Aleaciones de alta entropía: una nueva generación de materiales para aplicaciones médicas

El desarrollo de nuevos materiales ha sido clave para los avances en la medicina moderna. Desde implantes ortopédicos hasta dispositivos cardiovasculares, los metales utilizados en el cuerpo humano deben cumplir requisitos muy exigentes: alta resistencia mecánica, estabilidad química y, sobre todo, compatibilidad con los tejidos vivos, Figura 1. A medida que la población envejece y aumentan las necesidades médicas, surge la demanda de materiales más seguros, durables y funcionales. En este contexto, la ciencia de materiales ha comenzado a explorar alternativas innovadoras que permitan ir más allá de las aleaciones metálicas tradicionales.

Figura 1. Requisitos mínimos para el uso de aleaciones metálicas en el cuerpo humano.

Durante décadas, los materiales metálicos utilizados en aplicaciones biomédicas se han basado en aleaciones cristalinas, como el titanio, el acero inoxidable o las aleaciones de cobalto. Aunque estos materiales han sido exitosos, también presentan limitaciones, como diferencias significativas entre sus propiedades mecánicas y las del hueso humano o posibles reacciones adversas a largo plazo que puedan generar la necesidad de cirugías adicionales para retirar los implantes. Estas limitaciones han impulsado la búsqueda de nuevas familias de materiales capaces de ofrecer un mejor desempeño dentro del cuerpo humano.

En particular, muchos de estos materiales son demasiado rígidos en comparación con el hueso humano, lo que puede provocar un fenómeno conocido como blindaje de esfuerzos. En esta situación, el implante soporta la mayor parte de la carga mecánica, mientras que el hueso circundante se debilita con el tiempo, lo que puede derivar en fallos del implante o en daños al tejido óseo. Como alternativa, se han explorado aleaciones a base de magnesio, cuya rigidez es más cercana a la del hueso; sin embargo, su degradación demasiado rápida dentro del cuerpo puede comprometer la estabilidad y funcionalidad del implante.

En años recientes, las aleaciones de alta entropía han despertado un creciente interés en la industria biomédica como una alternativa prometedora a las aleaciones tradicionales. A diferencia de los materiales convencionales, estas no se basan en un único elemento principal, sino en la combinación de varios metales en proporciones, ya sean similares o no, lo que amplía las posibilidades para ajustar sus propiedades y desempeño en aplicaciones médicas. El concepto de aleaciones de alta entropía surge precisamente como una forma de superar estas limitaciones, al romper con la idea tradicional de diseñar aleaciones a partir de un solo elemento principal. Al combinar varios metales en proporciones ajustables, estas aleaciones aprovechan efectos físicos únicos que les permiten formar estructuras internas estables y resistentes, con una notable capacidad para ajustar sus propiedades mecánicas y químicas. Gracias a esta flexibilidad en el diseño de las aleaciones, es posible desarrollar materiales con rigidez más cercana a la del hueso, mayor resistencia a la corrosión en fluidos corporales y mejor interacción con las células. Además, al incorporar elementos biocompatibles específicos, estas aleaciones pueden favorecer la integración entre el implante y el tejido óseo, lo que representa un avance importante frente a los materiales metálicos convencionales.

Dentro del campo biomédico, las aleaciones de alta entropía están siendo investigadas para su uso en implantes, prótesis y dispositivos temporales o permanentes, Figura 2. Su capacidad para ajustar propiedades como la dureza, la elasticidad o la resistencia al desgaste permite diseñar materiales más cercanos al comportamiento del tejido óseo. Además, al seleccionar cuidadosamente los elementos que las componen, es posible mejorar su biocompatibilidad y reducir el riesgo de efectos adversos en el organismo. Esto abre nuevas posibilidades para desarrollar materiales que no solo sean más resistentes, sino también más seguros para el paciente.

Figura 2. Aplicaciones de las aleaciones de las aleaciones de alta entropía en el área de la salud.

Un ejemplo particularmente interesante es el uso de aleaciones ligeras basadas en magnesio dentro del concepto de alta entropía. El magnesio es un elemento atractivo para aplicaciones biomédicas porque es ligero y presenta propiedades mecánicas similares a las del hueso. Esto lo convierte en un candidato ideal para implantes temporales, como tornillos o placas, que no requieran una segunda cirugía para su retiro. Al combinar el magnesio con otros elementos en aleaciones de alta entropía, los investigadores buscan controlar su velocidad de degradación y mejorar su resistencia, manteniendo al mismo tiempo su compatibilidad biológica.

Mirando hacia el futuro, las aleaciones de alta entropía representan una oportunidad significativa para el desarrollo de nuevas tecnologías médicas, especialmente en países como México, donde la investigación en ciencia de materiales y biomedicina continúa fortaleciéndose. La colaboración entre centros de investigación, universidades y el sector salud podría permitir el diseño de materiales adaptados a necesidades específicas, reducir costos y fomentar soluciones desarrolladas a nivel nacional. Con el avance de estos materiales, es posible imaginar una nueva generación de implantes más seguros, eficientes y accesibles, que contribuyan a mejorar la calidad de vida de miles de personas.

 

Autores:

• John Dairo Henao Penenrey
•  Jorge Corona Castuera
•  Carlos Poblano Salas
•   Luis Alberto Caceres

 

 

 

 

 

Referencias

1.  Lv, L., Dong, C., Ma, J., Yang, Z., Hu, M., & Wei, X. (2025). Recent advances in high-entropy alloys for biomedical applications. Materials & Design, 114721.
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4.   Adhikari, J., Saha, P., Mandal, P., Sinha, S. K., Seikh, A. H., Mohammed, J. A., & Ghosh, M. (2025). A Review on High Entropy Alloys as Metallic Biomaterials: Fabrication, Properties, Applications, Challenges, and Future Prospects. Biomedical Materials & Devices, 1-30.
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