Biocerâmicos_apresentacao-12-dez

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BIOCERÂMICAS
MARIA SÍLVIA CAMARÃO DE SOUSA
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO PARÁ
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS – 
PPGEMAT
MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
TECNOLOGIA DOS MATERIAIS CERÂMICOS
22BIOCERÂMICAS
CLASSIFICAÇÃO / APLICAÇÃO
BIOMATERIAIS
MATERIAIS AVANÇADOS
SEMICONDUTORES MATERIAIS DO FUTURO
METAIS POLÍMEROS CERÂMICAS COMPÓSITOS SEMICONDUTORES
BIOCERÂMICAS
MATERIAI
S
CONVENCIONAIS
Fonte: Baseado do livro “Ciência e Engenharia de Materiais: uma Introdução”, de CALLISTER,2008.
Estruturais
Vidro
Louças
Cimento
33BIOCERÂMICAS
CONCEITOS
“São materiais empregados em componentes implantados no 
corpo humano para a substituição de partes do corpo doentes 
ou danificadas. Esses materiais não devem produzir 
substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com os tecidos 
do corpo.”
(CALLISTER, 2008).
• BIOMATERIAIS
44BIOCERÂMICAS
CONCEITOS
• BIOCERÂMICAS
“Os biocerâmicos são compostos cerâmicos biocompatíveis 
obtidos por vários processos químicos. Exibem propriedade de 
biocompatibilidade devido a similaridade com o processo 
biológico de formação de hidroxiapatita e à capacidade de 
induzir uma resposta regenerativa no corpo humano.”
(CHENG et al, 2015).
55BIOCERÂMICAS
 PROPRIEDADES DOS 
BIOMATERIAIS
•Biocompatibilidade: habilidade de um material em ser compatível 
com tecidos vivos, em especial, o corpo humano. 
 A porosidade e a rugosidade são propriedades que um biomaterial 
também deve possuir, de modo a contribuir para a adesão e proliferação 
celular.
 O corpo humano é constituído por três componentes básicos:
• Água;
• Colágeno; e,
• Hidroxiapatita.
A hidroxiapatita representa a fase mineral dos ossos e dentes. 
66BIOCERÂMICAS
 CARACTERÍSTICAS DOS BIOMATERIAIS
 Resistência a fraturas;
 Flexibilidade;
 Elasticidade.
• Propriedades mecânicas
• Biocompatibilidade
• Biofuncionalidade
• Resistência à corrosão
 O biomaterial não pode afetar o organismo;
 O organismo não pode afetar o biomaterial.
Desempenhar determinada função, 
durante um período de tempo necessário.
Resistir à ação de agentes corrosivos 
(oxidantes) do corpo humano.
77BIOCERÂMICAS
 PROPRIEDADES DAS BIOCERÂMICAS
• Biomateriais cerâmicos são isoladores de calor, e 
geralmente são usados pela sua dureza e resistência ao 
desgaste.
• Exemplo de uso:
 Articulações;
 Implantes dentários;
 Implantes para regeneração óssea;
 Válvulas de corações artificiais.
88BIOCERÂMICAS
 CLASSIFICAÇÃO DOS BIOMATERIAIS
 Bioinertes – causam resposta de tecidos mínima ou nula.
 Bioativos – estimulam a ligação de tecido vizinho com, por 
exemplo, estímulo de novo crescimento ósseo 
(osseointegração).
Biodegradáveis ou Reabsorvíveis – são incorporados no 
tecido vizinho, ou podem ser completamente dissolvidos 
após certo período de tempo.
99BIOCERÂMICAS
 CLASSIFICAÇÃO DAS BIOCERÂMICAS
TIPOS DE 
BIOCERÂMICAS
INTERAÇÕES COM OS TECIDOS EXEMPLOS
INERTES
NÃO HÁ INTERAÇÕES 
QUÍMICAS NEM BIOLÓGICAS.
ALUMINA
POROSAS
OCORRE O CRESCIMENTO 
INTERNO DOS TECIDOS 
ATRAVÉS DOS POROS 
POROSOS
ALUMINATOS E 
HIDROXIAPATITA
BIOATIVAS
OCORRE UMA FORTE LIGAÇÃO 
NA INTERFACE OSSO-IMPLANTE
BIOVIDROS, 
HIDROXIAPATITA E 
VITRO-CERÂMICAS
REABSORVÍVEIS
AS CERÂMICAS SÃO 
DEGRADADAS E SUBSTITUÍDAS 
PELOS TECIDOS
GESSO E FOSFATO 
TRICÁLCICO.
TABELA 1- QUANTO AO TIPO E INTERAÇÕES COM OS TECIDOS
Fonte: KAWACHI et al., 2000.
1010BIOCERÂMICAS
 MÉTODOS DE PREPARAÇÃO
• Os métodos de preparação têm influência sobre as 
propriedades das biocerâmicas:
O preparo de uma cerâmica e, portanto, de uma biocerâmica, 
envolve 3 etapas fundamentais:
(1)Preparo do pó;
(2)Secagem parcial do bloco conformado; e
(3)Aquecimento a altas temperaturas para obtenção do 
bloco sinterizado.
1111BIOCERÂMICAS
 MÉTODOS DE PREPARAÇÃO
(1) Preparação do Pó
 precipitações em soluções aquosas;
 reações de estado sólido;
 métodos hidrotérmicos;
 processo sol-gel; e
 microemulsão.
(2) Secagem parcial do bloco conformado
 As partículas do pó são moldadas por compactação a altas pressões e 
posteriormente submetendo-o à sinterização a temperaturas elevadas.
 Para melhorar a coesão das partículas e tornar os corpos mais densos, 
 adiciona-se água ou substâncias orgânicas, como o poli(álcool 
vinílico), seguida da secagem parcial do bloco.
1212BIOCERÂMICAS
 MÉTODOS DE PREPARAÇÃO
O aquecimento do material a altas temperaturas, leva à fusão 
superficial das partículas do pó, fazendo com que elas se aglomerem 
e formem um bloco sólido e denso;
Este procedimento resulta em cerâmicas com poros da ordem de 
alguns µm (micra);
O conceito de material poroso, sob a óptica da biocompatibilidade, 
está fundamentado em dimensões de poros;
Para que um biomaterial seja considerado macroporoso é necessário 
 que ele apresente poros da ordem do diâmetro de 50 a 250 µm.
(3) Aquecimento a altas temperaturas para sinterizar.
1313BIOCERÂMICAS
 TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO
• Técnicas de estudo in vitro
Método de contagem de células → para a avaliação da citotoxicidade e 
para o estudo do comportamento da superfície dos materiais na presença 
de fluidos corpóreos e/ou de substâncias orgânicas, como proteínas e 
enzimas;
Calorimetria de varredura diferencial (DSC), dicroísmo circular e 
espectroscopia de fluorescência → estuda o efeito sobre a estrutura do 
fibrinogênio (principal proteína do plasma) quando da sua adsorção em 
superfícies cerâmicas;
Medidas potenciométricas → estuda o potencial de interface de 
biocerâmicas de fosfato de cálcio.
 
1414BIOCERÂMICAS
 TIPOS DE BIOCERÂMICAS
CATEGORIA MATERIAIS
ÓXIDOS SIMPLES ALUMINA, ZIRCÔNIA
COVALENTES CARBONO PIROLÍTICO, TIN, SIC, SIN4
SAIS DE CÁLCIO
HIDROXIAPATITA, FOSFATOS DE CÁLCIO, TRI-FOSFATOS DE 
CÁLCIO, ETC.
SILICATOS BIOVIDROS
VITRO-CERÂMICAS APATITA/WOLLASTONITA (A/W)
COMPÓSITOS
(A/W) VITRO-CERÂMICA COM ADIÇÃO DE ZIRCÔNIA 
TETRAGONAL
TABELA 2- TIPOS DE BIOCERÂMICAS
Fonte: Adaptado de AZEVEDO et al. 2007.
1515BIOCERÂMICAS
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
Alumina
• Composição: (Al2O3)
• Característica biológica: inerte e biocompatível
• Processamento: prensagem e sinterização (1400 – 1600 ºC)
• Aditivo de sinterização: MgO (<0,5 %) para aumentar a densidade 
e obter uma microestrutura com grão mais finos.
• Estrutura: policristalina, hexagonal
• Forma de aplicação: densa
• Desvantagem: problemas de fixação (problemas de aderência do 
copo acetabular.
1616BIOCERÂMICAS
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
• Propriedades:
Alto grau de inércia química sob condições fisiológicas;
Alta resistência mecânica (flexão, compressão, fadiga, impacto)
Alta resistência ao desgaste
Boa resistência a flexão
Excelente resistência a corrosão
 Habilidade de ser polida com alto acabamento superficial;
Alumina
1717BIOCERÂMICAS
Alumina
FIGURA 1. PRÓTESE DE CABEÇA DE 
FÊMUR
Fontes: AZEVEDO et al, 2007; 
http://www.medicinadoquadril.com.br/protese
_do_quadril.php)
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
• Aplicações:
Cabeça e copo de prótese de 
fêmur
Prótese de joelho
Articulações: tornozelo, cotovelo, 
ombro, pulso, dedos
Implantes dentários
Ossículo do ouvido médio
Anéis de suporte para traqueia
Reconstrução maxilofacial
1818BIOCERÂMICAS
Hidroxiapatita
• Composição: (Ca10(PO4)6(OH)2)
• Característica biológica: bioativo e osteocondutor
• Método de recobrimento: deposição por sol-gel ou eletroquímica.
• Forma de aplicação: grânulos, pó, densa e porosa
• Desvantagem: baixa resistência mecânica, problemas de contaminação 
(quando de origem animal).
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
• É o constituinte mineral natural, encontrado no osso representando de 
30 a 70% da massa dos ossos e dentes; Ocorre raramente na natureza, 
como constituinte de várias rochas ígneas e metamórficas.
1919BIOCERÂMICAS
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
Hidroxiapatita
• Aplicações:
Raiz dentária
Reconstrução maxilofacial
Preenchimentode defeitos ósseos ao redor de implantes
Recobrimento sobre próteses metálicas e poliméricas 
Cimento ósseo
Na área oftalmológica na confecção de próteses e implantes cavitários.
• Propriedades:
Densidade 3,16 g/cm3
Boa resistência mecânica (flexão, compressão)
Tenacidade a fratura
2020BIOCERÂMICAS
Implantes de Hidroxiapatita Porosa são utilizados em forma esférica 
com diâmetros de 18, 19, 20 e 21 mm segundo o tamanho da cavidade a 
tratar.
FIGURA 2. ORBITAIS COM BIOCERÂMICA 
HIDROXIAPATITA
FONTE: ZURBA et al., 2005
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
• Exemplo de aplicação na área oftálmica:
2121BIOCERÂMICAS
Zircônia
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
• Composição: (ZrO2)
• Característica biológica: inerte e biocompatível
• Estrutura: policristalina
• Forma de aplicação: densa
➢A Zircônia apresenta três formas cristalográficas: monoclínica, 
tetragonal e cúbica dependendo da adição de componentes 
como cálcio (CaO), magnésio (MgO), ítria (Y2O3) ou céria (CeO2 ).
2222BIOCERÂMICAS
Zircônia
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
• Propriedades:
Excelente resistência mecânica a compressão, fadiga e corrosão
Boa resistência a flexão
Isolamento térmico excelente/baixa condutividade térmica;
Alta resistência à propagação de fendas e às fraturas;
Boa estabilidade química e dimensional
2323BIOCERÂMICAS
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
➢ Aplicações:
➢ A zircônia é um polimorfo utilizado como biomaterial em Odontologia
Zircônia 
• Mas sua utilização na odontologia não 
se limita, às próteses dentárias, 
abrangendo também:
confecção de pinos intra-canais;
 brackets ortodônticos; e
 implantes dentários.
FIGURA 3. PRÓTESE 
DENTÁRIA SOBRE IMPLANTE
FONTE: LEITE, 2017
2424BIOCERÂMICAS
Implante Osseointegrado
• Implante para repor dentes perdidos;
• Componentes cerâmicos disponíveis são: 
Alumina, alumina/zircônia e zircônia.
FIGURA 3. (A)CONJUNTO PILAR E ADAPTADOR PARA IMPLANTES (B) 
ASPECTO DE COROAS SOBRE OS PILARES (C) PILAR 
IMPLANTADO NO PACIENTE
(A) (B) (C)
Fonte: AZEVEDO et al, 2007.
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
2525BIOCERÂMICAS
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
Boa resistência;
Durabilidade;
“Tromboresistência”, ou habilidade 
de suportar coagulação sanguínea.
• O Carbono Pirolítico é constituído unicamente de átomos de 
Carbono ligados covalentemente.
• É geralmente utilizado em válvulas de corações artificiais e em 
pequenas juntas ortopédicas como dedos e inserções espinhais.
Carbono Pirolítico
FonteSILVA, 2002.
FIGURA 5. (A) PRÓTESES DE 
BOLA (B) PRÓTESES 
VALVULARES DE DISCO
(A) (B)
2626BIOCERÂMICAS
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
Vidros Bioativos
Chamado de Bioglass 45S5
Composição : SiO2, Na2O, CaO, P2O5, CaF2
Característica : capacidade de promover uma rápida e durável ligação 
química com o tecido ósseo.
Desvantagem: baixa resistência mecânica à fratura e possui tendência à 
cristalização.
Processamento: fundição e sol-gel
2727BIOCERÂMICAS
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
Vidros Bioativos
●Propriedades:
✔ Boa resistência a compressão
✔ Alta solubilidade
✔ Baixa dureza
✔ Baixa resistência mecânica
✔ Baixa tenacidade a fratura
✔ Baixa resistência a flexão
2828BIOCERÂMICAS
 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
Vidros Bioativos
Fonte: https://www.bonalive.com
• Aplicações:
Raiz dentária
Reconstrução maxilofacial
Reconstrução do ouvido médio
Preenchimento de defeitos ósseos 
Figura 6. Preenchimento ósseo
2929BIOCERÂMICAS
 REFERÊNCIAS
1.AZEVEDO, V. V. C. et al. Materiais cerâmicos utilizados para implantes. Revista 
Eletrônica de Materiais e Processos, v.2.3, p. 35-42. 2007.
2.CALLISTER,Jr.,William D.; RETHWISCH, David G. Ciência e Engenharia de Materiais: 
uma introdução. 7. Ed. Rio de Janeiro – RJ : LTC, 2008.
3.CHENG, L.; YE, F.; YANG, R.; LU, X.; SHI, Y.; LI, L. et al. Osteoinduction of 
hydroxyapatite/beta-tricalcium phosphate bioceramics in mice with a fractured fibula. Acta 
Biomater 2010; 6(4):1569-74.
4.KAWACHI, Elizabete Y. ; BERTRAN, Celso A.; REIS, Ralpho R. dos; ALVES, Oswaldo L. 
Biocerâmicas: Tendências e Perspectivas de uma Área Interdisciplinar. Instituto de Química 
- UNICAMP - Campinas – SP, 2000.
5.RODRIGUES, Miguel Ângelo A. Desenvolvimento de um Biomaterial de Alumina 
para Futura Aplicação em Regeneração Óssea. Dissertação (Mestrado). Universidade 
da Beira Interior. Covilhã. Portugal, 2010.
6.SARTORI, Thaune Aparecida I. da C.; Biocerâmicas: Tendências e Perspectivas de uma 
Área Interdisciplinar. Dissertação (Mestrado). Faculdade de Zootecnia e Engenharia de 
Alimentos. Universidade de São Paulo – Pirassununga/SP, 2015.
7.ZURBA, N.K.; FREDEL, M.C.; FERNANDES, M.H.V.; BARRA, G.M.O. Estudo Sobre 
Biocerâmicas Com Aplicações Oftalmológicas. 49º Congresso Brasileiro de Cerâmica. São 
Pedro/SP, 2005.
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Obrigada!
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