MATERIAIS CER MICOS Biomateriais Classificao dos materiais cermicos

MATERIAIS CER MICOS Biomateriais

Classificação dos materiais cerâmicos baseada na aplicação

PROPRIEDADES Ä dureza Ä resistência a abrasão Ä refratariedade Äisolamento térmico Ä isolamento elétrico Ä não magnético Ä resistência a oxidação Ä quimicamente estável L frágil

USO CLÍNICO DAS BIOCER MICAS Reparo craniano vidros bioativos Reconstrução maxilofacial Al 2 O 3, HA-PLA, biovidro Implantes dentários Al 2 O 3, HA, recobrimento de HA, biovidro Aumento do rebordo alveolar Al 2 O 3, HA, -TCP, HA+osso autógeno, HA-PLA, biovidro Dispositivos percutâneos vitro-cerâmica bioativa, biovidro, HA, recobrimento de carbono pirolítico Válvulas cardíacas recobrimento de carbono pirolítico Cirurgia da coluna vitro-cerâmica bioativa, HA Reparo da crista ilíaca vitro-cerâmica bioativa Preenchimentos ósseos -TCP, sais de fosfatos de cálcio, grânulos de biovidro Ortopedia Al 2 O 3, zircônia, PE-HA, recobrimento de HA e de vitro-cerâmica

Biocerâmicas Densas

Biocerâmicas Porosas

Biocerâmicas Vidro e vitro-cerâmicas

Biocerâmicas Recobrimentos

Composições de Biocerâmicas Categoria Exemplo Óxidos simples Alumina, zircônia Covalentes Carbono LTI, Ti. N, Si. C*, Si 3 N 4* 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

FORMA, FASE E FUNÇÃO DAS BIOCER MICAS Larry L. Hench, 1993 FORMA FASE FUNÇÃO pó policristalina vítrea preenchimento, tratamento terapêutico, regeneração de tecidos recobrimento policristalina vítrea vitro-cerâmica ligação tecidual, tromboresistência, proteção contra corrosão sólido cristalina policristalina vítrea vitro-cerâmica compósito substituição e aumento de tecido, substituição de partes de tecidos

BIOCER MICAS BIOINERTES E/OU BIOTOLERÁVEIS

Óxidos Propriedades Comp. Química Alumina Y-TZP zircônia Mg-PSZ zirconia Al 2 O 3+Mg. O (<0. 5%) Zr. O 2+ Y 2 O 3 < 0. 02 Si. O 2+Na 2 O % Densidade 3. 98 g. cm-3 Tipo de material corindon policristalino zirconia tetragonal policristalina ISO 6474 Norma ISO/DIS 13356 380 -420 GPa Módulo elástico > 2000 HV 210 GPa Dureza 4000 -4500 MPa 1250 HV Resist. a compr. > 595 MPa > 900 MPa Resist. a flexão 4 -6 MPa m 1/2 Tenac. fratura < 2 m 8 MPa m 1/2 Tam. de grão < 0. 5 m Zr. O 2 + Mg. O zirconia parcial/te estabilizada 210 GPa 1250 HV 0. 1 > 500 MPa 10 MPa m 1/2 30 m

ALUMINA Ä Composição - Al 2 O 3 Ä Processamento - prensagem e sinterização (14001600ºC) Ä Aditivo de sinterização - Mg. O (< 0, 5%), para aumentar a densidade e obter uma microestrutura com grãos mais finos Ä Estrutura - policristalina, hexagonal Ä Formas de aplicação - densa, como material estrutural

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

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

ALUMINA Ä Durabilidade è previsão - menos de 1 em 100 componentes submetidos a máxima tensão de tração (<200 MPa) falhariam em 30 anos è uso - > 100 mil cabeças de fêmur implantadas/ano (Boutin) - o primeiro registro de implante é de 1971 è vantagem - cabeça e copo de alumina produzem menos abrasão do que cerâmica e polímero è desvantagens - maior causa de falha está na perda de aderência do copo acetabular - problemas para fixação

ZIRCÔNIA Ä Composição - Zr. O 2 Ä Estabilização da fase - Ca. O, Mg. O, Y 2 O 3 Ä Estrutura - policristalina Ä Fases - tetragonal, monoclínica, cúbica Ä Formas de Aplicação - densa, como material estrutural

Óxido de zircônio - fases Fase Temperatura de Densidade (g/cm 3) transformação (°C) Monoclínica 1000 -2000 5. 56 Tetragonal 2000 -2280 6. 10 (calc); 5. 72 (exp) Cúbica 6. 09 > 2280 Ø Transformação tetragonal-monoclínica no resfriamento (1000 800°C) gera tensões aumento de 5% vol, mudança de forma e quebra ao longo dos grãos Ø Estabilização Ca. O, Mg. O, Y 2 O 3 estabiliza a fase cúbica (total) ou cúbica-tetragonal (parcial) a T ambiente

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

BIOCER MICAS BIOTIVAS Ä biovidro Ä vitrocerâmicas Ä Fosfatos: HA, TCP, cimentos, recobrimentos

Vidros Bioativos (Larry L. Hench 1968) è vidros que desencadeiam respostas biológicas específicas na interface com o implante resultando na formação de uma ligação do tecido com o material è 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

BIOVIDRO Ä Composição - Si. O 2, Na 2 O, Ca. O, P 2 O 5, Ca. F 2 Ä Processamento - vidros fundidos - vidros por sol-gel

Composições Típicas 45 S 5. 4 F 45 S 5 58 S 77 S Si. O 2 Na 2 O Ca. O P 2 O 5 Ca. F 2 46. 1 60. 0 80. 0 24. 4 0 0 16. 2 26. 9 36. 0 16. 0 2. 6 4. 0 10. 8 0 0 0 Vidros fundidos: bioativos até 60% sílica Vidros por sol-gel: bioativos até 85% sílica

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

Biovidros Fundidos - Propriedades l l l l 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

Biovidros por Sol-Gel - Propriedades l l 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

Vitro-Cerâmicas Ø micro-cristais precipitam-se sobre a matriz vítrea durante tratamento térmico, de forma espontânea ou germinada (adições de Pt, Zr. O 2) Ø resistência mecânica aumenta de 34. 5 MPa para 60100 MPa ou mais Ø vitro-cerâmicas (Ceravital, A/W) apresentam solubilidade mais baixa devido ao menor teor de álcali, favorecendo a formação de tecido cartilaginoso.

Vitro-Cerâmicas l l l Cerabone A/W Ceravital Bioverit

ISO 23317 – 2007 - Implants for surgery - In vitro evaluation for apatite-forming ability of implant materials. Tadashi Kokubo�and Hiroaki Takadama. How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity? Biomaterials 27 (2006) 2907 – 2915

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

Formas de aplicação üdensa de tamanho reduzido (fusão), como material de baixa solicitação mecânica üpartículas ou grânulos (20 -700 m) ücompósito polímero-vidro üsistemas injetáveis com veículo solúvel ürecobrimentos üvidros por sol-gel dopados com Ag (bactericida), proteínas e fatores de crescimento

Hidroxiapatita (HA) Äforma de aplicação: grânulos, pó, densa e porosa Ä vantagem: ð alta biocompatibilidade ð osteocondutiva Ä desvantagem: ð baixa resistência mecânica ð quando de origem animal, problemas com impurezas e contaminações

Propriedades da HA Propriedades Densidade Resistência a compressão Resistência a flexão Tenacidade a fratura Módulo elástico Dureza Ponto de fusão Valor padrão 3. 16 g/cm 3 (teórica) 100 --200 MPa < 1 MPa m 1/2 max. 100 GPa 500 HV 1650 °C Bioativo, Osteocondutor Cor Observação HA é sempre porosa Depende da porosidade Similar a do vidro de janela Depende da porosidade Similar ao vidro de janela Decomposição > 1300 °C Interage com o meio fisiológico Branca, azulada Depende da matéria-prima

Métodos de recobrimento l CVD (chemical vapor deposition) l Deposição por plasma (plasma-spraying) l Imersão em soluções particuladas l Método biomimético l Deposição eletroquímica l Deposição por sol-gel l l Recobrimento de monetita e conversão para HA pela imersão em bases NH 4 OH, Na. OH, KOH Deposição por laser pulsado

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