TÍTULO E OBJETIVO
TÍTULO
Caracterização de filmes duros de carbono amorfo DLC depositados em
biomateriais empregados em próteses ortopédicas .
OBJETIVO
►Prolongar a vida útil da prótese do quadril .
►Caracterização físico-química, mecânica e tribológica do conjunto filme/substrato.
PAR DE ATRITO
Articulação coxo
femoral
Região onde deve
ocorrer a substituição da
cabeça do fêmur quando
comprometida .
SUBSTITUIÇÃO DE ARTICULAÇÃO
Prótese total de fêmur
apresentando cabeça
intercambiável
Taça acetabular – UHMWPE
Esfera – CoCrMo
Haste Cimentada - CoCrMo
RESUMO
-
Com base em resultados obtidos anteriormente , é possível salientar
que os filmes de carbono amorfo diamond like carbon “DLC”
depositados no metal/liga metálica/cerâmica podem ser utilizados
para a melhoria das propriedades tribológicas dos pares “polietilenometal/liga metálica/ cerâmica” com o fim de aplicação nos
biomateriais.
-
O desgaste do polietileno de alto peso molecular e, em conseqüência
as partículas geradas , provocam não só a destruição de sua
superfície , mas também a ocorrência de osteólise com a perda da
capacidade asséptica da articulação artificial vindo a limitar o tempo
da sua vida útil.
-
É por esta razão, o interesse considerável em novos filmes DLC sem
hidrogênio ou com baixo teor os quais depositados no polietileno irão
levar ao aperfeiçoamento na solução deste problema, pois só as
partículas de carbono serão produzidas pelo processo de desgaste .
MÉTODOS – DEPOSIÇÃO DOS FILMES
CVD – CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION
As tentativas experimentais em revestir o polietileno pelo filme de
carbono amorfo duro e resistente ao desgaste usando o método de
deposição química de vapor não obteve sucesso , pois os filmes
obtidos continham hidrogênio e não possuíam dureza suficiente ( <
10 GPa em metais) . O alto nível das tensões residuais de compressão
e a inércia química, diminuem a aderência desses filmes causando
trincamento e sua delaminação sob alta carga de contato .
PVD – PLASMA VAPOUR DEPOSITION
O método de descarga por arco pulsado dá possibilidade de
intervalos para que a deposição ocorra entre impulsos. Trabalho com
temperaturas entre 25°C - 50°C . Isso dá a posibilidade de trabalhar
com polietileno sólido .
Acima de 80°C a estrutura cristalina do polietileno transforma-se em
amorfa dando início a liberação de hidrogênio. Começa a ocorrer a
difusão do hidrogênio podendo penetrar no filme de carbono fazendo
com que o mesmo diminua suas propriedades mecânicas como
dureza e módulo de elasticidade .
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Na literatura não se encontram dados sobre a deposição de filmes
duros de carbono amorfo no polietileno .
Atualmente são realizadas mais de 400 000 cirurgias de substituição
de articulação de quadril por ano no mundo .
Os registros de substituições da articulação coxo femoral somam-se
em mais de 25 000 000 de pessoas no mundo que já tiveram
substituição total ou parcial do quadril .
A dureza do filme de carbono amorfo ta-C depende da quantidade
relativa de ligações de grafite sp2 e/ou ligações de diamante sp3 .
A relação sp3/sp2 das quantidades relativas de ligações diamantadas
sp3 e ligações de grafite sp2 no filme DLC ta –C depende
exclusivamente dos parâmetros de sua obtenção .
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Os dados da literatura e os resultados das pesquisas que serão
desenvolvidas das propriedades físico-químicas , físico-mecânicas,
determinação da nano-dureza, módulo de elasticidade, aderência e
coeficiente de atrito dos filmes DLC ta-C , permitirão aceitar estes
filmes como um biomaterial promissor para a aplicação na medicina,
em particular na articulação coxo-femoral .
METODOLOGIA
CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA
EELS (Espectroscopia de perda de energia de elétrons)-sp3/sp2
Espectroscopia Auger (*)
MEV (**)
(*)(**) Macro e micro estrutura da superfície e regiões subsuperficiais à interface filme/substrato e tensões residuais internas.
CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA
Nanoindentação – tenacidade à fratura
Indentação Rockwell – análise qualitativa da adesão
filme/substrato
Obtenção do coeficiente de atrito e velocidade de desgaste
PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
Preparação dos substratos de polietileno de peso molecular ultra alto
Serão preparados 4 pinos de 10 mm de diâmetro por 4 mm de altura
Será polido apenas o lado onde estará sendo depositado o filme de
carbono amorfo pelo método de descarga de arco pulsado .
4 Discos com 54,3 mm de diâmetro com 4 mm de altura.
3 amostras com 10 x 20 x 40 mm
2 amostras 5,95 x 20 mm
Preparação de amostras metálicas
CoCrMo 9 amostras - diâmetro de 5,95 mm x 20 mm de altura
Aço Inox F 138 - 2 amostras 5,95 x 20 mm
Espessuras dos Filmes e Ensaios
POLIETILENO DE ALTO PESO MOLECULAR
Espessuras da deposição : 0,1 ; 0,3 ; 0,5 ; 0,7 ; 1 mm
CoCrMo e Aço F 138
Espessura de deposição 1,3, 3.9, 9, 12 μm
Ensaios Tribológicos
pino sobre disco
pino sobre plano
Ensaios Mecânicos
Nanoindentação
Ensaio Rockwell (dará a análise qualitativa da adesão filme/substrato)
RESULTADOS ESPERADOS
► Conhecer o comportamento tribológico e propriedades mecânicas de
biomateriais revestidos para utilização em próteses na região coxo-femoral.
► Conhecer os filmes quanto ao teor de H e relações sp3/sp2
► Fornecer resultados relevantes na área da biotecnologia aplicada à saúde
► Reduzir o número de reientervenções cirúrgicas devido a perda da prótese
por osteólise.