OS BIOMATERIAIS.

Apresentação em tema: "OS BIOMATERIAIS."— Transcrição da apresentação:

1 OS BIOMATERIAIS

2 O que são? São substâncias ou misturas de substâncias, de origem sintética ou natural que estão em contacto com tecidos e/ou fluidos biológicos. Por isso devem ser/são: Biocompatíveis, isto é: 1) Não tóxicos; 2) Não promovem reacções imunológicas nem alérgicas; 3) Não causam cancros.

3 Porque surgiram? Melhorar a qualidade de vida
Aumentar a longevidade e o conforto

4 Biomateriais como resultado da interacção de várias ciências
Física Biologia Química Eng. Materiais Eng. Química

5 Para que servem? Os biomateriais têm actualmente funcões:
Prostéticas (substituir partes do corpo ou orgãos) Diagnósticas (ajudar na determinação de anomalias, experiências) Terapêuticas (ajudar na cicatrização, tratamento) Armazenamento (guardar substâncias)

6 Estudo dos biomateriais
Propriedades mecânicas Propriedades térmicas Propriedades da superfície Propriedades eléctricas

7 Classificação dos biomateriais
Os biomateriais podem ser classificados segundo: Natureza Metais Cerâmicos Polímeros Compósitos

8 Classificação dos biomateriais
Resposta do tecido Bioinertes Bioactivos Bioabsorvíveis

9 Classificação dos biomateriais
Bioinertes: não interagem ou interagem minimamente com o tecido circundante. Formação de uma cápsula fibrosa à volta do implante. Bioactivos: interagem com o tecido circundante. Bioabsorvíveis: incorporam-se nos tecidos e dissolvem-se completamente passado algum tempo.

10 Biomateriais metálicos
Os metais são materiais formados por apenas um elemento e apresentam uma estrutura geométrica bem definida. Na ligação metálica , os electrões de valência movem-se entre os iões formando ligações não direccionais bastante fortes.

11 Biomateriais metálicos -propriedades
Devido ao tipo de ligação química, estes biomateriais apresentam: Pontos de fusão altos; Dureza elevada; Elevada condutividade eléctrica e térmica; Deformação plástica; Reactividade química

12 Corrosão Alguns metais podem sofrer corrosão electroquímica num ambiente in vivo. Corrosão é a deteriorização dos materiais pela acção química ou electroquímica do meio. O meio corrosivo são os fluidos corporais porque contêm água, oxigénio dissolvido, proteínas e alguns iões.

13 Exemplos de biomateriais metálicos
Aço inoxidável: Actualmente o mais utilizado no fabrico de implantes. Uma liga de Fe-Cr-Ni. Pode conter outros metais Não sofre corrosão em contacto com o O2 porque se forma uma película aderente de Cr2O3. Em zonas de grande tensão e na ausência de O2 pode sofrer corrosão. Recorre-se à anodização e passivação.

14 Exemplos de biomateriais metálicos
Ligas de Titânio-Níquel (TiNi): Possuem grande resistência à corrosão; Comportamento termoelástico: podem voltar a apresentar a forma original se, após terem sido deformadas forem submetidos a aumentos de temperatura (shape memory effect); Superelasticidade:

15 Superelasticidade Tensão Aço Inoxidável TiNi Esforço Posição contínua

16 Biomateriais Cerâmicos
Compostos, maioritariamente inorgânicos, policristalinos e refractários. Resultam da ligação entre um metal e um não metal. Podem estabelecer ligações iónicas: Forças electrostáticas bastante fortes; Estabelecem-se entre um ião positivo (proveniente de um átomo metálico) e um ião negativo (proveniente de um átomo não metálico); Nos sólidos iónicos, os iões positivos estão rodeados de iões negativos, e vice versa, para reduzir a repulsão entre iões do mesmo sinal

17 Exemplos de alguns cristais iónicos
CsCl CaF2 NaCl

18 Biomateriais cerâmicos
Devido ao tipo de ligação química, estes biomateriais apresentam: Pontos de fusão altos; Pontos de ebulição altos; Dureza elevada; Facilidade em quebrar; Baixa condutividade eléctrica e térmica; Baixa reactividade química.

19 Deformação plástica Traduz a capacidade que os cristais têm em rearranjar-se quando submetidos a forças que provocam o deslizamento dos planos de átomos

20 Exemplos de biomateriais cerâmicos
Hidroxiapatite (Ca10(PO4)6(OH)2): Sintetizado e usado no fabrico de implantes e superfícies para outros implantes; Componente principal da fase mineral do osso; Bioactivo – induz uma actividade biológica específica; Porosa – o crescimento dos tecidos efectua-se por entre os poros; Degradação bastante lenta;

21 Biomateriais compósitos
Sólidos heterogéneos constituídos por dois ou mais constituintes ou fases. Como as propriedades dos materiais dependem da sua estrutura, é possível, em compósitos, controlar a sua estrutura para que tenham as propriedades desejadas;

22 Biomateriais compósitos
Para a maioria das suas aplicações, estes materiais apresentam: Elevada resistência e rigidez; Grande capacidade de amortecimento; Baixo coeficiente de expansão térmica; Resistência a temperaturas extremas, corrosão e desgaste.

23 Tipos de biocompósitos
Fibrosos (fibras incorporadas numa matriz polimérica) Porosos (uma das fases são os espaços vazios) Biocompósitos

24 Exemplos de biomateriais compósitos
fibrosos porosos Fibras de carbono em polietileno de alta densidade (substituição do joelho) Fibras de carbono numa matriz de polisulfona e PEEK (substiuição dos metais) Hidroxiapatite (implantes ósseos) Poliuretano (aplicações em tecidos moles) Polipropileno (ligamentos artificiais)

25 Biomateriais poliméricos
Cadeias muito longas de moléculas (monómeros) que se ligam entre si por ligações covalentes. Ligações primárias (intramoleculares) Ligação covalente: Estabelece-se quando há partilha de electrões de valência entre os átomos; Geralmente ocorre entre não metais.

26 Biomateriais poliméricos
As reacções de polimerização podem ser: Adição: monómeros insaturados que reagem entre si passando por várias etapas: iniciação, propagação e terminação. R• + M → RM• RM• + M → RMM• RMnM• + R• (RM•) → RMn+1R Iniciação Propagação Terminação

27 Biomateriais poliméricos
- Condensação: remoção de uma molécula de água, ácido clorídrico, metanol ou dióxido de carbono. R-NH2 + R’COOH → R’CONHR + H2O Nota: o método de polimerização afecta o tipo de polímero obtido As cadeias poliméricas podem ser: Lineares Ramificadas Ligações cruzadas Dependendo do número de ligações activas nos monómeros

28 Biomateriais poliméricos
-Polímeros obtidos por adição -Polímeros obtidos por condensação: copolímeros Polímeros Homopolímeros Copolímeros Aleatórios Alternados blocos Cristalinos Amorfos

29 Biomateriais poliméricos
- Ligações secundárias (intermoleculares) Forças de van der Waals Forças por pontes de hidrogénio Forças ião-dipolo Dipolo-dipolo Dipolo-dipolo induzido Forças de dispersão de London

30 Propriedades dos polímeros
As propriedades dos polímeros dependem: Peso molecular do polímero; Distribuição do peso molecular na cadeia; Tipo de monómeros. Vantagens do uso de polímeros em relação aos outros biomateriais Facilmente processados; - Propriedades físicas e mecânicas desejadas; Formas variadas; Economicamente acessíveis.

31 Exemplos de biomateriais poliméricos
PMMA (polimetilmetacrilato) Linear, amorfo e hidrofóbico Vítreo à temperatura ambiente Duro; Estável; Resistente a soluções inorgânicas Transmite bem a luz; Pode ser facilmente trabalhado, moldado Utilizado em lentes intraoculares, lentes rígidas, dentaduras, prótese maxilofaciais, cola para unir as próteses ao osso.

32 Exemplos de biomateriais poliméricos
PP (polipropileno) Elevada rigidez; Boa resistência química; Pode suportar forças elevadas de tracção; Alguns antioxidantes, estabilizadores de luz, agentes nucleadores podem ser usados para melhorar as propriedades físicas do polímero; Utilizadas para seringas hipodérmicas descartáveis, membranas oxigenadoras, embalagens de materiais, soluções e drogas, enxertos vasculares ...

33 Polímeros biodegradáveis
Materiais poliméricos que quando em contacto com organismos vivos, começam a degradar-se devido a mecanismos electrolíticos ou enzimáticos. Vantagens dos polímeros biodegradáveis em biomateriais São absorvidos pelo corpo humano; Não deixam vestígios de resíduos nos sitios onde foram implantados; Não é necessário fazer uma segunda cirurgia para o remover; São capazes de regenerar tecidos através das suas interacções com as células imunológicas (macrófagos)

34 Polímeros biodegradáveis
1) Polímeros naturais: são produzidos por plantas, animais e microorganismos através de reacções químicas. São exemplos:Proteínas, Hidratos de carbono, Poliésteres (bactérias). São biodegradáveis e a sua estrutura química difere da dos polímeros sintéticos: quase sempre têm oxigénio e azoto na cadeia polimérica enquanto que muitos dos polímeros sintéticos contêm carbono o que os torna dificeis de degradar

35 Polímeros biodegradáveis
2) Polímeros sintéticos: provêm de monómeros que existem na natureza mas que não são produzidos pelos seres vivos. Têm, no entanto propriedades de biopolímeros e são biodegradáveis. Aplicações dos polímeros biodegradáveis Implantes em que há regeneração dos tecidos; Cicatrização (suturas e agrafos); Artigos de fixação ortopédicos (parafusos...);

36 Exemplos de polímeros biodegradáveis
PGA (Ácido poliglicólico) Poliéster alifático linear; Monómero sintetizado a partir da dimerização do ácido glicólico; Altamente cristalino; Elevado peso molecular; Não é solúvel em solventes orgânicos Suas fibras têm forças e resistências elevadas; São completamente absorvidas entre 4-6 meses; Pode ser copolimerizado com outros monómeros para reduzir a rigidez.

37 Plásticos: matérias primas não renováveis vs matérias primas renováveis
Polímeros Os plásticos são utilizados em todas as áreas na sociedade porque são versáteis, baixo custo e desempenham boas performances Plásticos Termoplásticos

38 Nos últimos anos o uso de plásticos aumentou bastante e tornou-se inevitável estudar o impacto ambiental: Preocupações: 1) Uma vez que as fontes de matérias primas utilizadas para produzir plásticos estão a escassear, como resolver o problema? 2) O que fazer aos plásticos quando deixam de ser úteis?

39 A solução é recorrer a fontes de energia e de matérias primas renováveis: energia solar, eólica, geotérmica, hidroeléctrica e biomassa. Os plásticos produzidos a partir da biomassa (matéria gerada devido ao crescimento de organismos vivos- plantas, animais e microorganismos) poderiam ser decompostos por uma processo que controla a decomposição microbiana do material biodegradável e a formação de dióxido de carbono, água, minerais e humus.