1 Cerâmicos e Vidros Várias composições: materiais não metálicos/inorgânicos combinação de metais e não metais ligações covalentes e iónicas APLICAÇÕES BIOMÉDICAS: lentes intraoculares fibras ópticas para endoscopia Transportadores porosos para biomoléculas (inertes e resistentes quimicamente)  vidros porosos insolúveis: transportadores de enzimas, anticorpos (resistentes a micróbios, variações de pH, temperatura) Aplicações dentárias (coroas) implantes instrumentos de diagnóstico, termómetros,

2 Propriedades dos cerâmicos: Propriedades: -Resist à oxidação -Não condutores -Elevadas T de fusão -Frágeis e duros

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4 BIOCERÂMICOS reparam ou substituem tecidos de ligação entre próteses e esqueleto mecanismo de ligação do tecido depende da resposta da interface/implante 4 tipos de resposta da ligação tecido/implante 4 modos de ligação prótese/esqueleto A reactividade do implante está relacionada com a espessura da interface. Fractura ocorre na interface

5 quase inerte - interface não está ligada nem quimica nem biologicamente cápsula fibrosa deterioração do implante Ex: Al 2 O 3 - tecido pouco espesso (fibroso) na interface; implante “justo” se for submetido a compressão funciona bem se for submetido a compressão e movimento a cápsula não se ajusta e o implante fica largo microporosos inertes- crescimento de tecido nos poros ou no implante (fixação biológica) resistente  poros> 50 a 150  m -permite a passagem do sangue e o crescimento do tecido  metal poroso  elevada área de superfície  corrosão  revestir c/ cerâmico bioactivo - hidroxiapatite (HA)  poros  menor resistência mecânica

6 substituição (resorbable) - degradam-se gradualmente e são substítuidos pelo tecido natural  solução óptima Velocidade de degradação e velocidade de crescimento do tecido devem ser iguais complicações : manutenção da resistência e estabilidade da interface durante o período de degradação e substituição Ex: suturas; fosfato tricálcico bioactivos - intermédios entre bioinertes e de substituição; formam-se ligações entre o tecido e o implante Ex: biovidros, biovidros-cerâmicos, HA densa, compósitos bioactivos HA-polietileno

7 CERÂMICOS CRISTALINOS QUASE INERTES Alumina muito densa; elevada pureza (>99.5%) processamento – pulverometalurgia (grão fino) resistência à corrosão elevada biocompatibilidade - formação de cápsula fina elevada resistência ao desgaste boa resistência mecânica, ao impacto e fadiga Usada em próteses anca, joelhos, para fusos e reconstrução do osso

8 Zircónia usada na articulação da prótese da anca baixo módulo Young elevada resistência mecânica -Poros actuam como fissuras ou iniciadores de fissuras -corais – (templates) ideais para fazerem rede conecta de material poroso -Cerâmicos porosos - osso cresce nos poros -usados em aplicações que não necessitam suportar cargas elevadas : Ex: TiO2, fosfato de cálcio, HA porosa poros>100 mm  osso cresce e mantém vascularidade poros  menor resist. mecânica CERÂMICOS POROSOS

9 na superfície forma-se camada de HA carbonatada Vantagem: desenvole-se interface que resiste a esforços mecânicas composição  menos que 60%SiO2  elevado Na 2 O e CaO  Elevado CaO/P 2 O 5 ligam-se directamente com o osso ou c/ tecidos - interface aderente c/ tecidos, enquanto que vidro normal forma cápsula vidros activos: SiO 2, Na 2 O, CaO e P 2 O 5 Cerâmicos bioactivos - Vidros bioactivos e vitro-cerâmicos

10 Fosfatos de cálcio: bioactivos ou de substituição

11 Cerâmicos Cerâmicos-fosfato de cálcio utilizações: implantes dentários, cirurgia maxilofacial T=37ºC forma-se HA por reacção c/água resist.à tracção  t resist.à compressão  c dependem da porosidade resist.à fadiga V=volume de poros  c =700exp(-5V)  t =220exp(-20V) baixa resistência mecânica Tri-fosfato de cálcio – revestimentos

12 Carbonos: -Usados em revestimentos, fibras e carbono pirolítico -Elevada resist mecânica -Responsáveis por aumento da tenacidade à fractura de cerâmicos -Boa resist à fadiga -Boa resist ao desgaste -Fibras de C usadas para reforçar polímeros (resinas epoxídicas e fenólicas

13 MATERIAIS NATURAIS não têm problemas de toxicidade colagénio = proteína (pele, cartilagens) elastina = proteína menos solúvel no corpo (est. 3D; cross-link) Similar or identical to materials in the body Reduced toxicity and inflammation Functional at molecular level Can be highly immunogenic – Proteins>Polysaccharides>Collagen Complexity can make manipulation difficult Can be degraded naturally Manufacturing difficult since damaged or destroyed at relatively low temp (doesn’t melt) Variability between batches, tissues, and species

14 Natural Materials Most commonly derived from ECM of connective tissues – Bone, tendons, skin, blood vessels (composites) Natural Polymers in Use – Proteins Silk, Keratin, Collagen, Gelatin, Fibrinogen, Elastin, Actin, Myosin – Polysaccharides Cellulose, amylose, dextran, chitin, glycosaminoglycans – DNA, RNA

15 Natural Materials: Collagen most common – Triple helix – Two levels of crystallinity – Can be chemically modified to speed or slow degradation or to reduce immunogenicity – Applications Sutures Hemostatic agents (blood sponges) Blood vessels Heart valves Tendon, ligament Artificial skin Nerve and cartilage regeneration Drug delivery systems Glycosaminoglycans (GAG) – Most commony is hyaluronic acid (HA) – Form long chain polymers that form viscous gels – Often condensed with collagens – Used as lens and regeneration templates