introdução aos biomateriais-aula2

INTRODUÇÃO AOS BIOMATERIAISINTRODUÇÃO AOS BIOMATERIAIS
Profa. Ms. Helainne T. Girão
II Semana da Química daII Semana da Química da
Faculdade de Educação deFaculdade de Educação de
Crateús – FAEC - UECECrateús – FAEC - UECE
26 a 30 de Agosto de 2013
Universidade Estadual do Ceará

2
Revisando...

O que é um biomaterial?

Por que surgiram?

Quais as áreas que os Biomateriais podem ser estudados nos Materiais? E na Biologia?

Quais as áreas de estudo, que interdisciplinadas, estudam os Biomateriais?

Quais as classes dos Biomateriais?

Lembram de um pouco da História dele?

E as falhas? Por que ocorrem?

Revisando...

Quais as principais características que os biomateriais precisam ter?

Para que eles podem servir? Qual a utilidade deles?

Como podemos fazer a classificação deles?
3

Características dos Biomateriais
Os biomaterias precisam ser:
 Biocompatíveis;
 Bioinertes;
 Bioativos;
 Atóxicos.
4

Utilidade dos Biomateriais
5
 Substituição de parte do corpo;
 Anormalidades (lesão da medula
espinhal);

 Assitir a uma função (marca-passo, stent, catetér);
6

 Assistir à cura (estrutural, sutura, liberação controlada
de fármacos);
7

8
 Técnica de Engenharia
de tecidos
Utilidade dos
Biomateriais


Fios de sutura
9
Utilidade dos
Biomateriais

Classificação dos Biomateriais
 Segundo a natureza de fabricação;
 Segundo resposta do tecido em que serão implantados ;
 Segundo a performance mecânica;
 Segundo a durabilidade mecânica;
 Segundo as propriedades físicas.
10

Técnicas de Caracterizações
 Ópticas;
 Térmicas;
 Mecanicas;
 Elétricas;
11

Seleção de Materiais
 Propriedades Físicas, Químicas e Mecânicas;
 Resistência;
 Módulo Elasticidade, Torsão ou Flexão (↓ Carga- Elastômeros);
 Fadiga (suportar esforços sem provocar trincas - poliuretano,
poliestér e metais em geral);
12

 Rugosidade (Integração Tecido - Implante como Implantes endoósseos
↑);
 Taxa de Permeação;
 Absorção de água - Certos materiais sofrem mudanças drásticas quando
úmido em relação as propriedades vistas anteriormente;
13

 Bioestabilidade ;
 Bioatividade;
 Esterilização – Altera o estado energético da
superfície de um implante, alterando resposta celular
(Polímero – Raios Gama)
14

Processamento dos materiais
15

Classificação das Biocerâmicas
16
Tipo de Biocerâmica Interações com
tecidos
Exemplo
s
INERTE
Não há interações químicas
nem biológicas
Alumina
POROSOS
Ocorre o crescimento interno
dos tecidos através dos poros
Aluminatos e
HAP porosas
BIOATIVOS
Ocorre uma forte ligação na
interfase osso-implante
Biovidros,
HAP e Vitro-
Cerâmicas
REABSORVÍVEIS
São degradadas e substituídas
pelos tecidos
Fosfatos
Tricálcio

Materiais Naturais
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 Colágeno
– Proteína animal fibrosa;
– Função estrutural (presente em tendões, ossos,
vossos sangüíneo, intestino e cartilagem, etc);
– Corresponde a 30% da massa protéica total dos
mamíferos;
– Possui aproximadamente 3042 resíduos de
aminoácidos.

Materiais Naturais
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 QUITOSANA
– A quitosana é um polímero obtido a partir da N-
desacetilação da quitina. Esse biopolímero é o componente
estrutural da casca de crustáceos, insetos, moluscos e é
encontrado em células de alguns microrganismos.
– Aplicações
• Agente de Preenchimento Biológico;
• Sistemas de Liberação de Drogas;
• A quitosana e seus derivados tem sido explorados como
membranas para hemodiálise;

Propriedades dos Materiais

Característica de um material expressa em termo de resposta medida por um estímulo específico na qual é imposto.
19

1. Ópticas :
Usa como estimulo a radiação eletromagnética ou luminosa, ocasionando índice de refração e refletividade;
Tipos de meios:

Transparente;

Translúcidos;

Opacos.
21

2. Elétricas:
O campo elétrico é estimulo para a condutividade elétrica e a constante dielétrica.
A taxa de aplicação e duração da aplicação do campo Elétrico depende da espessura e geometria da amostra.
24

25
Cerâmicas 60 Hz 1 MHz
Cerâmicas a base de Titanatos - 15 – 10000
Mica - 5,4 - 8,7
Sílica Fundida 4,0 3,8
Porcelana 6,0 6,0
Polietileno 2,3 2,3
Nylon 6,0 6,0
Hidroxiapatite - 5,8 (filme)

26
 Outras Características Elétricas dos Materiais:
 Ferroeletricidade
– Definição: Materiais dielétricos
com polarização espontânea,
isto é, polarização na ausência
de campo.
– Ex. BaTiO3 (Perovskita)
– OBS: Acima de 127ºC, torna-se cúbica
Tc

27
 Piezeletricidade
Quando determinado material é induzido a
polarização e um campo elétrico é estabelecido
através de uma amostra pela aplicação de forças
externas.

28
 Magnetismo
– Fenômeno, segundo a qual os materiais impõe uma
força ou influência atrativa ou repulsiva sobre
outros materiais.
 Dipolos Magnéticos
– As forças magnéticas são geradas pelos
movimentos de partículas carregadas
eletricamente.

30
 As propriedades magnéticas macroscópicas dos materiais são uma
consequência dos momentos magnéticos que estão associados aos
e-
individuais.
 Momento magnético líquido de um átomo é a soma dos
momentos magnéticos de cada um dos seus elétrons constituintes.
 OBS: Átomos que possuem camadas eletrônicas totalmente preenchidas não
são capazes de serem magnetizados permanentemente . (Ex.: gases inertes
como He, Ne, Ar, etc..

Propriedades dos Materiais:
Tipos de Magnetismo
31
 Diamagnetismo:
Forma muito fraca de magnetismo que é não
permanente e que persiste somente enquanto um
campo externo está sendo aplicado.;
 Paramagnetismo: Uma forma relativamente fraca de
magnetismo que resulta do alinhamento independente
dos dipolos atômicos.

32
 Ferromagnetismo:
Materiais metálicos possuem momento magnético
permanente na ausência de campo externo, manifestando
magnetizações muito grandes e permanentes.
H = 0
OBS: Materiais dia e paramagnéticos são
considerados não-magnéticos, pois exibem
magnetização só quando se encontram em
presença de campo externo.

33
Representa em termos de Capacidade Calorífica e
condutividade Térmica;
Entende-se como a resposta de um material à
aplicação de calor.
Calor
T α

34
 Capacidade Calorífica
Propriedade que serve como indicativo da habilidade
de um determinado material tem para absorver na sua
vizinhança.
dT
dQ
C = Energia exigida para produzir
uma variação de temperatura
Cal / mol.K
ou J / mol.K
OBS: Por unidade de massa representa o calor específico (J / Kg.K)

35
Material Resistência a
Flexão (MPa)
Modulo de Elasticidade (GPa)
ZrO2 800 - 1500 205
Vitro Cerâmicos 247 120
Sílica Fundida 110 73
Vidro de Cal de
Soda
69 69
Esmalte Dente 70 14
Osso 150 20
HAP 100 10
Tabela de Resistência a Flexão e Módulo de
Elasticidade

Exemplos de caracterizações das
amostras.
36
Hidroxiapatita
Ca10(PO4)6(OH)2
Gráfico HAP e
HAP Comercial

amostras.
37 Micrografias de HAP

amostras.
38
Intensida
Energia (Kev)

amostras.
39

Testes “in vitro” e “in vivo”
 Testes “in vitro”
 Tipo de resposta da interface tecido-material;
 Imersão do material num meio acelular
 Composição idêntica à do plasma humano
 Imersão do material num meio celular
40

 Testes Biológicos
 OBS: Ambas com condições rigorosamente
controladas e apenas determinam se o
material é ou não potencialmente bioativo.
 Os pontos acima indicados são estudados
através de técnicas como a microscopia
eletrônica (SEM)
41

 Testes “In Vivo”
 São fundamentais, uma vez que a
bioatividade, isto é, capacidade que o
material tem para induzir a precipitação de
estruturas apatíticas à sua superfície, só é
confirmada através deles.
42

 Testes em Coelhos da Raça New Zaeland
 Massa Corpórea: 2,5 Kg
 Perfuração do Fêmur: 1,6 mm de Ø por 3,3 mm
‡
 Irrigação: Soro Fisiológico;
 Ao furo foi adicionado HA misturado ao sangue
do animal
43

Testes “in vivo” e “in vitro”
 Fechou-se o local com a pele do animal e suturou-
se;
 Tratamento Pós Operatório:
 O animal foi submetido a tratamento com
penicilina, subcutânea de Flunixin Meglumina
durante 3 dias e Rifamicina para cicatrização;
 Não houve restrições na mobilidade do animal no
período pós-cirúrgico.
44

Testes “in vivo” e “in vitro”
 O dia de implantação da amostra foi considerado
como dia zero ;
 Após 30 dias, o fêmur foi extraído e colocado em
solução de formol 10 % antes de iniciar sua
preparação para a análise histológica.
45

Micrografias dos Ensaios Histológicos
46

Conclusões dos estudos “in vivo”
 A análise de bioatividade mostra que todas as amostras
implantadas nos coelhos podem ser consideradas
biocompatíveis, já que são consideradas não tóxicas e não
causam inflamação e rejeitos na parte do animal, durante o
período de implantação;
 As amostras implantadas nos coelhos apresentam nova
formação do tecido ósseo com a presença de células osteocítas.
47

Sites interessantes
 http://www.materiais.ufc.br/ - Eng. de Materiais
 www.fisica.ufc.br/
 http://www.ppgeti.ufc.br/ - Eng. De Teleinformática
 www.deq.ufc.br/deq/deq_ppgeq_programa.php - Eng. Química
 www.pgquim.ufc.br – Química
 www.ppgo.ufc.br – Odontologia
 www.bioquimica.ufc.br – Bioquímica
 www.ppgb.ufc.br – Boitecnologia
 www.labomar.ufc.br – Ciencias Marinhas Tropicais – Labomar
 www.fitotecnia.ufc.br – Agronomia: Fitotecnia
 www.solos.ufc.br – Agronomia: Solos e Nutrição de Plantas
48

Bibliografia
 http://ocw.mit.edu/courses/materials-science-and-engineering/3-051j-materials-for-biomedical-applications-
spring-2006/lecture-notes/lecture1.pdf
 http://www.uweb.engr.washington.edu/research/tutorials/introbiomat.html
 Ferreira Junior, L. D, Desenvolvimento e Aplicações de
biocerâmicas, Apresentação no Power Point, UFC, Fortaleza, 2007.
 Luiz Henrique Catalani, Introdução à ciência dos biomateriais, Apresentação em PDF, USP, São Paulo.
 Silva, C.C, Introdução aos Biomateriais, Apresentação no Power Point, UFC, Fortaleza, 2007.
 http://www.scielo.br/pdf/po/v15n1/24189.pdf
 A
49

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