Introdu

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MATERIAIS CERÂMICOS
Biomateriais
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Classificação dos materiais cerâmicos baseada na
aplicação
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PROPRIEDADES

• dureza
• resistência a abrasão
• refratariedade
• isolamento térmico
• isolamento elétrico
• não magnético
• resistência a oxidação
• quimicamente estável

• frágil

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(No Transcript)
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Biocerâmicas
Densas
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Biocerâmicas
Porosas
7
Biocerâmicas
Vidro e vitro-cerâmicas
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Biocerâmicas
Recobrimentos
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Composições de Biocerâmicas
Categoria Exemplo Óxidos simples Alumina,
zircônia Covalentes Carbono LTI, TiN, SiC,
Si3N4 Sais de cálcio
Hidroxiapatita, fosfatos de cálcio,
tri-fosfato de cálcio, etc. Silicatos Biovidros
Vitro-cerâmicas Apatita/Wollastonita
(A/W) Compósitos A/W vitro-cerâmica com
adição de zircônia tetragonal
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FORMA, FASE E FUNÇÃO DAS BIOCERÂMICAS
Larry L. Hench, 1993
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BIOCERÂMICAS BIOINERTES E/OU BIOTOLERÁVEIS
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Óxidos
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ALUMINA

• Composição - Al2O3
• Processamento - prensagem e sinterização (1400-
  1600ºC)
• Aditivo de sinterização - MgO (lt 0,5), para
  aumentar a densidade e obter uma microestrutura
  com grãos mais finos
• Estrutura - policristalina, hexagonal
• Formas de aplicação - densa, como material
  estrutural

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ALUMINA

• Características biológicas - inerte e/ou
  tolerável, biocompatível
• Propriedades
• excelente resistência a corrosão
• alta resistência mecânica
• alta resistência ao desgaste baixo coeficiente
  de fricção e desgaste
• boa resistência a flexão
• excelente resistência a compressão
• excelente resistência a fadiga
• resiste ao impacto

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ALUMINA

• Aplicações
• cabeça e copo de prótese de fêmur
• prótese de joelho com parte tibial de polímero
  (UHMWPE)
• em articulações tornozelo, cotovelo, ombro,
  pulso, dedos
• implantes dentários
• substituição parcial ou total do ossículo do
  ouvido médio
• anéis de suporte para traquéia
• liberação controlada de fármacos
• parafusos
• reconstrução alveolar
• reconstrução maxilofacial

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ALUMINA

• Durabilidade
• previsão - menos de 1 em 100 componentes
  submetidos a máxima tensão de tração (lt200MPa)
  falhariam em 30 anos
• uso - gt 100 mil cabeças de fêmur implantadas/ano
• - o primeiro registro de implante é
  de 1971 (Boutin)
• vantagem - cabeça e copo de alumina produzem
  menos abrasão do que cerâmica e polímero
• desvantagens - maior causa de falha está na
  perda de aderência do copo acetabular
• - problemas para
  fixação

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ZIRCÔNIA

• Composição - ZrO2
• Estabilização da fase - CaO, MgO, Y2O3
• Estrutura - policristalina
• Fases - tetragonal, monoclínica, cúbica
• Formas de Aplicação - densa, como material
  estrutural

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Óxido de zircônio - fases
Fase Monoclínica Tetragonal Cúbica
Temperatura de transformação (C) 1000-2000 2000
-2280 gt 2280
Densidade (g/cm3) 5.56 6.10 (calc)5.72
(exp) 6.09

• Transformação tetragonal-monoclínica no
  resfriamento (1000?800C) ? gera tensões ?
  aumento de 5 vol, mudança de forma e quebra ao
  longo dos grãos
• Estabilização CaO, MgO, Y2O3 ? estabiliza a fase
  cúbica (total) ou cúbica-tetragonal (parcial) a T
  ambiente

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ZIRCÔNIA

• Características biológicas - inerte e/ou
  tolerável, biocompatível
• Propriedades
• boa tenacidade a fratura
• boa resistência a flexão
• menor módulo elástico
• excelente resistência a compressão
• excelente resistência a corrosão
• excelente resistência a fadiga

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BIOCERÂMICAS BIOTIVAS

• biovidro
• vitrocerâmicas
• Fosfatos HA, TCP, cimentos, recobrimentos

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Vidros Bioativos
(Larry L. Hench 1968)

• vidros que desencadeiam respostas biológicas
  específicas na interface com o implante
  resultando na formação de uma ligação do tecido
  com o material
• vidros bioativos promovem reparação tecidual,
  não são tóxicos, não induzem respostas alérgicas
  ou carcinogênicas, como confirmado por meio de
  testes in vitro e in vivo.

• bioatividade habilidade de ligação com os
  tecidos moles e duros

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BIOVIDRO

• Composição - SiO2, Na2O, CaO, P2O5, CaF2
• Processamento - vidros fundidos
• - vidros por sol-gel
  

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Composições Típicas
SiO2 Na2O CaO P2O5 CaF2 45S5.4F
46.1 24.4 16.2 2.6 10.8
45S5 46.1 24.4 26.9 2.6 0
58S 60.0 0 36.0 4.0
0 77S 80.0 0 16.0
4.0 0 Vidros fundidos bioativos até
60 sílica Vidros por sol-gel bioativos até 85
sílica
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Processamento Vidros Fundidos

• Peças densas
• Fusão de sílica, soda, cálcio e outros óxidos de
  alta pureza a 1300-1450C em cadinhos de platina
• Vertimento em moldes de grafite/aço e
  resfriamento
• Tratamento térmico a 450-550C
• Corte com ferramentas de diamante polimento
• Grânulos e pós
• Vidro fundido é resfriado em ar ou água, seco
  rapidamente para evitar corrosão, moído e
  separado em peneira

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Biovidros Fundidos - Propriedades

• módulo elástico 30- 35 GPa ( osso cortical)
• boa resistência a compressão
• alta solubilidade
• baixa dureza
• baixa resistência mecânica
• baixa tenacidade a fratura
• baixa resistência a flexão 40- 60 MPa

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Biovidros por Sol-Gel - Propriedades

• Mesoporosidade (20-500 Å) intrínseca aumenta a
  bioatividade, permite rápida adesão celular, e
  adsorção de fatores de crescimento e proteínas
  para acelerar regeneração tecidual
• A estrutura altamente porosa permite expandir a
  faixa de composição dos vidros com teores de
  álcali mais baixos e de sílica mais alto

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Vitro-Cerâmicas

• micro-cristais precipitam-se sobre a matriz
  vítrea durante tratamento térmico, de forma
  espontânea ou germinada (adições de Pt, ZrO2)
• resistência mecânica aumenta de 34.5 MPa para
  60-100 MPa ou mais
• vitro-cerâmicas (Ceravital, A/W) apresentam
  solubilidade mais baixa devido ao menor teor de
  álcali, favorecendo a formação de tecido
  cartilaginoso.

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Vitro-Cerâmicas

• Cerabone A/W
• Ceravital
• Bioverit

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ISO 23317 2007 - Implants for surgery - In
vitro evaluation for apatite-forming ability of
implant materials. Tadashi Kokuboand Hiroaki
Takadama. How useful is SBF in predicting in vivo
bone bioactivity? Biomaterials 27 (2006) 29072915
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BIOVIDRO

• Aplicações
• raiz dentária, para minimizar absorção alveolar
• espaçadores da vértebra
• reconstrução maxilofacial
• reconstrução do ouvido médio
• preenchimento de defeitos ósseos
• recobrimento

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• Formas de aplicação
• densa de tamanho reduzido (fusão), como material
  de
• baixa solicitação mecânica
• partículas ou grânulos (20-700?m)
• compósito polímero-vidro
• sistemas injetáveis com veículo solúvel
• recobrimentos
• vidros por sol-gel dopados com Ag (bactericida),
• proteínas e fatores de crescimento

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Hidroxiapatita (HA)

• forma de aplicação grânulos, pó, densa e porosa
• vantagem
• alta biocompatibilidade
• osteocondutiva
• desvantagem
• baixa resistência mecânica
• quando de origem animal, problemas com impurezas
  e contaminações

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Propriedades da HA
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Métodos de recobrimento

• CVD (chemical vapor deposition)
• Deposição por plasma (plasma-spraying)
• Imersão em soluções particuladas
• Método biomimético
• Deposição eletroquímica
• Deposição por sol-gel
• Recobrimento de monetita e conversão para HA pela
  imersão em bases NH4OH, NaOH, KOH
• Deposição por laser pulsado

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APLICAÇÕES CLÍNICAS DA HA

• raiz dentária para minimizar a reabsorção do
  rebordo alveolar e manter as dimensões alveolares
• aumento do rebordo alveolar para melhor fixação
  de próteses dentárias
• reconstrução maxilofacial
• preenchimentos de defeitos ósseos ao redor de
  implantes
• carga em compósitos e cimentos
• recobrimento sobre próteses metálicas,
  poliméricas
• cimento ósseo de fosfato de cálcio