TÍTULO E OBJETIVO

TÍTULO

Caracterização de filmes duros de carbono amorfo DLC depositados em biomateriais empregados em próteses ortopédicas .

OBJETIVO

►Prolongar a vida útil da prótese do quadril .

►Caracterização físico-química, mecânica e tribológica do conjunto filme/substrato.

PAR DE ATRITO

Articulação coxo femoral

Região onde deve ocorrer a substituição da cabeça do fêmur quando comprometida .

SUBSTITUIÇÃO DE ARTICULAÇÃO

Prótese total de fêmur apresentando cabeça

intercambiável

Taça acetabular – UHMWPE

Esfera – CoCrMo

Haste Cimentada - CoCrMo

RESUMO

- Com base em resultados obtidos anteriormente , é possível salientar que os filmes de carbono amorfo diamond like carbon “DLC” depositados no metal/liga metálica/cerâmica podem ser utilizados para a melhoria das propriedades tribológicas dos pares “polietileno-metal/liga metálica/ cerâmica” com o fim de aplicação nos biomateriais.

- O desgaste do polietileno de alto peso molecular e, em conseqüência as partículas geradas , provocam não só a destruição de sua superfície , mas também a ocorrência de osteólise com a perda da capacidade asséptica da articulação artificial vindo a limitar o tempo da sua vida útil.

- É por esta razão, o interesse considerável em novos filmes DLC sem hidrogênio ou com baixo teor os quais depositados no polietileno irão levar ao aperfeiçoamento na solução deste problema, pois só as partículas de carbono serão produzidas pelo processo de desgaste .

MÉTODOS – DEPOSIÇÃO DOS FILMES

CVD – CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION As tentativas experimentais em revestir o polietileno pelo filme de

carbono amorfo duro e resistente ao desgaste usando o método de deposição química de vapor não obteve sucesso , pois os filmes obtidos continham hidrogênio e não possuíam dureza suficiente ( < 10 GPa em metais) . O alto nível das tensões residuais de compressão e a inércia química, diminuem a aderência desses filmes causando trincamento e sua delaminação sob alta carga de contato .

PVD – PLASMA VAPOUR DEPOSITIONO método de descarga por arco pulsado dá possibilidade de intervalos para que a deposição ocorra entre impulsos. Trabalho com temperaturas entre 25°C - 50°C . Isso dá a posibilidade de trabalhar com polietileno sólido .Acima de 80°C a estrutura cristalina do polietileno transforma-se em amorfa dando início a liberação de hidrogênio. Começa a ocorrer a difusão do hidrogênio podendo penetrar no filme de carbono fazendo com que o mesmo diminua suas propriedades mecânicas como dureza e módulo de elasticidade .

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Na literatura não se encontram dados sobre a deposição de filmes duros de carbono amorfo no polietileno .

Atualmente são realizadas mais de 400 000 cirurgias de substituição de articulação de quadril por ano no mundo .

Os registros de substituições da articulação coxo femoral somam-se em mais de 25 000 000 de pessoas no mundo que já tiveram substituição total ou parcial do quadril .

A dureza do filme de carbono amorfo ta-C depende da quantidade relativa de ligações de grafite sp2 e/ou ligações de diamante sp3 . A relação sp3/sp2 das quantidades relativas de ligações diamantadas sp3 e ligações de grafite sp2 no filme DLC ta –C depende exclusivamente dos parâmetros de sua obtenção .

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Os dados da literatura e os resultados das pesquisas que serão desenvolvidas das propriedades físico-químicas , físico-mecânicas, determinação da nano-dureza, módulo de elasticidade, aderência e coeficiente de atrito dos filmes DLC ta-C , permitirão aceitar estes filmes como um biomaterial promissor para a aplicação na medicina, em particular na articulação coxo-femoral .

METODOLOGIA

CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA

EELS (Espectroscopia de perda de energia de elétrons)-sp3/sp2

Espectroscopia Auger (*)MEV (**)(*)(**) Macro e micro estrutura da superfície e regiões sub-superficiais à interface filme/substrato e tensões residuais internas.

CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA

Nanoindentação – tenacidade à fraturaIndentação Rockwell – análise qualitativa da adesão filme/substratoObtenção do coeficiente de atrito e velocidade de desgaste

PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

Preparação dos substratos de polietileno de peso molecular ultra alto

Serão preparados 4 pinos de 10 mm de diâmetro por 4 mm de alturaSerá polido apenas o lado onde estará sendo depositado o filme de carbono amorfo pelo método de descarga de arco pulsado .

4 Discos com 54,3 mm de diâmetro com 4 mm de altura.3 amostras com 10 x 20 x 40 mm2 amostras 5,95 x 20 mm

Preparação de amostras metálicas

CoCrMo 9 amostras - diâmetro de 5,95 mm x 20 mm de alturaAço Inox F 138 - 2 amostras 5,95 x 20 mm

Espessuras dos Filmes e Ensaios

POLIETILENO DE ALTO PESO MOLECULAR

Espessuras da deposição : 0,1 ; 0,3 ; 0,5 ; 0,7 ; 1 mm

CoCrMo e Aço F 138

Espessura de deposição 1,3, 3.9, 9, 12 μm

Ensaios Tribológicos

pino sobre disco

pino sobre plano

Ensaios Mecânicos

Nanoindentação

Ensaio Rockwell (dará a análise qualitativa da adesão filme/substrato)

RESULTADOS ESPERADOS

► Conhecer o comportamento tribológico e propriedades mecânicas de biomateriais revestidos para utilização em próteses na região coxo-femoral.

► Conhecer os filmes quanto ao teor de H e relações sp3/sp2

► Fornecer resultados relevantes na área da biotecnologia aplicada à saúde

► Reduzir o número de reientervenções cirúrgicas devido a perda da prótese por osteólise.