 Universidade Federal do
Paraná
 Setor de Tecnologia
 Depto de Engenharia Química
 Prof. Dr. Mário José Dallavalli
BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICA
TQ-064
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
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
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
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
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
10 Compósitos
São materiais que buscam conjugar as propriedades de dois tipos de materiais
distintos, para obter um material superior.
Resistência específica:
120
Resistência/densidade
100
Parâmetro crítico em
aplicações que exigem
materiais fortes e de
baixa densidade.
0
madeira
kevlar/epoxi
Carbono/epoxi
Al2O3/epoxi
vidro/epoxi
20
epoxi
40
Al 2048
60
Ti-5Al-2.5Sn
80
aço 1040
Resistência específica (mm)

Ex: indústria
aeroespacial. O custo
alto do material é
compensado pela
economia de
combustível obtida na
redução de peso.
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
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
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
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
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