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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7 Materiais Naturais

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

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8 Materiais Naturais

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

4
9 Materiais Naturais

• Colágenos são os mais comuns
• Dois níveis de cristalinidade
• Podem ser quimicamente modificados para
  degradação rápida ou lenta ou para
  Imunogenicidade reduzida
• Aplicações
• Suturas
• Agentes hemostáticos (esponjas p/sangue)
• Vasos sanguíneos
• Válvulas cardíacas
• Tendões e ligamentos
• Pele artificial
• Regeneração de nervos e cartilagens
• Sistemas para liberação de medicamentos
• Glicosaminoglicanos GAGs
• Mais comum é o ácido 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

5
10 Compósitos

• Consistem na associação de dois ou mais
  materiais distintos
• Geralmente em escala macro
• Existe uma interface distinta entre os
  materiais
• Normalmente consistem de uma matriz e um
  reforço
• Especificações
• Materiais
• Propriedades dos materiais
• Geometria do reforço
• Concentração
• Distribuição
• Orientação
• Classificação
• Fibras, particulados, camadas, etc.
• 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 vidro Madeira Concreto
7
10 Compósitos

• São materiais que buscam conjugar as propriedades
  de dois tipos de materiais distintos, para obter
  um material superior.

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

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12 Modificações 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
• 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
• Química ou Fisicamente alteram as moléculas na
  superfície
• Formam revestimento adicional

10
13 Modificações de Superfície

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

11
14 Modificações de Superfície

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

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• 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