Processamento de Produtos à Base
de Titânio por Tecnologia de Pós
Marize Varella de Oliveira
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ATUAÇÃO NA ÁREA DE SAÚDE - INT
DPCM – Divisão de Processamento e Caracterização de Materiais
LATEP – Laboratório de Tecnologia de Pós
LAMAP – Laboratório de Materiais Poliméricos
DEMP – Divisão de Ensaios de Materiais e Produtos
LAMED – Laboratório de Metalografia e Dureza
LAAMH – Lab. de Avaliação de Artigos Médicos-Hospitalares
DQAN – Divisão de Química Analítica
LAQAM – Laboratório de Química Analítica e Metrologia
DCOR/LACOR – Divisão de Corrosão e Degradação
LACOR – Laboratório de Corrosão
DVDI – Divisão de Desenho Industrial
LABER – Laboratório de Ergonomia
LAMOT – Laboratório de Modelos Tridimensionais
DPCM – Divisão de Processamento e Caracterização de Materiais
LATEP – Laboratório de Tecnologia de Pós
Pessoal em Projetos de Biomateriais
♦ 3 Pesquisadores/Drs
2 servidores e 1 bolsista DTI/CNPq
♦ 2 técnicos de nível médio
♦ 2 alunas de graduação
bolsistas ITI/CNPq
♦ 2 alunas de mestrado (até fevereiro de 2009)
bolsistas CNPQ-UFRJ/PEMM
♦ 1 aluno de doutorado (até 2010)
bolsista Capes-UFSC/Eng. Mecânica
DPCM – Divisão de Processamento e Caracterização de Materiais
LATEP – Laboratório de Tecnologia de Pós
Equipamentos - Processamento
Moinhos: orbital; de bola; Atritor
Misturadores: planetário; tipo V; convectivo
Matrizes de compactação: corpos de prova para ensaios a flexão, tração...
Injetora de suspensões cerâmicos-poliméricas; Extrusora
Prensa uniaxial a quente "HOT-PRESS” (10.000Kgf, 2300ºC)
Prensa isostática a frio até 400 MPa; Prensa hidráulica - carga até 100.000Kgf
Forno Pressurizado a gás – GPS até 10MPa e 2500ºC
Fornos: com e sem atmosfera controlada (1600ºC/3; 1200ºC/2), alto vácuo (1600ºC/1)
Autoclave; Câmara climatizada; Banho termostatizado
Equipamentos - Caracterização de pós e produtos
Porosímetro de mercúrio até 30.000Psi;
Medidor de área superficial pelo método BET
Analisador de partículas à laser
Picnometro de hélio – densidade real
Difratômetro de raios-x; XPS – Espectroscopia de fotoeletrons-x, MEV
Durômetro: escalas Vicker, Rockwell e Brinell
TGA/DTA/DSC (até 1550ºC); Potencial Zeta
Máquina de corte p/ amostras cerâmicas/metálicas; Retífica
Misturador com
Moinho de bolas
2 movimentos
“Attritor” (alta energia)
Forno Gas Press.Sint.
Compactação Uniaxial e Isostática a frio
Analisador de
partículas
Porosímetro de
mercúrio
Forno a vácuo
Forno HOT-PRESS
BET UltraPicnometro
EQUIPE MULTIDISCIPLINAR
UFRJ-PEMM-EQ,
CTA, CBPF, CDTN,
UEL-DF , UFSC-EM
BIOMATERIAIS
SÍNTESE, PROCESSAMENTO E
CARACTERIZAÇÃO
química, física, superfície,
propriedades mecânicas...
BIOMÉDICA
HOSPITAIS e BIOTÉRIOS
Histologia
Biologia celular
Testes “in vitro”
Banco de células
Odontologia
Testes “in vivo”
Biocompatibilidade
Estudos Pré-clínicos e
Clínicos
UNESP-FOSJC,
UFRJ-ICB
USP-FORP, INTO
PARCERIAS
Universidade Federal do Rio de Janeiro/UFRJ-PEMM –
Prog. Eng. Metalúrgica e de Materials

Universidade Federal do Rio de Janeiro/UFRJ/Instituto
de Ciências Biomédicas-Dep. Histologia e Embriologia

 Centro
Técnico Aeroespacial/CTA/Divisão de Materiais
 Universidade
Estadual de Londrina/UEL - Dept. de Física
Centro de desenvolvimento de Tecnologia
Nuclear/CDTN - CNEN

 Universidade
de São Paulo/USP/Fac. Odontologia
Ribeirão Preto
 Universidade
Estadual de São Paulo/UNESP/Fac. de
Odontologia de São José dos Campos

Instituto Nacional de Traumato-Ortopedia/INTO

Rede Ibero-Americana de Biofabricação/CYTED
20 grupos de pesquisa - 7 países
LABIOMAT/MCT – Laboratório Interinstitucional de
Biomateriais do Ministério de Ciência e Tecnologia
Objetivo
Desenvolvimento de novos materiais e processos para a área
biomédica, com ênfase na inovação tecnológica e na
transferência de tecnologia para o setor produtivo e
hospitalar.
Biomateriais: cerâmicos, metálicos, poliméricos, compósitos;
Sistemas para liberação controlada de fármacos;
Substratos inteligentes para aplicações na engenharia de
tecidos
ENGENHARIA TECIDUAL
Criação de um novo tecido para
Reconstrução Terapêutica do corpo
humano por meio da combinação de
células, sistemas moleculares e substratos
à base de Biomateriais
Scaffold de
nanotubos de C
Matrizes (“Scaffolds”) para
Engenharia Tecidual
Scaffold de TiO2
Substratos à base de Biomateriais com
habilidade para comportar atividades
celulares, fármacos, genes...
Scaffold de
biocerâmica
Utilização em Regeneração
Tecidual sem provocar efeitos
indesejáveis locais ou sistêmicos
após a da implantação
Scaffold de
colágeno
Scaffold de
biovidro
BIOMATERIAIS - SUPERFÍCIE
Implante ou Enxerto inserido no
corpo humano
Formação de um Biofilme (água,
proteínas, biomoléculas...)
do liquido fisiológico
Células do tecido
adjacente migram para a
área ao redor do implante
e interagem com o
Biofilme e o Biomaterial
A Composição Química e a
Topografia Superficial
(tamanho, forma e textura)
influenciam fortemente as
reações celulares
PROJETO
♦ Deposição de Revestimento Biocerâmico em Titânio Poroso para
Uso em Implantes Cirúrgicos (até 2009)
Recursos: CNPq e FAPERJ; coordenação: INT/LATEP
Pó de Ti puro
fabricado no CTA
Substrato de Ti-6Al-7Nb/MP (CTA)
e revestimento de Ti poroso
5 mm
Scaffold de Ti micro e macroporoso com 59% de poros
Titânio Poroso Bioativo
Revestimentos de Fosfato de Cálcio/CaP por processo Biomimético
Ti
Ti poroso antes da
imersão em FCS
Implantes de Ti poroso
para ensaios “in vivo”
HAP
osso
resina
Ti poroso após 7 dias
de imersão em FCS
HAP carbonatada
Implante- Ti
Osso neoformado na interface
osso/implante - testes “in vivo” em tíbia
de coelho (UNESP/FOSJC)
Aplicações
revestimento
Implante femoral com
revestimento parcial
Implante dentário de liga
(Tecomet Coorp.)
de Ti com superfície porosa
(Endopore-Innova Coorp.)
Componente acetabular
de implante femoral com
Implante para a coluna
revestimento poroso
vertebral de liga Nitinol/Ti-Ni
(Zimmer)
(Actipore Biorthex)
Lesões traumáticas ou
patológicas nos discos
invertebrais
PROJETO
♦ Nanoporosidade Superficial em Implantes de Titânio para
Otimização da Biocompatibilidade - 2009 a 2011
Parcerias: INT/LATEP, UFRJ/PEMM, Universidade de São Paulo-USP/FOSJC,
Fac. de Medicina Odontológica da Universidade de Montreal,
Instituto Nacional de Pesquisa Científica do Canadá (NRC)
Objetivo - Modificação da nano-estrutura
ou nano-topografia superficial de Ti poroso
para melhorar a sua osseointegração e
fixação.
A manifestação de genes necessários
à adesão e ao crescimento celular
aumentou em contato com as
superfícies nanoporosas
escala/barra-100 nm.
Nanoscale Oxidative Patterning of Metallic
Surfaces to Modulate Cell Activity and Fate
NanoLetters, Fevereiro, 2009
PROJETO
♦ Desenvolvimento de Biocerâmicas
Nanoestruturadas, para Uso Clínico como
Material para Regeneração Óssea (até 2009)
Atômica
Recursos: FINEP; Coordenação: CBPF/Labiomat
Hidroxiapatita
nano-partículas; grânulos;
esferas; substratos densos
e porosos
Nano
5
5
n
nm
m
Micro
Atuação do INT
Caracterização– microestrutura, tamanho de grão,
dureza, resistência mecânica
Desaglomeração da Nano-Hidroxiapatita
Macro
PROJETO
Produção de Filmes Finos de Bioceramicas
por Magnetron Sputtering
Bombardeamento de íons
por um plasma de argônio e
deposição de cerâmicas
em substrato metálico
• Alta taxa de deposição
• Excelente adesão
• Revestimento com alta
pureza.
• Estequiometria controlada
Substrate holder
E
S
Gun #1
N
H
Gun #2
PROJETO
♦ INCT - Instituto de Biofabricação
Recursos FAPESP e CNPq (até 2011)
Participação do INT: 3 laboratórios LATEP, LAMAP, LAMOT
Atuação:
1. Desenvolvimento de implantes densos e
porosos (scaffolds) “near net shape” à base de
Titânio e Bioceramicas por meio de técnicas de
prototipagem rápida e metalurgia do pó
2. Modificação da superfície dos biomateriais
com o objetivo de melhorar a sua
biocompatibilidade dos produtos: revestimento
biomimético, revestimento por implantação
iônica, tratamentos químicos, nanoporosidade...
3. Caracterização de propriedades físicas,
químicas, mecânicas, microestruturais e
superficiais dos produtos
Osso de um maxilar,
construído por prototipagem
rápida com pós de Titânio
(Fraunhofer/IFAM)