BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICA TQ-064

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

2. 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 – Proteínas>Polissacarídeos>Colágeno • 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

3. 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 GAG’s – 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. 120 100 80 60 Resistência específica (mm) Ti-5Al-2.5Sn 40 kevlar/epoxi Carbono/epoxi vidro/epoxi madeira Al 2048 aço 1040 Al2O3/epoxi 20 epoxi 0 10 Compósitos • São materiais que buscam conjugar as propriedades de dois tipos de materiais distintos, para obter um material superior. Resistência específica: Resistência/densidade Parâmetro 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

9. 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

12. 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