Transcript Introdução aos Biomateriais

MATERIAIS METÁLICOS
Biomateriais
Matéria prima
fusão
metalurgia pó
fundição
produto semi
acabado
soldagem
lingote
conformação
usinagem
produto acabado
Processos
fabricação
Metalúrgicos (temperatura)
Mecânicos (tensão)
APLIC. ≥ RUPTURA
APLIC. ≤ RUPTURA
TAPLICADA <TFUSÃO
TAPLICADA >TFUSÃO
usinagem
trefilação
metalurgia do pó
laminação
fundição
extrusão
soldagem
forjamento
lingotamento
Implantes metálicos
• Áreas de aplicação
• Formas de aplicação: temporário
ou permanente
• Implantes temporários
• Próteses articulares
• Tipos de falhas
• Implantes permanentes
• Tipos de fixação
• aços inoxidáveis, ligas Co-Cr, ligas
Ti
Áreas de aplicação
Regeneração óssea: auxiliar na regeneração de
fratura óssea ou substituição de partes removidas
Vascular: parte
cardíacas
de componentes
em válvulas
Odontologia: substituição de raiz dentária ou
preenchimento da cavidade dental, reparação de
zonas maxilares
Endoprótese (artroplastia): prótese articulares do
quadril, joelho, ombro
Implantes Metálicos - Formas de aplicação
 temporário (auxiliar no tratamento de reparação
óssea): pregos intramedulares, parafusos, placas,
fios, hastes, garras, pinos, etc.
 permanentes: próteses
implantes dentários, etc.
articulares,
pinos,
Biomateriais Metálicos Utilizados em Implantes Cirúrgicos
Ligas Metálicas – Implantes
Cirúrgicos
Referência ASTM
Aço Inoxidável 316 e 316L
F138-86, F139-86, F745-81 (1988),
F666-80, e F642-79 (1984)
Titânio puro
F67-89
Liga de Co-Cr-Mo
F75-87 e F799-87
Liga de Co-Cr-W-Ni
F90-87, F643-79 (1984) e F644-79
(1984)
Liga de Ti-6Al-4V
F136-84, F620-87 e F1108-88
Tântalo puro
F560-86
Liga de Co-Ni-Cr-Mo
F562-84, F688-88 e F961-85
Liga de Co-Ni-Cr-Mo-W forjada
F563-88
Falha dos implantes
Todos os sistemas de implantes sofrem falhas
clínicas:
 necrose do tecido ósseo
 perda da adesão  mobilidade do implante
 falha mecânica  corrosão, fadiga, carga alta
Falhas típicas de implantes metálicos
Causas Mecânicas
 tensões altas por atividade física ou por forças
de mastigação causam a mobilidade do implante
 tensões cíclicas afetam interface, causando
descolamento ou falha do implante por fadiga ou
desgaste acentuado
 diferença acentuada no módulo elástico entre
implante e osso
 fixação do implante deve ser otimizada
Falhas típicas de implantes metálicos
Causas Químicas
 corrosão
 toxicidade de elementos dissolvidos causando
necrose do tecido
 resíduos de desgaste (debris) danificam os
tecidos adjacentes e causam infecção
 uso de materiais não tóxicos
Implantes temporários
Hastes
Implantes permanentes - Requisitos
 Resistentes ao ataque corrosivo por fluídos
fisiológicos
 Resistentes a fadiga durante a vida útil
desejada
 Conformabilidade
requerido
em
qualquer
formato
 Não devem alterar a composição química do
plasma ou dos tecidos
Implantes permanentes - Requisitos
 Não devem interferir com os mecanismos
normais de defesa
 Não devem gerar respostas carcinogênicas
 Não devem sofrer fratura catastrófica a
resultado da fragilidade ou longo uso, ou fluência
 Não devem promover trauma sangüíneo,
coagulação ou denaturação de proteínas
Próteses Articulares -Tipos
 Quadril:
 ~20 anos vida media útil (30% de falha)
 Ligas de Ti ou CoCr na haste femural,
 acetábulo de polímero (PEUAPM),
 cabeça metálica ou cerâmica (alumina
zircônia)
 Joelho:
 maior chance de falha,
 Ligas de Ti ou CoCr na parte femural,
 PEUAPM na parte tibial
ou
Próteses Articulares -Tipos
 Tornozelo:
 curta duração,
 tibial, talar e fibular,
 tipicamente CoCr e PEUAPM
 Ombro, cotovelo:
 falha comum devido a movimentos rotacionais
 Outras:
 dedos, espinha (compósitos c/ polímeros)
Prótese de quadril
Prótese de joelho
Prótese de ombro
Prótese acetabular
Fixação de implantes permanentes
Cimentação
Charnley 1960 (acetábulo de PEUAPM e prótese
femural metálica)
Ex.: cimento de polimetil metacrilato (PMMA) de
cura rápida que polimeriza in situ unindo o
implante ao osso.
 temperatura de cura danifica os tecidos;
resíduos de monômeros são tóxicos;
deterioração da interface
Morfológica:
inserção no osso sem adição de cimento
(cementless)  o tecido cresce nas cavidades da
superfície do implante formando uma ligação
puramente mecânica.
Ex.: ranhuras, orifícios.
 tempo longo de regeneração, dificuldade em
cirurgias de revisão, reabsorção óssea
Biológica:
superfícies com poros maiores que 100 µm
permitem penetração dos tecidos.
Ex.: sinterização de esferas ou fios na superfície
 maior corrosão, menor resistência a fadiga,
baixa estabilidade da superfície porosa,
migração de partículas
Bioativa:
recobrimento da superfície metálica com materiais
que aderem diretamente ao tecido ósseo.
Ex.: fosfatos de cálcio, vidros bioativos, etc.
 adesão entre a camada bioativa e a superfície do
implante
Aços inoxidáveis 316L (ASTM F-138)
 Propriedades
• E = 200 GPa (12 x do osso)
• Limite de resistência  = 260-896 MPa
 Preferível para fixação temporária
 Fadiga, corrosão por crevice, liberação de níquel
 Acima de 0,03% Carbono ocorre segregação na
forma de carbeto de cromo Cr23C6, diminuindo a
resistência a corrosão
 Substituições H2, N2, P, C, O2 fragilizam a estrutura
 Nitretos se solubilizam e associados com carbono
formam inclusões (defeitos)
Ligas de Cobalto-Cromo (F75, F799)
 Propriedades
• Alta resistência mecânica
• Alta resistência a corrosão (crevice)
• Biocompatibilidade
hastes de prótese de quadril
• Co-Cr-W-Ni
• Alta resistência = 690-6000 MPa
fios, fixação interna, placas, hastes intramedulares,
parafusos
 variação de pH por infecção pode danificar a camada
passivada
Titânio – puro (ASTM F-67)
 usado como recobrimento poroso sobre ligas
de titânio
 implantes dentários
Ligas de titânio (ASTM F-136)
 Propriedades
• E = 100 GPa (osso cortical = 7-25 GPa)
• prensagem com isostática a quente aumenta o
limite de resistência e a resistência a fadiga
prótese de quadril
 qualquer cavidade diminui a resistência a fadiga
 baixa resistência ao desgaste
 vanádio é carcinogênico
substituição de V por Nb