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

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

2 1 Cerâmicos e Vidros Materiais inorgânicos/não metálicos Materiais inorgânicos/não metálicos Aplicações médicas Aplicações médicas – Óculos – Utensílios domésticos, etc. – Fibra óptica para biosensores e endoscópios – Suportes porosos para biomoléculas Naturalmente inertes e quimicamente resistentes Naturalmente inertes e quimicamente resistentes – Cerâmicas usadas em odontologia, para dentaduras e coroas – Implantes Geralmente utilizados para reparo em tecidos conectivos duros do esqueleto Geralmente utilizados para reparo em tecidos conectivos duros do esqueleto Requerem cimentos/adesivos estáveis Requerem cimentos/adesivos estáveis

3 2 Interações de Ossos com Biocerâmicos Resposta dos tecidos aos implantes Resposta dos tecidos aos implantes – Toxicidade: Morte do tecido – Inertes: Formação de cápsulas – Bioativo: Formação de ligação interfacial – Ex.: Osteointegração – Dissolução: Substituição por tecido Biocerâmicos – Fixação aos tecidos Biocerâmicos – Fixação aos tecidos – Denso (não poroso) e inerte: osso cresce nas irregularidades da superfície (press fit), cimentação (fixação morfológica) – Movimento relativo e cápsula causam falha – Poroso e inerte: crescimento ósseo conecta mecanicamente os materiais (fixação biológica) – Mais estável, estruturalmente fraco (rachaduras de corrosão), melhores como revestimento, – Denso, não poroso e com superfície reativa: ligação química ao osso (fixação bioativa) – Superfície ativa, biovidros, HA, e compósitos – Densos, não porosos e reabsorvíveis: substituição lenta pelo osso – Taxa de reabsorção, metabólicos (fosfato tricálcico)

4 3 Propriedades dos Materiais Cerâmicos Composição e Características básicas Composição e Características básicas Vem do grego keramikos que significa material queimado, indicando a necessidade de tratamento térmico para adequar as propriedades. Vem do grego keramikos que significa material queimado, indicando a necessidade de tratamento térmico para adequar as propriedades. Ligação atômica essencialmente iônica entre metais e não metais. Ligação atômica essencialmente iônica entre metais e não metais. Menos densas do que metais. Menos densas do que metais. Cerâmicas tradicionais Cerâmicas tradicionais –barro, argila, porcelanas, tijolos, ladrilhos e vidros Cerâmicas avançadas Cerâmicas avançadas –Utilizadas em inúmeras aplicações tecnológicas tais como encapsulamento de chips, isolamento térmico do ônibus espacial, revestimento de peças, e Biomateriais.

5 3 Propriedades dos Materiais Cerâmicos (cont.) BaTiO 3 Estruturas

6 A genealogia das cerâmicas Vidros Argilas RefratáriosAbrasivos Cimentos Avançadas Vidros cerâmicos Estru- turais Porce- lana Argilas Queimadas SílicaBásicaEspecial Materiais cerâmicos

7 4 Cerâmicos e Vidros Microestrutura Microestrutura – Numero de fases – Percentagem das fases – Distribuição das fases – Tamanho das fases – Conectividade das fases Estado de Fase Estado de Fase – Estrutura cristalina – Defeito estrutural – Estrutura amorfa – Estrutura porosa Superfície Superfície – Rugosidade superficial – Acabamento – Composição – Fase secundária – Porosidade Forma e processamento Forma e processamento

8 4 Cerâmicas e Vidros (cont.) Cerâmicas inertes Cerâmicas inertes – Alumina ou Safira - Al2O3 Resistentes à corrosão, a esforços mecânicos, biocompatíveis e resistentes ao desgaste Resistentes à corrosão, a esforços mecânicos, biocompatíveis e resistentes ao desgaste Requerida alta pureza e granulometria fina e consistente Requerida alta pureza e granulometria fina e consistente Usados em implantes de quadril basicamente Usados em implantes de quadril basicamente Também usada no joelho, parafusos e reconstrução óssea. Também usada no joelho, parafusos e reconstrução óssea. – ZrO 2 Zircônia Alta resistência mecânica e baixo modulo de elasticidade Alta resistência mecânica e baixo modulo de elasticidade Implantes de articuláveis de quadril Implantes de articuláveis de quadril Cerâmicas porosas Cerâmicas porosas – Corais (como moldes) – Al 2 O 3, TiO 2, CaCO 3, Ca x P y – Mais fracos estruturalmente

9 Vidros Misturas de SiO 2 com Na 2 O e CaO Misturas de SiO 2 com Na 2 O e CaO Quando utilizados em ótica, deve-se ter especial cuidado na eliminação de poros. Isto implica no controle da viscosidade na fase líquida. Quando utilizados em ótica, deve-se ter especial cuidado na eliminação de poros. Isto implica no controle da viscosidade na fase líquida. vidro fundido molde ar comprimido placa de vidro queimador vidro fundido

10 5 Vidros Bioativos Tipicamente, a superfície forma camada de hidroxiapatita carbonatada (HA) Tipicamente, a superfície forma camada de hidroxiapatita carbonatada (HA) Composição – altamente reativa Composição – altamente reativa –SiO 2 menos de 60% –Na 2 O e CaO em níveis elevados –CaO/P 2 O 5 Relação elevada Osso formado diretamente sobre Osso Osso formado diretamente sobre Osso – Também em alguns tecidos moles e colágenos Vidro normal forma cápsulas Vidro normal forma cápsulas Também vidros bioreabsorvíveis Também vidros bioreabsorvíveis Usado tipicamente como repositórios de ossos Usado tipicamente como repositórios de ossos

11 6 Fosfato de Cálcio Hidroxiapatita (HA) Hidroxiapatita (HA) – Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) Mineral idêntico ao encontrado nos ossos Mineral idêntico ao encontrado nos ossos Fraco em resposta sob tensão mecânica Fraco em resposta sob tensão mecânica Usado inicialmente como pó, pequenos implantes sem carga, revestimentos, implantes porosos para crescimento ósseo Usado inicialmente como pó, pequenos implantes sem carga, revestimentos, implantes porosos para crescimento ósseo Material aplicável para engenharia do tecido ósseo Material aplicável para engenharia do tecido ósseo Pode facilmente ser degradado se as condições forem favoráveis Pode facilmente ser degradado se as condições forem favoráveis – pH, ataque Químico, fagocitose HA pura degrada rapidamente HA pura degrada rapidamente


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