Análogos sintéticos de hueso bajo carga

El encargo

¿Qué plástico —HDPE, acetal o nailon— se parece más al fémur de una mujer media sometido a carga, como material para prótesis óseas impresas en 3D? El proyecto partía de la escasa representación de las mujeres en la investigación ortopédica.

Qué hice

Planifiqué y programé los ensayos en una Instron ElectroPuls E3000: compresión hasta el límite elástico, carga cíclica de 1.000 ciclos y ensayos de fatiga de 40.000 ciclos con un rango de carga de 1,5 kN. Cada muestra generó más de 50.000 puntos de datos, que analicé en MATLAB. Las primeras muestras salían despedidas de la máquina bajo carga, así que redujimos su longitud de 3 cm a 1 cm.

Propuse añadir un análisis por elementos finitos y modelé fémures femeninos escaneados en cada material para comprobar si los resultados de las muestras pequeñas decían algo de un hueso completo. Fuimos el primer grupo en incluir FEA en este proyecto.

Los límites elásticos medidos quedaron por debajo de los valores publicados en los tres materiales. Identifiqué tres causas sistemáticas: el pandeo localizado, las irregularidades de la superficie que quedaban tras el lijado y el rozamiento entre la muestra y los platos, que genera un estado de tensión triaxial. Además, trasladamos la incertidumbre del instrumento a nuestros valores de tensión y deformación.

Resultado

Ninguno de los tres materiales se acercó a la resistencia del hueso cortical. El proyecto ganó el UCL Instron Prize for Best Group Research Project 2025 (89%) y presentamos el póster al profesorado y a ingenieros de Instron. Al año siguiente, el departamento me pidió que ayudara a corregir a la siguiente promoción en el mismo proyecto.