Universidade Federal do Paraná
Setor de Tecnologia
Depto de Engenharia Química
Prof. Dr. Mário José Dallavalli
BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICA
TQ-064
1 Cerâmicos e Vidros
• Materiais inorgânicos/não metálicos
• Aplicações médicas
– Óculos
– Utensílios domésticos, etc.
– Fibra óptica para biosensores e endoscópios
– Suportes porosos para biomoléculas
• Naturalmente inertes e quimicamente resistentes
– Cerâmicas usadas em odontologia, para dentaduras e coroas
– Implantes
• Geralmente utilizados para reparo em tecidos conectivos
duros do esqueleto
• Requerem cimentos/adesivos estáveis
2 Interações de Ossos com Biocerâmicos
• Resposta dos tecidos aos implantes
– Toxicidade: Morte do tecido
– Inertes: Formação de cápsulas
– Bioativo: Formação de ligação interfacial – Ex.: Osteointegração
– Dissolução: Substituição por tecido
• Biocerâmicos – Fixação aos tecidos
– Denso (não poroso) e inerte: osso cresce nas irregularidades da superfície
(press fit), cimentação (fixação morfológica)
– Movimento relativo e cápsula causam falha
– Poroso e inerte: crescimento ósseo conecta mecanicamente os materiais
(fixação biológica)
– Mais estável, estruturalmente fraco (rachaduras de corrosão),
melhores como revestimento,
– Denso, não poroso e com superfície reativa: ligação
química ao osso (fixação bioativa)
– Superfície ativa, biovidros, HA, e compósitos
– Densos, não porosos e reabsorvíveis: substituição lenta pelo osso
– Taxa de reabsorção, metabólicos (fosfato tricálcico)
3 Propriedades dos Materiais Cerâmicos
• Composição e Características básicas
 Vem do grego “keramikos” que significa “material queimado”,
indicando a necessidade de tratamento térmico para adequar as
propriedades.
 Ligação atômica essencialmente iônica entre metais e não metais.
 Menos densas do que metais.
 Cerâmicas tradicionais
– barro, argila, porcelanas, tijolos, ladrilhos e vidros
 Cerâmicas avançadas
– Utilizadas em inúmeras aplicações tecnológicas tais como
encapsulamento de chips, isolamento térmico do ônibus espacial,
revestimento de peças, e Biomateriais.
3 Propriedades dos Materiais Cerâmicos (cont.)
Estruturas
BaTiO3
A genealogia das cerâmicas
Materiais cerâmicos
Vidros
Vidros Vidros
cerâmicos
Argilas
Refratários Abrasivos
Estru- Porce- Argilas Sílica Básica Especial
turais lana
Queimadas
Avançadas
Cimentos
4 Cerâmicos e Vidros
• Microestrutura
– Numero de fases
– Percentagem das fases
– Distribuição das fases
– Tamanho das fases
– Conectividade das fases
• Estado de Fase
– Estrutura cristalina
– Defeito estrutural
– Estrutura amorfa
– Estrutura porosa
• Superfície
– Rugosidade superficial
– Acabamento
– Composição
– Fase secundária
– Porosidade
• Forma e processamento
4 Cerâmicas e Vidros (cont.)
• Cerâmicas inertes
– Alumina ou Safira - Al2O3
• Resistentes à corrosão, a esforços mecânicos, biocompatíveis e
resistentes ao desgaste
• Requerida alta pureza e granulometria fina e consistente
• Usados em implantes de quadril basicamente
• Também usada no joelho, parafusos e reconstrução óssea.
– ZrO2 Zircônia
• Alta resistência mecânica e baixo modulo de elasticidade
• Implantes de articuláveis de quadril
• Cerâmicas porosas
– Corais (como moldes)
– Al2O3, TiO2, CaCO3, CaxPy
– Mais fracos estruturalmente
Vidros


Misturas de SiO2 com Na2O e CaO
Quando utilizados em ótica, deve-se ter especial cuidado na eliminação de
poros. Isto implica no controle da viscosidade na fase líquida
vidro
fundido
molde
.
placa de vidro
ar
comprimido
queimador
vidro
fundido
5 Vidros Bioativos
• Tipicamente, a superfície forma camada de
hidroxiapatita carbonatada (HA)
• Composição – altamente reativa
–SiO2 menos de 60%
–Na2O e CaO em níveis elevados
–CaO/P2O5 Relação elevada
• Osso formado diretamente sobre Osso
– Também em alguns tecidos moles e colágenos
• Vidro normal forma cápsulas
• Também vidros bioreabsorvíveis
• Usado tipicamente como repositórios de ossos
6 Fosfato de Cálcio
• Hidroxiapatita (HA)
– Ca10(PO4)6(OH)
• Mineral idêntico ao encontrado nos ossos
• Fraco em resposta sob tensão mecânica
• Usado inicialmente como pó, pequenos implantes sem
carga, revestimentos, implantes porosos para
crescimento ósseo
• Material aplicável para engenharia do tecido ósseo
• Pode facilmente ser degradado se as condições forem
favoráveis
– pH, ataque Químico, fagocitose
• HA pura degrada rapidamente