BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICABIOMATERIAIS E BIOMECÂNICATQ-064TQ-064

Universidade Federal do ParanáUniversidade Federal do ParanáSetor de TecnologiaSetor de Tecnologia

Depto de Engenharia Química Depto de Engenharia Química Prof. Dr. Mário José DallavalliProf. Dr. Mário José Dallavalli

Bibliografia recomendadaBibliografia recomendada

– CALLISTERCALLISTER, W. D., , W. D., Materials science and engineering - Materials science and engineering - an introductionan introduction, John Wiley, 4ª Ed, 1994., John Wiley, 4ª Ed, 1994.

– VAN VLACKVAN VLACK, L. H., , L. H., Princípios de ciência e tecnologia Princípios de ciência e tecnologia dos materiaisdos materiais, Campus, 5ª Ed, 1983., Campus, 5ª Ed, 1983.

– VAN NOORT, R.,, Introdução aos materiais dentáriosIntrodução aos materiais dentários, , 2ª. Ed., 2004.2ª. Ed., 2004.

– ELIASELIAS, C. N. e LOPES, H. P., , C. N. e LOPES, H. P., Materiais dentários: Materiais dentários: ensaios mecânicosensaios mecânicos, 1ª Ed., 2007., 1ª Ed., 2007.

– BUDDYBUDDY, D. R., Biomaterials science...., D. R., Biomaterials science....– JOONJOON, B. P., Biomaterials: principles and , B. P., Biomaterials: principles and

applications, 1985.applications, 1985.

Biomateriais e BiomecânicaBiomateriais e Biomecânica

““Overview”Overview”

O que é um biomaterial?O que é um biomaterial?

É um material “não-vivo” usado em um É um material “não-vivo” usado em um dispositivo médico com intenção de dispositivo médico com intenção de interação com sistemas biológicosinteração com sistemas biológicos

Não é necessariamente um dispositivo Não é necessariamente um dispositivo médicomédico

Tipos de BiomateriaisTipos de Biomateriais

– – MetaisMetaisCaracterizados pela ligação metálica.Caracterizados pela ligação metálica.

– – PolímerosPolímerosCadeias longas e moléculas com Cadeias longas e moléculas com unidades repetidas.unidades repetidas.

– – CerâmicosCerâmicosCompostos inorgânicos com ligações Compostos inorgânicos com ligações iônicas e covalentes.iônicas e covalentes.

– – CompósitosCompósitos e e OutrosOutrosPRF, Vidro (sólidos amorfos) e carbono.PRF, Vidro (sólidos amorfos) e carbono.

BiomaterialBiomaterial

Biomaterial Biomaterial Biocompatibilidade X PropriedadesBiocompatibilidade X Propriedades

Haste e Esfera:

Liga Ti = 90%

Al = 06%

V = 04%

Alta resistência mec.

Taça Acetabular:

P.E. = Ultra-Alto p. m.

Coef. Atrito Baixo

Fixação:

Cimento ósseo acrílico

Polimerizado in situ

O que é Biocompatibilidade?O que é Biocompatibilidade?

Biocompatibilidade é a habilidade de um Biocompatibilidade é a habilidade de um material em ser compatível com a vida, em material em ser compatível com a vida, em especial, especial, novos materiaisnovos materiais compatíveis com o compatíveis com o corpo humano.corpo humano.

São especificamente desenhados em função da aplicaçãoSão especificamente desenhados em função da aplicação.. Estes materiais têm de obedecer a um vasto número de parâmetros Estes materiais têm de obedecer a um vasto número de parâmetros

de modo a serem biocompatíveis.de modo a serem biocompatíveis. A biocompatibilidade é essencial para a implementação A biocompatibilidade é essencial para a implementação in-vivoin-vivo dos dos

biomateriais, de modo a minimizar quaisquer possíveis reações de biomateriais, de modo a minimizar quaisquer possíveis reações de rejeição. rejeição.

A esterilidade do biomaterial é uma propriedade extremamente A esterilidade do biomaterial é uma propriedade extremamente importante na área dos biomateriaisimportante na área dos biomateriais

Biocompatibilidade X PropriedadesBiocompatibilidade X Propriedades

Propriedades de Comparação:

Módulo de Elasticidade – Limite de Escoamento – Limite de Resistência – Alongamento na Fratura – Resistência de Fadiga – Taxa de Corrosão

Assuntos relacionados a Assuntos relacionados a BiomateriaisBiomateriais

ToxicologiaToxicologia BiocompatibilidadeBiocompatibilidade CuraCura Localização anatômicaLocalização anatômica Requisitos mecânicos e de performanceRequisitos mecânicos e de performance Processos industriais de fabricaçãoProcessos industriais de fabricação ÉticaÉtica Agências reguladoras – ANVISA, FDAAgências reguladoras – ANVISA, FDA Natureza interdisciplinar Natureza interdisciplinar

Propriedades dos MateriaisPropriedades dos Materiais

Falha nos materiaisFalha nos materiais FraturaFratura Deformação plásticaDeformação plástica Tensões e deformações críticasTensões e deformações críticas Fadiga, falha sobre condições cíclicasFadiga, falha sobre condições cíclicas

Curva Tensão-Deformação Curva Tensão-Deformação (cont.)(cont.)

0 0.04 0.05 0.08 0.100.02

0

250

500

Deformação, Є (mm/mm)

Tensã

o, (

MPa)

Plástica

Elástica

0 0.004 0.005 0.008 0.0100.002Deformação, Є (mm/mm)

fratura

Limite de escoamento

Como não existe um limite claro entre as regiões elástica e plástica, define-se o Limite de escoamento, como a tensão que, após liberada, causa uma pequena deformação residual de 0.2%.

O Módulo de Young, E, (ou módulo de elasticidade) é dado pela derivada da curva na região linear.

PropriedadesPropriedades MecânicasMecânicas dos dos MetaisMetais

• Região elásticaRegião elástica (deformação reversível) (deformação reversível)

• Região plásticaRegião plástica (deformação quase toda irreversível) (deformação quase toda irreversível)

• Módulo de YoungMódulo de Young ouou módulo de elasticidade módulo de elasticidade => => (derivada da curva na região elástica (linear)(derivada da curva na região elástica (linear)

• Limite de escoamentoLimite de escoamento (yield strength) (yield strength) => define a => define a transição entre região elástica e plástica => tensão transição entre região elástica e plástica => tensão que, liberada, gera uma deformação residual de 0.2%.que, liberada, gera uma deformação residual de 0.2%.

• Limite de resistênciaLimite de resistência (tensile strength) (tensile strength) => tensão => tensão máxima na curva máxima na curva de engenharia de engenharia..

DinâmicaDinâmica

• Em geral, somente sistemas oscilatórios dinâmicos são críticos para sistemas usinados

• O modelo massa-mola e geralmente utilizado

DinâmicaDinâmica

• A freqüência natural eh ponto de máxima oscilação quando a energia e armazenada mais rapidamente do que dissipada

DinâmicaDinâmica

O circuito elétrico análogo e um circuito RLC com função de transferência =

DinâmicaDinâmica

Q e o fator de qualidade e mede as perdas do sistema

DinâmicaDinâmica

Sistemas de Torção tem relações similaresSistemas de Torção tem relações similares Tensões estáticas são multiplicadas por Q Tensões estáticas são multiplicadas por Q

na dinâmicana dinâmica Amortecimento gera ruídoAmortecimento gera ruído

Trabalho para casaTrabalho para casa1.1. Usando suas próprias palavras dê uma definição simples Usando suas próprias palavras dê uma definição simples

de tensão e deformação.de tensão e deformação.

2.2. Relacione quatro tipos de biomateriais e os principais Relacione quatro tipos de biomateriais e os principais usos de cada um deles.usos de cada um deles.

3.3. Defina Biocompatibilidade e relate duas aplicações nas Defina Biocompatibilidade e relate duas aplicações nas quais a definição pode variar.quais a definição pode variar.

4.4. Quais são os metais tipicamente usados em aplicações Quais são os metais tipicamente usados em aplicações biomédicas, esclareça porque são aplicáveis e quais biomédicas, esclareça porque são aplicáveis e quais propriedades os tornam bons biomateriais.propriedades os tornam bons biomateriais.

5.5. Relacione 5 empresas brasileiras que produzem Relacione 5 empresas brasileiras que produzem biomateriais, indicando a aplicação.biomateriais, indicando a aplicação.

Enviar as respostas para Enviar as respostas para dallavalli.engquim@ufpr.brdallavalli.engquim@ufpr.br

FimFim

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