaterial que no sea toxico, sea completamente compatible en el medio biológico en el que se pretende desenvolver, y que se degrade en poco tiempo, es un objetivo en el que la bioingeniería se encuentra muy enfocada. Este logro se podría llevar a cabo por medio de la modificación de la estructura de los polímeros al aplicarle estímulos que moldeen sus características originales , que en conclusión, es lo que se puede proponer a raíz de la información recabada en esta investigación. Para esto, se plantea que resultaría útil crear un software computacional que sirva para el modelaje de proteínas y polímeros: de esta forma se puede analizar la dinámica, termodinámica y estructura del desdoble polimérico y de proteínas; además, resultaría bastante útil implementar algoritmos probabilísticos para determinar cadenas peptídicas, llevar estadísticas biológicas, y realización de modelaje de polímeros a partir de datos experimentales obtenidos a partir de biomacromoléculas, de esta forma, se podrían analizar los estímulos a los que responden los polímeros, los cuales pueden ser: (i) físicos, como la temperatura, la fuerza iónica, los solventes, radiaciones, campos eléctricos, estrés mecánico, presión, radiaciones sónicas y campos magnéticos; (ii) químicos, como el pH, iones específicos y agentes químicos; y (iii) bioquímicos, como sustratos de enzimas, ligandos afines y otros agentes biológicos; y esto se puede lograr únicamente con la cooperación de las ramas de la ingeniería, la química, física y medicina. El desarrollo de materiales en este sentido busca esencialmente la reducción de efectos adversos al localizar la terapia en su diana terapéutica, condición de gran utilidad cuando los principios activos son muy tóxicos. El vertiginoso desarrollo de sustancias con actividad farmacológica obtenidas por biotecnología ha exigido la investigación sobre nuevos materiales que contribuyan en la formulación de sistemas de entrega estables como producto terminado y a su vez mantengan la integridad dentro del organismo, durante el tiempo de acción. Esta necesidad ha llevado al desarrollo de novedosas técnicas de modificación a la estructura de polímeros, produciendo una nueva generación de biopolímeros con propiedades específicas, que representan un potencial importante para la formulación de esta clase de productos.

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CONCLUSIONES A lo largo de este documento se presentó la información suficiente para entender el concepto de polímero y todo lo que le circunda; así como también se desplegó todo un concentrado acerca de los biopolímeros, los cuales son el objetivo principal de esta investigación. Resultaba imposible entrar de lleno con estos últimos, debido a que era fundamental entender primero el concepto de polímero. Es destacable el hecho de que los polímeros son más comunes en nuestra vida diaria de lo que pensábamos. Los de origen natural los encontramos principalmente en los textiles, por ejemplo: algodón, seda y lana; y por otra parte al hule. Por el lado de los sintéticos, también interactuamos con ellos a diario, como el nylon, polietileno y teflón. Es importante tener presente, que los polímeros más útiles para el hombre, resultan ser los sintéticos. Como ya se mencionó, un polímero es la unión de varios monómeros, que dan como resultado una macromolécula. Por otro lado, los biopolímeros resultan más complejos de manipular, debido a que son producidos por organismos vivientes; siendo el más común la celulosa, además que es el más abundante debido al algodón y la madera. La diferencia principal que encontramos entre estos (polímeros y biopolímeros), es en su estructura, dado a que los biopolímeros poseen una estructura química más definida. También abordamos el concepto de biomaterial, los cuales básicamente son utilizados en el campo de la medicina, gracias a la cualidad de no causar reacciones (perjudiciales) al cuerpo, esto debido principalmente a que son de origen natural. Por último, encontramos que los biomateriales y los biopolímeros tienen una gran aplicación en el ramo médico, a pesar de que estos materiales no han sido del todo explotados. Representan un gran avance en la fabricación de tejidos, e inclusive se espera que lleguen a fabricar órganos completos: sus aplicaciones son tan variadas que pueden implementarse en muchos aspectos relativos al cuerpo humano y la salud. La realización de este trabajo fue muy gratificante, sobre todo porque nos dio la oportunidad de ampliar nuestros conocimientos en esta área para alguna futura aplicación de estos. Sin duda, podemos concluir que los biopolímeros representan una gran mejora para la esperanza de vida a un mediano plazo.

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Biopolímeros

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Biopolímeros y sus aplicaciones

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