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BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICA TQ-064 Universidade Federal do Paraná Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia Setor de Tecnologia Depto de Engenharia.

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1 BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICA TQ-064 Universidade Federal do Paraná Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia Setor de Tecnologia Depto de Engenharia Química Depto de Engenharia Química Prof. Dr. Mário José Dallavalli Prof. Dr. Mário José Dallavalli

2 7 Materiais Naturais Similares ou idênticos aos materiais do corpo humano Similares ou idênticos aos materiais do corpo humano Toxicidade e inflamação reduzidas Toxicidade e inflamação reduzidas Atuação a nível funcional e molecular Atuação a nível funcional e molecular Podem ser fortemente imunogênicos Podem ser fortemente imunogênicos – Proteínas>Polissacarídeos>Colágeno Complexidade pode tornar difícil a manipulação Complexidade pode tornar difícil a manipulação Podem ser degradados naturalmente Podem ser degradados naturalmente Fabricação difícil uma vez que são danificados ou destruídos a temperaturas relativamente baixas (não fundem) Fabricação difícil uma vez que são danificados ou destruídos a temperaturas relativamente baixas (não fundem) Variabilidade entre lotes, tecidos e espécies Variabilidade entre lotes, tecidos e espécies Extração frequentemente modifica ou danifica o material Extração frequentemente modifica ou danifica o material

3 8 Materiais Naturais Obtenção usual de Matrizes Extra Celulares de tecido conectivo Obtenção usual de Matrizes Extra Celulares de tecido conectivo – Ossos, tendões, pele, vasos sanguíneos (compósitos) Polímeros naturais em uso Polímeros naturais em uso – Proteínas Seda, Queratina, Colágeno, Gelatina, Fibrinogênio, Elastina, Actina, Miosina. Seda, Queratina, Colágeno, Gelatina, Fibrinogênio, Elastina, Actina, Miosina. – Polissacarídeos Celulose, amilose, dextrina, Quitina, Glicosaminoglicanos Celulose, amilose, dextrina, Quitina, GlicosaminoglicanosGlicosaminoglicanos – DNA, RNA

4 9 Materiais Naturais Colágenos são os mais comuns Colágenos são os mais comuns – Dois níveis de cristalinidade – Podem ser quimicamente modificados para degradação rápida ou lenta ou para Imunogenicidade reduzida – Aplicações Suturas Suturas Agentes hemostáticos (esponjas p/sangue) Agentes hemostáticos (esponjas p/sangue) Vasos sanguíneos Vasos sanguíneos Válvulas cardíacas Válvulas cardíacas Tendões e ligamentos Tendões e ligamentos Pele artificial Pele artificial Regeneração de nervos e cartilagens Regeneração de nervos e cartilagens Sistemas para liberação de medicamentos Sistemas para liberação de medicamentos Glicosaminoglicanos GAGs Glicosaminoglicanos GAGs – Mais comum é o ácido hialurônico ácido hialurônicoácido hialurônico – Forma longa cadeias poliméricas que formas geles viscosos – Frequentemente condensado com colágeno – Usado como lentes e molde para regeneração, tecido conjuntivo, líquido sinovial, vasos sanguíneos e tecido cartilaginoso tecido conjuntivotecido conjuntivo

5 10 Compósitos Consistem na associação de dois ou mais materiais distintos Consistem na associação de dois ou mais materiais distintos – Geralmente em escala macro Existe uma interface distinta entre os materiais Existe uma interface distinta entre os materiais Normalmente consistem de uma matriz e um reforço Normalmente consistem de uma matriz e um reforço Especificações Especificações – Materiais – Propriedades dos materiais – Geometria do reforço – Concentração – Distribuição – Orientação Classificação Classificação – Fibras, particulados, camadas, etc. Tópicos relacionados Tópicos relacionados – Biocompatibilidade de múltiplos materiais – Partículas pequenas – Reabsorção de compósitos

6 10 Compósitos –Combinação de metais, cerâmicas e polímeros –Preservam as propriedades boas dos componentes e possuem propriedades superiores às de cada componente separado. Fibras de vidroMadeiraConcreto

7 10 Compósitos São materiais que buscam conjugar as propriedades de dois tipos de materiais distintos, para obter um material superior. São materiais que buscam conjugar as propriedades de dois tipos de materiais distintos, para obter um material superior Ti-5Al-2.5Sn epoxi Al 2048 aço 1040 vidro/epoxi Al 2 O 3 /epoxi Carbono/epoxi kevlar/epoxi madeira Resistência específica (mm) Resistência específica: Resistência/densidade Parâmetro crítico em aplicações que exigem materiais fortes e de baixa densidade. Ex: indústria aeroespacial. O custo alto do material é compensado pela economia de combustível obtida na redução de peso.

8 11Compósitos - Biocompatíveis Fibras de carbono Fibras de carbono – Biocompatíveis – Reforçam sistemas poliméricos e cerâmicos – Revestimento superficial de implantes ortopédicos – Substituição de tendões e ligamentos Fibra polimérica Fibra polimérica – Geralmente são de baixa resistência Exceções: Kevlar e UAPMPE Exceções: Kevlar e UAPMPE – Aplicação similar ao carbono – PLA, PGA, e PGLA reforçam polímeros degradáveis Cerâmicos Cerâmicos – Não são resistentes a tração ou cisalhamento, frágeis – Usados normalmente como particulados em outros materiais Vidros Vidros – Fibras de vidro reforçam polímeros – Boas propriedades mecânicas e elétricas – Vidros reabsorvíveis em polímeros reabsorvíveis

9 12 Modificações de Superfície Biocompatibilidade e resposta fisiológica geralmente são baseadas nas interações de superfície Biocompatibilidade e resposta fisiológica geralmente são baseadas nas interações de superfície Modificações superficiais retêm as propriedades do material enquanto a superfície é formada Modificações superficiais retêm as propriedades do material enquanto a superfície é formada Razões: Razões: – Modificação da compatibilidade com o sangue – Influência na adesão e crescimento celular – Controle da adsorção das proteínas – Incremento da lubricidade – Incremento na resistência ao desgaste e a corrosão – Modificação das características elétricas – Alteração nas propriedades de transporte Categorias Categorias – Química ou Fisicamente alteram as moléculas na superfície – Formam revestimento adicional

10 13 Modificações de Superfície Termos relacionados Termos relacionados – Finas modificações superficiais Camadas mais finas possíveis Camadas mais finas possíveis Normalmente camadas mínimas para garantir o recobrimento Normalmente camadas mínimas para garantir o recobrimento Erosão mecânica Erosão mecânica – Resistência a delaminação – Rearranjo da superfície Difusão ou translação Difusão ou translação Métodos Métodos – Reação química Modificação química da superfície Modificação química da superfície – Adesão por radiação - foto adesão Ligações quebram e expõem os monômeros Ligações quebram e expõem os monômeros – Deposição por plasma Reação em fase gasosa Reação em fase gasosa Deposição em camadas Deposição em camadas Livre de porosidade Livre de porosidade Revestindo qquer superfície – excelente adesão Revestindo qquer superfície – excelente adesão

11 14 Modificações de Superfície Métodos (cont.) Métodos (cont.) – Silanização Substituição de grupos funcionais Substituição de grupos funcionais – Implantação por feixe iônico Modificação das propriedades mecânicas da superfície Modificação das propriedades mecânicas da superfície – Deposição Langmuir Blodgett Camadas altamente ordenadas – podem ser entrecruzadas Camadas altamente ordenadas – podem ser entrecruzadas – Monocamadas auto constituídas Formação espontânea Formação espontânea – Aditivos de modificação superficial Materiais que se movem para a superfície Materiais que se movem para a superfície – Revestimentos de conversão Metais para resistência a corrosão Metais para resistência a corrosão – Revestimento com Parylene Polímero evaporado Polímero evaporado – Métodos a Laser Rápidos e com controle elevado Rápidos e com controle elevado

12 Parylene coatings that are completely conformal of uniform thickness and pinhole free. This is achieved by a unique vapor deposition polymerization process. The advantage of this process is that the coating forms from a gaseous monomer without and intermediate liquid stage. As a result, component configurations with sharp edges, points, flat surfaces, crevices or exposed internal surfaces are coated uniformly without voids


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