Liberação de íons por biomateriais metálicos

Nomes: Andrei Sachetti, Djonatan C. da Rocha, Mateus Quadros, Marcelo Erico Nazar, Marcelo Melchior.

Biomateriais

• É qualquer material sintético que substitui ou restaura a função de tecidos do corpo e que mantém contato contínuo ou intermitente com os fluidos. Considerando que haverá contato com os fluidos, é essencial que o material apresente biocompatibilidade.

Biocompatibilidade

• É a capacidade do material em desempenhar uma função específica no organismo sem que provoque reações alérgicas, inflamatórias ou tóxicas, quando em contato com os tecidos vivos ou fluidos orgânicos.

Biomateriais Metálicos

• São materiais formados por apenas um elemento, apresentando estrutura geométrica bem definida.

• No entanto, os materiais metálicos podem sofrer corrosão, que é um processo pela ação química ou eletroquímica. Os meios corrosivos para biomateriais metálicos são os fluidos corporais, porque contêm: água, oxigênio, proteínas e íons.

Vantagens biomateriais metálicos

• Possuem alta resistência mecânica;

• Resistência ao desgaste;

• Fabricação relativamente fácil.

Desvantagens biomateriais metálicos

• Pode ocorrer a corrosão;

• Acontecem ruídos do metal com o metal;

• Pode ocorrer a liberação de íons, o que causa danos ao organismo se os mesmo forem tóxicos ou houver algum tipo de alergia aos íons metálicos liberados.

Corrosão de biomateriais

• A corrosão é a reação de um material com o ambiente em que está inserido. A corrosão é um fenômeno que pode ser de natureza química ou de natureza eletroquímica, ou seja, é um processo que envolve tanto reações de oxidação como de redução. As formas de corrosão podem ser separadas em dois tipos: localizada e generalizada. Quando pilhas de corrosão separadas podem ser distinguidas pela variação do potencial sobre a superfície metálica, ou pelo aparecimento de correntes de corrosão ou de produtos de corrosão separados, anódicos e catódicos, tem-se a corrosão eletroquímica localizada. No caso oposto, a corrosão é do tipo generalizada.

• Muitos metais e ligas metálicas apresentam uma fina película que fornece proteção contra a corrosão. Esta é formada pela reação da superfície do metal com o meio ambiente e é responsável pelo fenômeno da passivação. No caso de aços inoxidáveis, cromo e níquel são usados como elementos de liga já que são facilmente passivados. Em teores de cromo entre 12% e 18%, as propriedades do Cr são incorporadas ao aço e, o valor do potencial de passivação varia daquele típico do ferro para aproximadamente o do cromo, aumentando a resistência à corrosão.

Mecanismos de corrosão

• Corrosão por pite a falha na película passiva, muitas vezes de forma localizada, resulta em ataque ou corrosão localizada que pode ocorrer na forma de pites, corrosão Inter granular, corrosão sob tensão e corrosão associada à fadiga .A corrosão por pite é um ataque localizado, na grande maioria das vezes sobre uma superfície recoberta com óxido. Um pite é iniciado pela adsorção de ânions ativadores, particularmente, íons cloreto. Quando o potencial de pite é atingido, a força do campo elétrico nas partes mais finas do filme será tão alta que os íons cloreto podem penetrar no filme, iniciando a dissolução localizada do filme óxido. Assim, tão logo um pite tenha se formado, este continuará a crescer.

• O mecanismo de corrosão por pite se dá por nucleação e crescimento do mesmo, o qual cria condições para a sua propagação, que são: o enriquecimento de íons cloreto no pite, geração de uma solução ácida dentro do pite, pela hidrólise de íons metálicos, alta condutividade da solução de sal, pelo suprimento limitado de oxigênio e na parte externa do pite, a formação de uma camada de hidrato, contra-atacando a diluição da solução do pite por difusão e convecção. Embora todos os biomateriais metálicos atualmente utilizados tenham suas propriedades de corrosão bem caracterizadas, muitos processos de fabricação de dispositivos podem alterar a resistência à corrosão dos produtos acabados. A dispositivos com formatos complexos, com cantos, recessos e outras irregularidades de projeto, podem ter sua resistência à corrosão localizada afetada.

• O efeito da corrosão em implantes no corpo humano propõe-se que se deve distinguir entre três tipos de corrosão:

• Baixa difusão metálica através da camada de óxido para o meio;

• Pouca corrosão observável;• Corrosão extensiva a toda a área do implante. Nos dois

primeiros casos há alguma interação com os tecidos adjacentes ao implante, o que geralmente não implica em efeitos clínicos significativos. O efeito de ataque localizado para o material é mais grave quanto à sua resistência mecânica, podendo levar a falhas por fraturas já no terceiro caso há uma influência direta no paciente.

Substituição de Biomateriais

• Nos últimos anos têm sido divulgados em todo o mundo vários trabalhos científicos sobre o desenvolvimento de novas técnicas e biomateriais para substituição de partes de ossos humanos, perdidos por acidentes ou doenças.

Matrizes produzidas com biomateriais cerâmicos e polímeros que induzem o crescimento dos ossos.

• No Brasil, pesquisadores das universidades Estadual de Campinas (Unicamp) e Federal do Pará (UFPA) e do Instituto Federal do Pará (IFPA) criaram recentemente dois tipos de ossos sintéticos. Esses novos biomateriais são formados por polímeros e principalmente por nano partículas minerais de hidroxiapatita (HA), um material preparado a partir de fosfato de cálcio que induz o crescimento do tecido ósseo e a revascularização da área de implante.

• No caso dos transplantes entre indivíduos ou espécies diferentes há grande risco de infecções ou rejeição. Por isso existe a necessidade de criação de ossos sintéticos para implantes. O problema é que eles diferem dos enxertos naturais em sua estrutura e composição e, portanto, nem sempre têm todas as características essenciais necessárias para substituir o tecido humano.

Imagem gráfica de mandíbula de rato produzida com polímero de açaí.

• As grandes lesões, no entanto, necessitam de procedimentos cirúrgicos para auxiliar os ossos a se reabilitarem e, na maioria dos casos, os biomateriais são essenciais para permitir a migração de células responsáveis pela produção de um tecido ósseo.

Exemplo – Substituição do Joelho

• Problema principal: Danos na cartilagem levam a vários problemas de artrites.

• Sintomas: dores e imobilidade.• Solução: implantes de joelhos.• Resultados: Diminuição ou eliminação das

dores, melhora na resistência da perna e melhora na qualidade de vida.

Placas Ósseas• são usadas placas de Ni-Ti para substituir ossos.

fraturados as placas Ni-Ti são resfriadas e colocadas na zona afetada a temperatura do corpo aquece as placas que contraem, exercendo pressão controlada.