Biomateriais e Biomec

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Universidade Federal do Paraná Setor de
Tecnologia Depto de Engenharia Química Prof. Dr.
Mário José Dallavalli
BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICATQ-064
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1 Cerâmicos e Vidros

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

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2 Interações de Ossos com Biocerâmicos

• 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
• 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)

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3 Propriedades dos Materiais Cerâmicos

• Composição e Características básicas
• 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.
• Menos densas do que metais.
• Cerâmicas tradicionais
• barro, argila, porcelanas, tijolos, ladrilhos e
  vidros
• Cerâmicas avançadas
• Utilizadas em inúmeras aplicações tecnológicas
  tais como encapsulamento de chips, isolamento
  térmico do ônibus espacial, revestimento de
  peças, e Biomateriais.

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3 Propriedades dos Materiais Cerâmicos (cont.)
Estruturas
BaTiO3
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A genealogia das cerâmicas
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4 Cerâmicos e Vidros

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

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4 Cerâmicas e Vidros (cont.)

• Cerâmicas inertes
• Alumina ou Safira - Al2O3
• Resistentes à corrosão, a esforços mecânicos,
  biocompatíveis e resistentes ao desgaste
• Requerida alta pureza e granulometria fina e
  consistente
• Usados em implantes de quadril basicamente
• Também usada no joelho, parafusos e
  reconstrução óssea.
• ZrO2 Zircônia
• Alta resistência mecânica e baixo modulo de
  elasticidade
• Implantes de articuláveis de quadril
• Cerâmicas porosas
• Corais (como moldes)
• Al2O3, TiO2, CaCO3, CaxPy
• Mais fracos estruturalmente

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Vidros

• Misturas de SiO2 com Na2O e CaO
• Quando utilizados em ótica, deve-se ter especial
  cuidado na eliminação de poros. Isto implica no
  controle da viscosidade na fase líquida.

vidro fundido
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5 Vidros Bioativos

• Tipicamente, a superfície forma camada de
  hidroxiapatita carbonatada (HA)
• Composição altamente reativa
• SiO2 menos de 60
• Na2O e CaO em níveis elevados
• CaO/P2O5 Relação elevada
• Osso formado diretamente sobre Osso
• Também em alguns tecidos moles e colágenos
• Vidro normal forma cápsulas
• Também vidros bioreabsorvíveis
• Usado tipicamente como repositórios de ossos

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6 Fosfato de Cálcio

• Hidroxiapatita (HA)
• Ca10(PO4)6(OH)
• Mineral idêntico ao encontrado nos ossos
• Fraco em resposta sob tensão mecânica
• Usado inicialmente como pó, pequenos implantes
  sem carga, revestimentos, implantes porosos para
  crescimento ósseo
• Material aplicável para engenharia do tecido
  ósseo
• Pode facilmente ser degradado se as condições
  forem favoráveis
• pH, ataque Químico, fagocitose
• HA pura degrada rapidamente