MATERIAIS METÁLICOS

Biomateriais

produto semi acabado

fusão

fundição lingotemetalurgia pó

Matéria prima

soldagem usinagem

produto acabado

conformação

Processos fabricação

Mecânicos (tensão) Metalúrgicos (temperatura)

APLIC. ≥ RUPTURA APLIC. ≤ RUPTURA

metalurgia do pótrefilação

laminação

extrusão

forjamento

TAPLICADA <TFUSÃO TAPLICADA >TFUSÃO

usinagem

fundição

soldagem

lingotamento

• 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

Implantes metálicos

Áreas de aplicaçãoRegeneração óssea: auxiliar na regeneração

de fratura óssea ou substituição de partes removidas

Vascular: parte de componentes em válvulas cardíacas

Odontologia: substituição de raiz dentária ou preenchimento da cavidade dental, reparação de zonas maxilares

Endoprótese (artroplastia): prótese articulares do quadril, joelho, ombro

temporário (auxiliar no tratamento de reparação óssea): pregos intramedulares, parafusos, placas, fios, hastes, garras, pinos, etc.

permanentes: próteses articulares, pinos, implantes dentários, etc.

Implantes Metálicos - Formas de aplicação

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

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

Falhas típicas de implantes metálicos

Implantes temporários

Hastes

Resistentes ao ataque corrosivo por fluídos fisiológicos

Resistentes a fadiga durante a vida útil desejada

Conformabilidade em qualquer formato requerido

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

Implantes permanentes - Requisitos

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 ou

zircônia) Joelho: maior chance de falha, Ligas de Ti ou CoCr na parte femural, PEUAPM na parte tibial

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)

Próteses Articulares -Tipos

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

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)

Aços inoxidáveis 316L (ASTM F-138)

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

Ligas de Cobalto-Cromo (F75, F799)

usado como recobrimento poroso sobre ligas de titânio

implantes dentários

Titânio – puro (ASTM F-67)

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

Ligas de titânio (ASTM F-136)