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Os Biomateriais e suas Aplicações

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by

António Mesquita

on 23 May 2012

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Transcript of Os Biomateriais e suas Aplicações

e suas Aplicações Os Biomateriais Escola Secundária José Gomes Ferreira, Ano Lectivo 2011/2012 Química 12ºAno, Professora Manuela Tavares António Mesquita n4, Joana Grilo n14, Maria Lima n20 - 12.4 O que é um Biomaterial? David F. Williams (1987) Um biomaterial é um material utilizado
num dispositivo, com a intenção de
interagir com sistemas biológicos A biocompatibilidade é a capacidade de um material realizar uma resposta apropriada no receptor, numa aplicação específica existe uma outra definição complementar essencial para a compreensão das aplicações específicas da ciência dos biomateriais Biocompatibilidade Materiais Naturais Classes de Biomateriais Metais Polímeros Cerâmicos David F. Williams (1987) Engenharia Biológica Colaboração interdisciplinar entre Biologia, Física e Química Produção de materiais com aplicação biológica a necessidade de:
- controlar a composição, pureza e propriedades físicas dos materiais;
- desenvolver novos materiais com propriedades novas e especiais; Investigação - síntese
- optimização
- caracterização
- teste - biomateriais
- interacções biológicas
receptor-biomaterial Polímeros Silicones Fibras médicas e biotêxteis Hidrogéis Polímeros Biodegradáveis Polímeros Inteligentes Carbono Pirolítico Cerâmicos, Vidros e Vidros-cerâmicos Compósitos Polimetil-metacrilato (PMMA) Polímero de cadeia linear
Transparente e amorfo à temperatura ambiente
Resistente
Estável
Óptima transmissão de luz Lentes de contacto rígidas Lentes intraoculares Próteses Dentárias Polimetil-metacrilato (PMMA) Massa óssea para implantes ortopédicos Polietileno de Alta Densidade (PE-HD) Resistente à tracção
Resistente ao desgaste
Relativamente rígido Tubagens de drenos e cateteres Articulações protéticas Polipropileno (PP) Rígido
Grande resistência química
Resistente à tensão Suturas Correcções de hérnias Politetrafluoroetileno (PTFE) Estrutura igual à do polipropileno (com átomos de F no lugar dos átomos de H)
Ponto de fusão elevado – difícil manipulação
Muito hidrofóbico mas facilmente lubrificável Enxertos vasculares Cateteres Policloreto de vinila (PVC) Puro: rígido e frágil
Com plastificantes: mole e flexível
Muito hidrofóbico mas facilmente lubrificável Tubagens para transfusões e diálise Sacos de sangue Dimetil-polissiloxano Baixa rigidez
Cadeia principal de sílica e não de carbono
Muito flexível e estável Próteses de dedos, orelhas, etc. Implantes mamários Politereftalato de etileno (PET) Ponto de fusão muito elevado
Resistente à tensão
Muito flexível e estável Reconstrução de ligamentos Fixação de implantes Silicone
Emulsão
Líquido
Elastómero


Elevada resistência térmica e eléctrica
Biocompatibilidade – devido à presença de grupos orgânicos
Baixa toxicidade
Permeáveis aos gases
Impermeáveis aos líquidos
Inoxidáveis
Não permitem o desenvolvimento de microrganismos Silicone Bypasses Cateteres Silicone Lentes intraoculares Lentes de contacto Silicone Implantes mamários Caso dos implantes PIP Elementos químicos prejudiciais para a saúde, utilizados em combustíveis e na indústria da borracha, na sua composição.

Basylone, Silopren e Rhodorsil são as substâncias usadas, sem que tenham sido feitos ensaios clínicos.

Silicone não indicado para este tipo de cirurgia (industrial, contém produtos tóxicos e potencialmente mortais, risco muito superior de rutura).

Riscos de inflamações e cancro. Politereftalato de etileno (PET) Correcções de hérnias Reconstrução de ligamentos Sintéticas Naturais Fibras absorvíveis Sintéticas
Absorvidas ao longo do tempo quando colocadas no organismo
Suturas, enxertos vasculares e neurológicos, tecidos ósseos Fibras naturais Produzidas por organismos presentes na natureza Método de preparação Carga iónica Estrutura física - homopoliméricos
- copoliméricos
- multipoliméricos
- poliméricos
interpenetrantes - neutros
- aniónicos
- catiónicos
- anfolíticos - amorfos
- semi-cristalinos
- estruturas de ligações
de hidrogénio e complexação Hidrogéis Capacidade de absorção de água
Capacidade de suportar esterilização sem sofrer danos
Inércia relativamente aos processos biológicos
Resistência à degradação
Permeabilidade aos metabolitos
Impossibilidade de absorção pelo corpo
Várias formas possíveis
Insolúveis
Porosos
Fácil aderência às células
Estabilidade mecânica
Índice de refracção favorável
Permeabilidade ao oxigénio Hidrogel Lentes de contacto Substituição de cordas vocais Hidrogel Curativos para feridas http://www.blogonlinedoctor.com.br/?p=1919 Cartilagens articulares capazes de reagir a mudanças nas condições físico-químicas
através de alterações nas suas propriedades não precisam de ser removidos cirurgicamente quando já não são necessários valiosos em aplicações de curto-prazo que
requerem a presença de um dispositivo apenas temporariamente fundamental testar a sua toxicidade ou bioabsorvíveis 5 tipos principais: barreiras
temporárias dispositivos de
administração
de fármacos suportes de
engenharia
de tecidos implantes
multifuncionais dispositivos
de suporte
temporário apoio artificial a tecidos enfraquecidos por doença, ferimento ou cirurgia ferida sutura osso partido dispositivo de fixação de fracturas
(p.e., parafusos ortopédicos) vaso sanguíneo danificado enxerto vasculares prevenção da adesão
(união de 2 secções de tecido) se ocorrer entre 2 superfícies que não é suposto ligar-se pode resultar em dor e danos funcionais filme polimérico ou malha posicionada entre os tecidos que não é suposto aderirem um ao outro dispositivo necessariamente temporário o fármaco acabará a doença será curada implante desenhado que actua como uma matriz extracelular: - fornece espaço para o crescimento celular
- reorganiza as funções do tecido deve permitir a formação de tecido funcional in vivo, seguida da absorção do material do suporte combinam as várias funções
num só dispositivo um parafuso ortopédico que assume, além de suporte mecânico,
funções de administração de fármacos e
liberta produtos de regeneração óssea durante a sua degradação exemplo: ou sensíveis podem assumir várias formas: dissolvidos em soluções aquosas inseridos em interfaces aquosas-sólidas reticulados na forma de hidrogéis reagem a estímulos: temperatura
radiação
campos magnéticos
tensão
alta pressão
campos eléctricos físicos: químicos: pH
concentração iónica
agentes químicos substratos enzimáticos
agentes biológicos bioquímicos: podem ser misturados fisicamente ou conjugados quimicamente com biomoléculas,
produzindo uma grande e diversificada família de sistemas híbridos de polímeros-biomoléculas proteínas, polissacarídeos, nucleótidos, DNA e RNA, lípidos e fosfolípidos e uma larga gama de fármacos sintéticos extensão dos materiais poliméricos além do uso comum em implantes e dispositivos médicos separações por afinidade
processos enzimáticos
ensaios imunológicos
distribuição de medicamentos
remoção de toxinas polímeros naturais: muito parecidos (por vezes idênticos)
a substâncias macromoleculares que o ambiente biológico
está preparado para reconhecer e utilizar metabolicamente evitados os problemas provocados por polímeros sintéticos:
- toxicidade
- a estimulação de uma reacção inflamatória crónica
- a falta de reconhecimento das células possibilita a síntese de biomateriais que funcionam biologicamente a nível molecular (e não macroscópico) capacidade de ser degradados
por enzimas de origem natural implante metabolizado por
mecanismos fisiológicos durabilidade reduzida
dos implantes desvantagem em implantes permanentes útil em aplicações temporárias,
sendo degradado naturalmente problema comum:
resposta imunitária do portador do implante solução:
modificação prévia dos determinantes
antigénicos da substância outro problema:
degradação a temperaturas
relativamente baixas impossibilidade de síntese pelos
métodos comuns, a altas temperaturas Bibliografia incluem uma vasta gama de compostos inorgânicos/não-metálicos Cerâmicos, Vidros e Vidros-cerâmicos Lentes de óculos Instrumentos de diagnóstico Cerâmicos, Vidros e Vidros-cerâmicos Balões de cultura de tecidos Termómetros Cerâmicos, Vidros e Vidros-cerâmicos Fibra óptica para endoscopia Cerâmicos, Vidros e Vidros-cerâmicos Capacidade de formar ligações entre tecidos ósseos e tecidos moles
Modificam a superfície do organismo assim que nele são implantados Implantologia Medicina dentária Vidros Porosos Insolúveis Vectores de transporte de enzimas, anticorpos e antigénios
Resistência ao ataque microbiótico, às variações de pH, à concentração de soluções, à temperatura e à pressão Alumina Altamente inerte
Elevada resistência e dureza
Facilmente polida Implantologia Óxido de Zircónio Não existe na natureza –obtido a partir de dois minérios de zircónio, a badeleíte e a zirconite
Muito resistente e duro
Altamente inerte Implantologia Fosfatos de Cálcio Biodegradáveis
Hidroxiapatite tem elevada resistência ao pH fisiológico
Participam activamente na ligação óssea
Menos resistentes que as biocerâmicas, mas aplicada em implantes metálicos para facilitar a ligação entre o implante e o osso. Implantologia materiais constituídos por duas ou mais
partes com características e propriedades
diferentes, (geralmente a nível macroscópico)
e com uma fronteira distinta a separá-los em uma ou mais fases
descontínuas numa fase contínua fase descontínua fase contínua mais rígida e forte mais flexível e fraca material de reforço matriz propriedades dos compósitos dependem de: - propriedades
- distribuição
- conteúdo
- interacção
dos materiais seus constituintes descrição de um material compósito: - materiais constituintes
- propriedades dos contituintes
-geometria de reforço
- concentração
- distribuição
- orientação mecanismo de reforço classificação segundo a
geometria do reforço compósito
particulado compósito
fibroso compósito
laminado materiais de reforço mais utilizados em compósitos biomédicos: - fibras de carbono
- fibras de polímero
- cerâmicos
- vidro Fibras de carbono Muito leves
Flexíveis
Muito resistentes à tensão
Produzidas pela pirólise de outras fibras orgânicas como o rayon e o poliacrilonitrilo (PAN)
Baixa densidade
Pouca resistência ao corte

Utilizadas em compósitos em aplicações que
exigem mutuamente leveza e resistência Fibras de polímeros Menos fortes e rígidas que as de carbono
Mais biocompatíveis e duráveis

Aramidas
A mais conhecida é o Kevlar.
Muito leves e fortes
Muito resistentes ao impacto e à abrasão
Absorvem a humidade
Pouco resistentes à compressão.

Utilizadas comercialmente em compósitos
em aplicações que requerem elevada
resistência à abrasão e à tensão Fibras de polímeros PET
A mais conhecida é o Dacron
Aplicação muito grande em enxertos arteriais e
no fabrico de tendões e ligamentos artificiais
apenas como fibras ou integrados em matrizes,
formando compósitos


Ácidos polilácticos (PLA) e poliglicólicos (PGA)
Copolímeros utilizados em compósitos, em combinação com matrizes biodegradáveis
Aplicação nos pinos e placas intramedulares biodegradáveis e nos suportes biodegradáveis para regeneração óssea Fibras de vidro Reforço de matrizes de plástico
Formação de compósitos de plástico e fibra de vidro (PRFV) com muito boas características:
- facilidade e baixo custo de fabrico
- relação força-peso elevada
- estabilidade dimensional
- resistência ao calor, frio, humidade e corrosão
- isolamento eléctrico classificação segundo a
natureza da matriz compósito de matriz cerâmica compósito de matriz metálica compósito de matriz polimérica termoendurecível termoplástica compósitos biomédicos mais comuns matrizes poliméricas termoplásticas (PTFE, PMMA) reforço de fibras de carbono, fibras de polietileno e fibras cerâmicas Biomaterials Science - An Introduction to Materials in Medicine
2nd Edition, RATNER, Buddy D., et al., Elsevier Academic Press
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