Leitura Fundamental (PDF para download)

Prévia do material em texto

BIO E NANOMATERIAIS
W
BA
07
68
_v
1.
0
22 
Katielly Tavares Dos Santos
Rafael Misael Vedovatte 
Londrina 
Editora e Distribuidora Educacional S.A. 
2019
Bio e nanomateriais 
1ª edição
33 3
© 2019 POR EDITORA E DISTRIBUIDORA EDUCACIONAL S.A.
Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida 
de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia, gravação ou 
qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação, sem prévia autorização, 
por escrito, da Editora e Distribuidora Educacional S.A.
Presidente
Rodrigo Galindo
Vice-Presidente de Pós-Graduação e Educação Continuada
Paulo de Tarso Pires de Moraes
Conselho Acadêmico
Carlos Roberto Pagani Junior
Camila Braga de Oliveira Higa
Carolina Yaly
Giani Vendramel de Oliveira
Juliana Caramigo Gennarini
Nirse Ruscheinsky Breternitz
Priscila Pereira Silva
Tayra Carolina Nascimento Aleixo
Coordenador
Nirse Ruscheinsky Breternitz
Revisor
Thaís Fernandes Schmidt
Editorial
Alessandra Cristina Fahl
Beatriz Meloni Montefusco
Daniella Fernandes Haruze Manta
Hâmila Samai Franco dos Santos
Mariana de Campos Barroso
Paola Andressa Machado Leal
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Vedovatte, Rafael Misael 
V416b Bio e nanomateriais/ Rafael Misael Vedovatte, Katielly 
 Tavares Dos Santos – Londrina: Editora e Distribuidora
 Educacional S.A. 2019.
 150 p.
ISBN 978-85-522-1636-0
1. Evolução dos materiais. 2. Estruturas cristalinas. I. Vedovatte,
Rafael Misael. II. Santos, Katielly Tavares Dos. Título.
 CDD 620
Thamiris Mantovani CRB-8/9491
2019
Editora e Distribuidora Educacional S.A.
Avenida Paris, 675 – Parque Residencial João Piza
CEP: 86041-100 — Londrina — PR
e-mail: editora.educacional@kroton.com.br
Homepage: http://www.kroton.com.br/
44 
BIO E NANOMATERIAIS
SUMÁRIO
Apresentação da disciplina 5
Definição e classificação de biomateriais 7
Propriedades mecânicas dos biomateriais para 
aplicações em próteses internas e externas 29
Biomateriais metálicos, cerâmicos e 
poliméricos: estrutura e propriedades 46
Introdução à nanociência e nanotecnologia, 
tipos e classificação de nanomateriais 69
Síntese eletroquímica de materiais nanoestruturados 
e nanomateriais magnéticos 88
Filmes nanoestruturados, nanocompósitos 
de matriz polimérica e argila lamelar 108
Incorporação de nanomateriais e 
nanotecnologia com o meio ambiente 130
55 5
Apresentação da disciplina
Esta disciplina vai tratar dos diferentes materiais referentes a Bio e 
Nanomateriais que são assuntos que estão altamente em foco no meio 
tecnológico, com muitas pesquisas envolvendo estes tipos de materiais 
e, como consequência, há muitos investimentos. Os biomateriais 
estão sendo amplamente utilizados na área da saúde, seja ela qual 
for a aplicação médica, dentária ou outras diversas. Os nanomateriais 
estão sendo largamente usados na área eletrônica, como dispositivos 
eletrônicos e de alta tecnologia. Além disso, os nanomateriais 
também são utilizados em biomateriais. Assim, no final das contas, 
uma tecnologia vai se juntando a outra e a evolução dos conceitos 
tecnológicos vai acontecendo. 
Para os biomateriais, é importante conhecer o conceito, como eles são 
classificados, quais são os tipos de classificação, quais são as aplicações 
que eles têm, como eles são denominados, como eles são aplicados, 
o que deve ser tratado, qual é a relevância de um biomaterial para 
um implante e o que significa biocompatibilidade (interação, resposta 
biológica dele com o organismo onde ele é implantado) e como toda 
essa situação vai melhorar a condição de vida do ser vivo que recebeu 
o implante.
Já na parte de nanomateriais, é importante conhecer seu conceito, qual 
é a diferença entre eles e os outros materiais, como os micromateriais. 
É importante também saber distinguir um nanomaterial e saber 
quais são os meios mais comuns de aplicação. Também é relevante 
o conhecimento da trajetória histórica para a criação/descoberta dos 
nanomateriais – como o nanotubo de carbono –, do desenvolvimento 
à aplicação desses materiais, as inovações tecnológicas, tendências e 
consequências de sua aplicação.
No final, os bio e nanomateriais estão interligados, porque o mercado 
já desenvolveu os bionanomateriais, que nada mais são do que 
66 
nanomateriais mas que têm biocompatibilidade com organismos vivos. 
Ou seja, podem ser implantados/usados como fármacos, fazendo o 
transporte de uma quantidade exata de medicamento para um local 
específico do organismo.
Assim, conseguimos compreender como estes assuntos de biomateriais 
e de namomateriais podem ser complementares e trazer inúmeros 
benefícios, apesar de suas diferenças. Compreendemos melhor quais 
são as características desses materiais, como eles são aplicados, quais 
inovações tecnológicas vem aí, como eles já são aplicados e quais são os 
potencias de aplicação. 
Bons estudos!!
77 7
Definição e classificação 
de biomateriais 
Autora: Katielly Tavares dos Santos 
Objetivos
• Compreender a definição e classificação dos 
biomateriais. 
• Entender a evolução histórica dos acontecimentos 
até a descoberta dos biomateriais. 
• Compreender as relações entre biomateriais 
e a resposta biológica.
88 
1. Biomateriais: definição
Os materiais, em geral, podem ser basicamente divididos três grandes 
categorias: metais, cerâmicas e polímeros. Eles são classificados, 
principalmente, em função das características das ligações químicas 
entre os átomos e das propriedades químicas e físicas apresentadas. 
Contudo, outras classes de materiais vêm apresentando destaque na 
ciência, como os compósitos, os materiais inteligentes e os biomateriais, 
nosso objetivo de estudo (CALLISTER Jr.; RETHWISCH, 2016).
Em razão de suas especificidades, os biomateriais são considerados 
uma classe especial de materiais. Por esse motivo, podem ser do tipo 
metálico, cerâmico, pelomérico, compósitos ou do tipo recobrimento. 
Assim, podemos definir biomaterial como um material, ou combinação 
de materiais, natural ou não, utilizado para substituir, total ou 
parcialmente, sistemas biológicos.
Além disso, os biomateriais compreendem um campo extenso que 
tem sido desenvolvido de forma significativa e constante nos últimos 
anos, abrangendo aspectos da medicina, biologia, química e ciência de 
materiais. Os biomateriais têm sido utilizados para diversas aplicações, 
tais como substitutos de sistemas biológicos, abrangendo placas ósseas, 
cimento ósseo, ligamentos e tendões artificiais, implantes dentários para 
fixação de dentes, próteses de vasos sanguíneos, válvulas cardíacas, 
tecido artificial, lentes de contato e implantes mamários.
Justamente por isso, dizemos que materiais desse tipo devem ser 
biocompatíveis, ou seja, provocar a menor reação possível quando 
utilizados em um organismo. É importante ressaltar que esses tipos 
de materiais são projetados para um fim específico, ou seja, podem 
apresentar biocompatibilidade para uma função e não compatível a outra.
Para a escolha adequada e correta de um material biocompatível, 
deve-se inicialmente verificar as propriedades necessárias que 
esse material deve apresentar. Para isso, é de suma importância 
99 9
compreender a relação entre a microestrutura apresentada com as 
propriedades obtidas. 
Escolher adequadamente o material é apenas o primeiro passo para o 
sucesso de sua aplicação. Contudo, o caminho para a escolha adequada 
do material e o desenvolvimento do projeto é longo, passando pelas 
etapas de fabricação, obtenção ou síntese, testes bioquímicos e 
biológicos. E ainda, para caracterizar um material como biomaterial, e 
garantir o sucesso na utilização, ele deve passar por algumas etapas de 
testes específicos, denominados in vitro e in vivo.
ASSIMILE
In vitro – que apresenta significado “em vidro”, é uma 
expressão designada a processos biológicos executados 
externamenteaos sistemas vivos, em ambientes 
laboratoriais fechados, com condições controladas.
In vivo – apresenta significado “dentro do vivo”, está 
relacionado com experimentos realizados no interior de 
organismos ou tecidos vivos.
Em um futuro próximo, é esperado que os biomateriais aumentem a 
regeneração de tecidos naturais, promovendo assim a restauração dos 
mecanismos estruturais, funcionais, metabólicos e comportamento 
bioquímico, bem como desempenho biomecânico.
1.1 Classificação dos biomateriais
Podemos classificar os biomateriais de duas formas: através de seu 
comportamento biológico (baseada na resposta do organismo após o 
implante do biomaterial) e de sua composição química (baseada nas 
propriedades intrínsecas do biomaterial).
1010 
Levando em consideração a resposta biológica causada pelos 
biomateriais nos tecidos corpóreos, segundo a compatibilidade com os 
tecidos adjacentes, podemos classificar os biomateriais por (PARK, 2007):
• Bioinerte: são inertes e não provocam reação no organismo onde 
são implantados. Nesse caso, os implantes estão em contato 
direto com o tecido e, mesmo assim, por serem inertes, não 
ocorrem reações do tecido com o implante. Como exemplo temos 
titânio, alumina, zircônio e carbono. 
• Biotolerante: a aceitabilidade do implante com o organismo ocorre 
de forma moderada. Nesse caso, normalmente ocorre a formação 
de um tecido fibroso rodeando o implante. Como exemplo temos 
aço inoxidável e a liga de cromo-cobalto.
• Bioativo: ocorre a interação química entre o implante e o tecido 
ósseo. Como exemplo temos hidroxiapatita e vitro-cerâmicas.
• Bioreabsorvíveis: após um tempo de implantados, são absorvidos 
pelo organismo. São interessantes para os casos em que é 
desaconselhável uma intervenção cirúrgica para a retirada do 
implante. Como exemplo temos fosfato tricálcico ou assumir 
completamente a função dos tecidos não funcionais no 
corpo humano são chamados de biomateriais. A utilização de 
biomateriais na substituição completa ou parcial de órgãos e 
tecidos danificados ou doentes, tem apresentado resultados 
satisfatórios, melhorando a qualidade de vida e prolongando a 
expectativa de vida média, aumentando ainda mais o interesse no 
campo dos biomateriais (RATNER, 2013).
Embora o conteúdo de biomateriais seja um novo campo 
interdisciplinar, suas aplicações datam de milhares de anos atrás. 
Os olhos de vidro, narizes de metal e dentes de marfim descobertos nas 
múmias egípcias são bons exemplos disso. E ainda, os lendários ganchos 
de ferro e as pernas de madeira dos piratas também são exemplos bem 
conhecidos. E mais, o crânio da mulher Tlailotlacan da antiga Teotihuacan. 
1111 11
Figura 1 – Mulher da antiga Teotihuacan com implantes dentários
Fonte: Goguitchaichvili et al. (2017).
Da mesma forma, os substitutos ósseos de bronze e cobre datados 
de antes de Cristo e projetados para serem implantadodos no 
corpo humano também devem ser classificados como biomateriais. 
Especialmente, os implantes feitos de cobre foram usados até meados 
do século XIX, devido à falta de materiais melhores. Contudo, o cobre 
acabou sendo substituído por aço inoxidável. 
O uso de ouro na odontologia remonta há cerca de 2000 anos atrás. 
Hipócrates menciona em seus escritos sobre fios de ouro sendo 
usados como suturas para costurar tecidos juntos. Os aparelhos 
preparados a partir de ossos de cadáveres e marfim, por volta de 1880, 
para uso em ortopedia, também são classificados como biomateriais 
(GOGUITCHAICHVILI et al., 2017).
No início da utilização de biomanterias para substituir partes doentes, 
os tecidos e órgãos danificados rapidamente se infectavam e, por 
isso, eram removidos cirurgicamente. A taxa de sucesso nesses 
procedimentos cirúrgicos era bastante baixa devido à falta de 
esterilização. Contudo, por volta de 1870, Joseph Lister mostrou a 
1212 
importância da esterilização e, após seu uso nas salas de operações, 
os procedimentos cirúrgicos tornaram-se mais bem-sucedidos 
(GOGUITCHAICHVILI et al., 2017).
Sendo assim, vemos que os biomateriais estão em uso desde os 
primórdios da história, mas não eram chamados assim. Uma das 
observações mais emocionantes que levou ao nascimento de um 
campo completamente novo foi a do Perspex® (polimetilmetacrilato, 
conhecido como PMMA), que eram lascas ou estilhaços encontrados 
nos olhos de atiradores de elite da Segunda Guerra Mundial. 
O Dr. Ridley, cirurgião, percebeu que essas lascas eram inertes com 
o corpo humano, então comprou uma folha de Perspex Imperial 
Chemical Industries (ICI) e usinou-a na forma de lentes, iniciando 
a indústria de lente intra-ocular (IOL). Essas lentes Perspex® 
foram usadas em pacientes com cataratas, cujas lentes naturais 
perdiam sua transparência com o tempo, prejudicando a visão 
(GOGUITCHAICHVILI et al., 2017).
Em linha similar, o Dr. John Charnley projetou o primeiro 
implante de quadril total com cabeça femoral dirigida e corpos 
de Teflon. Mas eles foram um desastre! Contudo, quando ele 
substituiu o polímero por polietileno de ultra-alto peso molecular 
(UHMWPE), os resultados foram tão bons que seu implante de 
quadril foi comparado com um quadril moderno em termos de 
vida clínica. Eles duraram de 10 a 15 anos. No final da Segunda 
Guerra Mundial, outro médico e inventor, Dr. Wilhem Kolff, levou 
embalagens de salsicha feitas de celulose, ligou-as a uma máquina 
de lavar e dialisou o sangue de pacientes renais, salvando-os 
de morte certa. Com o tempo, as propriedades exigidas de um 
biomaterial foram claramente identificadas. O Quadro 1 mostra 
resumidadmente o desenvolvimento do uso de biomateriais com a 
evolução do tempo (LOURES, 2011).
1313 13
Quadro 1 – Olhar histórico sobre biomateriais
Ano Aplicação
600 a.C. Reconstrução nasal.
XVIII/XIV Uso de fios de ferro, ouro, prata e platina na estabilização de fraturas ósseas.
1860-1870 Uso de esterilização em procedimentos cirúrgicos.
1893-1912 Uso de pregos e placas de aço inoxidável em fixação de fratura.
1912 Desenvolvimento de aço inoxidável vanádio resistente à corrosão e ligas de aço para aplicações médicas.
1926 Uso de parafusos no reparo da fratura do colo do fêmur.
1926 Preparação de ligas contendo molibidênio não corrosivo.
1931 Design de pregos de metal para uso nas fraturas do pescoço do fêmur.
1938 Primeira prótese total de quadril.
1940 Uso de acrílicos como substitutos da córnea.
1944 Desenvolvimento de sistemas de hemodiálise.
1946 Uso de polímeros com propriedades mecânicas adequadas em prótese de quadril.
1952 Enxertos vasculares com materiais têxteis.
1953 Aplicação de balões intravasculares.
1958 Uso de cimento ósseo acrílico em prótese total de quadril.
1958 Primeira estimulação cardíaca bem-sucedida.
1960 Aplicação de válvula cardíaca.
1980s Aplicação de coração artificial.
1980s Dispositivos controlados por computador, materiais inteligentes.
1990s Engenharia de tecidos, desenvolvimento de tecidos artificiais e órgãos.
2000s Nanobiomateriais.
Fonte: adaptado de Loures (2011).
1414 
PARA SABER MAIS
A impressão 3D é realidade em vários campos da 
ciência, inclusive para biomateriais. Com o auxílio de 
tinta biocompatível, os órgãos ou tecidos impressos 
apresentam riscos baixos de rejeição. Leia mais sobre 
isso no artigo Impressão 3D: inovações no campo da 
medicina (MATOZINHOS, 2017).
Dessa forma, os estudos e aplicações mais recentes em 
biomateriais estão voltadas para nanobiomateriais, com 
o foco principal em desenvolvimentos de tratamentos de 
superfície, administração de medicamentos e imagens, 
utilizando biomateriais nanotécnicos, com as abordagens 
nanotecnológicas que eram anteriormente utilizadas 
apenas na indústria de eletrônicos.
1.2 Biomateriais e a resposta biológica
De acordo com o tipo de tecido a ser substituído no corpo, os 
biomateriais podem ser geralmente categorizados em materiais duros, 
utilizados na substituição de ossos (aplicações dentárias e ortopédicas), 
ou materiais moles, utilizados em cirurgiascardiovasculares (coração e 
vasos sanguíneos) e cirurgia plástica.
Os metais são utilizados como o primeiro grupo a ser considerado para 
a substituição de tecidos duros, e os polímeros para a substituição 
de tecidos moles. De fato, todos os três grandes grupos de sólidos 
(metais, plásticos e cerâmicas) estão representados entre os materiais 
de substituição óssea para várias aplicações, e novos compostos estão 
surgindo em ritmo acelerado para oferecer substitutos próximos.
Em geral, dispositivos médicos e próteses são muitas vezes constituídos 
de mais de um tipo de material. Por exemplo, a prótese de substituição 
1515 15
da junção da cabeça femoral com o quadril, muitas vezes chamada 
de anca (Figura 2), consiste principalmente em uma cabeça de metal 
acoplada com um soquete de polietileno de ultra-alto peso molecular.
Figura 2 – Prótese de substituição da junção 
da cabeça femoral com o quadril
Fonte: alex-mit/iStock.com.
O avanço da ciência e da tecnologia levou a um progresso considerável 
no desenvolvimento de uma nova geração de implantes e dispositivos 
médicos com melhor desempenho, em termos de materiais químicos, 
propriedades mecânicas e características da superfície.
Dessa maneira, o uso de materiais na reconstrução de tecidos é para 
fornecer estabilidade estrutural durante a cicatrização ou para substituir 
o tecido comprometido. Não é de surpreender que inicialmente o 
critério mais importante na escolha desses materiais era a inércia 
química. Dependendo do grau de inércia de um material, a resposta 
imunológica do corpo provoca encapsulamento fibroso do implante de 
espessura variável. Geralmente, os materiais de implantes convencionais 
apresentam força mecânica e tempo de vida, mas são biologicamente 
inativos (quase inertes), ou seja, apresentam falta de ligação direta com o 
tecido hospedeiro. Os implantes metálicos foram amplamente utilizados 
em grandes aplicações de suporte de carga, como próteses de quadril e 
implantes dentários devido às excelentes propriedades mecânicas.
1616 
Materiais bioativos são conceitualmente diferentes dos materiais 
bioinertes, pelo fato da reatividade química ser desejável e realmente 
essencial. Os materiais bioativos (cerâmicas bioativas, vidros e 
vitrocerâmicas) são capazes de promover a formação de osso em 
sua superfície e criar uma interface que contribua para a longevidade 
funcional do tecido.
Os fosfatos de cálcio são os principais constituintes do mineral ósseo. 
A maioria do fosfato de cálcio é sintético e amplamente utilizado para 
substituição óssea. A mais comum é conhecida como hidroxiapatita (HA), 
de fórmula química Ca10(PO4)6(OH)2, em função de suas similaridades 
químicas para o componente inorgânico de ossos e dentes. A Figura 3 
apresenta a estrutura para a HA.
Figura 3 – Estrutura da Hidroxiapatita (HA)
Fonte: Kay et al. (1964), citado por Mavropoulos (1999). 
Inicialmente, foi utilizado o aço inoxidável para cirurgias de substituição 
precoce do quadril, mas com o avanço na tecnologia de processamento 
de materiais, o aço inoxidável tem sido geralmente substituído por 
ligas de cobalto e titânio. Apesar das preocupações com a corrosão 
de metais, as ligas metálicas são os materiais utilizados nas principais 
aplicações de próteses para o quadril. Por exemplo, ligas de titânio 
1717 17
(Ti6Al4V) apresentam melhor resistência à corrosão em comparação 
com o aço inoxidável (316 e 316L), e ligas de cobalto-cromo-molibdênio 
(Co-Cr-Mo) têm sido usadas extensivamente como hastes artificiais 
do quadril e dispositivos de fixação óssea. Embora essas ligas exibam 
excelentes propriedades mecânicas em termos de resistência e 
tenacidade, é um enorme desencontro entre os módulos elásticos 
dessas ligas e do osso cortical (PIRES, 2015).
As ligas de titânio apresentam um módulo de elasticidade relativamente 
baixo (110 GPa) em comparação com ligas de Co-Cr (230 GPa), mas 
ainda são muito mais altas do que de osso cortical (até 30 GPa). Um 
dos problemas dos implantes metálicos na prótese de quadril, como a 
prótese de haste femoral, se dá no fato de que os implantes estão em 
uma parte considerável do carregamento do corpo, que protege o osso 
dos estresses necessários para manter sua força, densidade e “ estrutura 
saudável”. Essa blindagem da força irá levar à reabsorção óssea e, 
eventualmente, soltura do implante e falha do quadril artificial. Além 
disso, os ions tóxicos (V3+ e Al3+) podem ser liberados no corpo e elevar 
as preocupações da biocompatibilidade a longo prazo (BRANDÃO, 1997).
Dessa forma, a partir da compatibilidade de aspectos biomecânicos, o 
material ideal deve não só ter rigidez compatível, mas também possuir 
alta resistência mecânica e resistência à fadiga.
1.2.1 Materiais bioinertes e bioativos
Tanto os materiais não degradáveis como os degradáveis são 
utilizados para os reparos necessários no corpo humano, com a 
utilização de biomateriais. Os materiais não degradáveis são utilizados 
quando a estabilidade mecânica é essencial, tais como liga de Co-Cr 
na haste femoral, cimento ósseo de PMMA e implante mamário de 
silicone elastômero.
Sendo assim, uma ampla gama de materiais tem sido usada em 
dispositivos médicos que reconstroem funções normais de um todo ou 
1818 
parte de uma estrutura viva. As escolhas dos materiais avançaram do 
bioinerte ao bioativo e ao biorresponsivo. De maneira geral, podemos 
dizer que os materiais bioinertes são aqueles que apresentam menor 
risco de reação com o organismo em função de sua estabilidade 
química. Já os materiais bioativos são aqueles que apresentam reações 
biológicas específicas. E por fim, os materiais biorresponsivos são 
aqueles sensíveis a sinais biológicos ou a anomalidades patológicas.
1.2.2 Biocompatibilidade
Os primeiros biomateriais (por exemplo, em cirurgia ortopédica e 
odontológica) são quimicamente inertes, que foram considerados 
compatíveis com o sistema fisiológico e meio ambiente por não 
apresentarem reações químicas com o meio. O último entendimento 
é que a biocompatibilidade se refere à capacidade de um biomaterial 
desempenhar a função desejada em relação à terapêutica, sem provocar 
quaisquer efeitos locais ou sistêmicos indesejáveis no beneficiário, 
mas gerando a mais adequada resposta celular ou tecidulal benéfica 
e otimizar o desempenho clinicamente relevante dessa terapia. 
Atualmente, a biocompatibilidade é um dos principais critérios para a 
sucesso clínico de um implante ou dispositivo (OLIVEIRA, 2010).
Um material que gera um efeito tóxico não será mais considerado 
como material de implante suficientemente biocompatível. Tem de 
executar ou integrar-se com o tecido hospedeiro apropriadamente. 
A biocompatibilidade de um material está relacionada com uma 
variedade de questões, como química, composição, micro/nano 
estrutura, morfologia, cristalinidade, porosidade e características da 
superfície dos materiais. Todos esses fatores apresentam impacto 
no desempenho dos biomateriais, como perfil de liberação de íons e 
toxicidade iônica, além das propriedades de corrosão para materiais 
metálicos; e perfil de degradação, lixiviação, aditivos, catalisadores e 
contaminantes para materiais poliméricos.
1919 19
Agora, o novo biomaterial de última geração visa estimular 
respostas celulares específicas em nível molecular, através de 
métodos embasados biologicamente. A capacidade de um material 
promover interações desejáveis determinará o resultado do teste de 
biocompatibilidade, bem como o potencial dos novos materiais.
1.2.3 Biodegradabilidade
A relação entre materiais biodegradáveis e as respostas do hospedeiro 
é altamente complexa. O processo de degradação ou os produtos de 
corrosão induzem a inflamação local e, ainda, os produtos de inflamação 
podem, por sua vez, melhorar o processo de degradação. Portanto, as 
respostas biológicas de metais biodegradáveis precisam ser totalmente 
compreendidas. Por exemplo, a alta taxa de degradação do Mg em pH 
fisiológico representaum grande desafio para a aplicação do material.
Acerca disso, recentemente, implantes de magnésio biodegradáveis 
atraíram interesse em aplicações cardiovasculares (stents) e 
musculoesqueléticas (osteossíntese). No entanto, o sistema do corpo 
humano deve ser capaz de remover os íons de Mg extra a uma taxa 
alta, que pode não ser sustentável ao longo de um curto período de 
tempo (CAUMO, 2016).
1.2.4 Biointerface
Para todas as aplicações de biomateriais, uma interface desejável entre 
o material e o corpo é um dos critérios críticos para o potencial de 
sucesso dos materiais. Para que ocorra a interação entre o organismo 
e o biomaterial, as proteínas (principalmente) atuam como mediadoras 
nas paredes celulares e os biomateriais. Proteínas reagem com a 
superfície e passam mensagens para as células vivas, que reagirão 
em conformidade. Entender completamente a mudança de proteínas 
na interface é crucial na concepção de biointerfaces para melhorar a 
proliferação e diferenciação de células vivas relevantes.
2020 
O corpo humano considera o biomaterial como um “intruso”. Isso faz 
com que uma série de reações químicas e físicas ocorram na interface. 
Todo o processo começa com a adsorção de proteínas existentes no 
plasma sanguíneo, como a albumina e fibrinectina na superfície do 
material. Essa camada adsorvida fornece o modelo ideal para as células 
agirem. As proteínas adsorvidas na superfície do biomaterial passarão 
por mudança de conformação e orientação. Muitos fatores podem 
afetar a adsorção de proteínas, incluindo as influências enzimáticas, as 
propriedades hematológicas do hospedeiro e as propriedades físico-
químicas do material.
As propriedades físico-químicas das superfícies dos materiais de 
implantes, como hidrofilicidade ou hidrofobicidade, tendem a afetar 
a resposta do organismo, inflacionando a absorção de proteínas e a 
ligação celular. Portanto, as propriedades da superfície dos materiais 
podem ter um grande impacto no controle de biocompatibilidade de 
novos biomateriais. A natureza e desenvolvimento de uma interface 
estável, entre materiais implantados e tecido hospedeiro, é crítica 
para o sucesso clínico do implante.
1.2.5 Nanomateriais
Os nanomateriais são parcialmente caracterizados em função de seu 
tamanho, medido em nanômetros (nm). As partículas de tamanho 
nanométrico existem na natureza e podem ser criadas a partir de 
uma variedade de materiais, como carbono ou a prata. A maioria dos 
materiais em nanoescala é pequena demais para ser vista a olho nu 
ou mesmo com microscópios de laboratório convencionais. Quando 
as partículas são reduzidas em escala nanométrica, há um aumento 
considerável na área de superfície das nanopartículas, resultando 
em mudanças nas propriedades de seus correspondentes materiais 
em escala macro. Os aumentos resultantes na reatividade química 
também levantam a questão da biocompatibilidade ou citotoxicidade 
dos nanomateriais. A Figura 4 apresenta uma escala nanométrica 
comparando o tamanho de estruturas.
2121 21
Figura 4 – Escala nanométrica
Fonte: Jeremias (2015, p. 14).
• Os materiais projetados para serem utilizados em escala tão 
pequena podem assumir propriedades ópticas, magnéticas, 
elétricas, entre outras, diferentes das que apresentariam em 
escala macro. Essas propriedades emergentes têm o potencial 
de grandes impactos em eletrônicos, medicamentos e outros 
campos. Por exemplo: a nanotecnologia pode ser usada para 
projetar e fabricar produtos farmacêuticos, cujo obetivo é atingir 
órgãos ou células específicas do corpo, como células cancerígenas, 
aumentando a eficácia do tratamento.
• Os nanomateriais também podem ser adicionados ao cimento, 
tecido e outros materiais, modificando suas propriedades físicas e 
mecânicas. Tais como: torná-los mais fortes e ainda mais leves.
• O tamanho apresentado pelos nanomateriais os tornam 
extremamente úteis em eletrônicos, podendo ser utilizados 
também em remediação ou limpeza ambiental para ligar e 
neutralizar toxinas (PASCHOALINO, 2010).
Sendo assim, existe um enorme potencial para aplicação de 
nanomateriais no aprimoramento das funções de dispositivos médicos. 
2222 
Um estudo recente mostrou que nanopartículas de HA substituídas 
foram capazes de inibir o crescimento de quatro cepas bacterianas, 
sendo o primeiro passo no desenvolvimento de aparelhos odontológicos 
e próteses ortopédicas multifuncionais (BOSSU, 2015).
Por fim, as nanopartículas estão sendo usadas para melhorar 
a eficácia da entrega de drogas, como agentes de diagnóstico e 
terapêuticos para detectar e tratar doenças em qualquer ser vivo. 
O material biologicamente ativo pode ser adsorvido ou quimicamente 
ligado à superfície das partículas ou incorporado nas partículas por 
dissolução, aprisionamento ou encapsulamento. A exposição humana a 
nanopartículas parece inevitável, por isso é importante a compreensão 
das propriedades das nanopartículas e seus efeitos sobre o corpo, 
cruciais para evitar toxicidade indesejável antes da aplicação clínica.
Com o avanço da ciência e engenharia de materiais, particularmente 
nanotecnologia, novos materiais estão surgindo em um ritmo acelerado. 
O design de novos materiais para atender aos novos desafios e a 
compreensão das interações entre biomaterial e tecido hospedeiro é 
altamente importante. A atenção precisa ser focada na interface entre 
novos materiais e o hospedeiro biológico, que é fundamental para o 
sucesso na aplicação clínica de novos materiais.
TEORIA EM PRÁTICA 
A classificação de um biomaterial depende da resposta 
biológica que o organismo oferece ao material de um 
implante. Os materiais, em geral, podem ser classificados 
como tóxicos e não tóxicos. Contudo, levando em 
consideração apenas os biomateriais, eles podem ser 
do tipo bioinertes, biorreativos e bioativos. E ainda, 
Descouts et al. (1995) incluem mais categorias: materiais 
bioartificiais e bioabsorvíveis. 
2323 23
Observe a Figura 5, ela apresenta a estrutura de um 
maxilar (hipotético) com materiais implantados divididos 
em três regiões: materiais tóxicos (região vermelha), 
materiais bioinertes (região amarela) e materiais 
bioativos (região verde).
Figura 5 – Biocompatibilidade 
de implantes odontológicos
Fonte: Hobkirk e Watson (1996).
Explique a diferença dos biomateriais implantados em 
cada uma das regiões do maxilar, apresentando suas 
propriedades, classificação e as funções aos quais 
foram destinados.
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. Os materiais, em geral, podem ser basicamente divididos 
em três grandes categorias: metálicos, cerâmicos e 
poliméricos. Eles são classificados, principalmente, 
em função das características das ligações químicas 
entre os átomos e das propriedades químicas e físicas 
apresentadas. Contudo, outras classes de materiais vêm 
2424 
apresentando destaque na ciência, como os compósitos, 
os materiais inteligentes e os biomateriais.
Os biomaterias podem ser classificados de duas 
formas: comportamento biológico e composição 
química. Assinale a alternativa que expresse, 
respectivamente, as características de cada tipo de 
classificação dos biomateriais.
a. Ligações químicas e propriedades intrínsecas do 
biomaterial.
b. Resposta do organismo após o implante do 
biomaterial e propriedades instrínsecas do 
biomaterial.
c. Propriedades intrínsecas do biomaterial e resposta do 
organismo após o implante.
d. Resposta do material quando implantado e 
propriedades mecânicas do material.
e. Propriedades químicas e físicas do biomaterial.
2. Levando em consideração a resposta biológica 
causada pelos biomateriais nos tecidos corpóreos, 
segundo a compatibilidade com os tecidos adjacentes, 
podemos classificar os biomateriais como bioinertes, 
biotolerantes, bioativos e bioabsorvíveis. Quando ocorre 
a interação química entre o implante e o tecido ósseo, 
estamos falando de um biomaterial:
a. Bioinerte.
b. Bioativo.
2525 25
c. Biotolerante.
d. Tóxico.
e. Bioabsorvível.
3. Em um futuro próximo, é esperadoque os biomateriais 
aumentem a regeneração de tecidos naturais, 
promovendo assim a restauração dos mecanismos 
estruturais, funcionais, metabólicos e comportamento 
bioquímico, bem como desempenho biomecânico.
Assinale a alternativa que expresse a definição 
de um biomaterial. 
a. Biomaterial pode ser definido como um material 
específico, natural, utilizado para substituir, total 
ou parcialmente, sistemas biológicos.
b. Biomaterial pode ser definido como uma classe de 
materiais naturais, utilizados para substituir, total 
ou parcialmente, sistemas biológicos.
c. Biomaterial pode ser definido como um material 
sintético, utilizado para substituir, total ou 
parcialmente, sistemas biológicos.
d. Biomaterial pode ser definido como um material 
específico, natural ou não, utilizado para substituir 
parcialmente sistemas biológicos.
e. Biomaterial pode ser definido como um material, 
ou combinação de materiais, naturais ou não, 
utilizado para substituir, total ou parcialmente, 
sistemas biológicos.
2626 
Referências bibliográficas
BATH, S. V. Biomaterials. Nova Dheli, Índia: Narosa Publishing House, 2002. p. 181.
BOSSU, Milena Felix; RIGO, Eliana Cristina da Silva. Desenvolvimento de 
hidroxiapatita contendo prata via precipitação e imersão: avaliação do 
efeito antimicrobiano. 2015. 67 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Faculdade 
de Zootecnia e Engenharia de Alimentos, Departamento de Ciências Básicas, 
Universidade de São Paulo, Pirassununga, 2015. Disponível em: http://www.teses.
usp.br/teses/disponiveis/74/74133/tde-16032016-110957/pt-br.php. Acesso em: 
2 out. 2019.
BRANSÃO, J. Módulo de elasticidade de ossor corticais: revisão e otimização da 
metodologia para ossos longos. 1997.85 f. Dissertação (Mestrado – Bioengenharia) 
Escola de Engenharia de São Carlos e Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto: 
USP, 1997.
CALLISTER Jr., W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais: uma 
introdução. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016. 
CAUMO, P. et. al. Viabilidade da utilização de stents metálicos biodegradáveis. 
71º Congresso Anual da ABM Week, 2016. ISSN 1516-392X.
DESCOUTS, P.; DROZ, E.; JOBIN, M.; NURDIN, N.; TABORELLI, M. 1995. Surface 
characterization of biomaterials and imaging of adsorbed biomolecules using 
scanning probe microscopies. In: Encyclopedic Handbook of Biomaterials and 
Bioengineering, Part A, 1, p. 927-974.
ER, U.; PAMIR, M. N. Ottoman surgical treatises and their influences on modern 
neurosurgery in Turkey. World Neurosurg 80(6) e 165–e169. 2013.
GOGUITCHAICHVILI E. T.; A. L., A.; ORTEGA, V.; ARCHER, J.; MORALES, J.; GUERRERO, 
A. T. Absolute geomagnetic intensity record from pre-Columbian pottery dates elite 
Tlailotlacan Woman in ancient Teotihuacan. J Archaeol Sci Rep, 14:146–151, 2017.
HOBKIRK, J. A.; WATSON, R. M. Prótese fixa implanto-suportada. In: Hobkirk J. A.; 
Watson R. M. Atlas colorido e texto de implantologia dental e maxilofacial. 
São Paulo: Editora Artes Médicas, 1996. p. 99-134. 
LADINO, L. D.; HUNTER, G.; TÉLLEZ-ZENTENO, J. F. Art and epilepsy surgery. Epilepsy 
Behav 29(1):82–89. 2013.
LOURES, Elmano de Araújo. Análise da qualidade de vida de pacientes 
osteoartrósicos submetidos à artroplastia total do quadril. Elmano de Araújo 
Loures. 2011. Dissertação (Mestrado em Saúde Brasileira), Universidade Federal de 
Juiz de Fora, Juiz de Fora, 2011.
MAVROPOULOS, Elena. A hidroxiapatita como absorvedor de metais. [Mestrado] 
Fundação Oswaldo Cruz, Escola Nacional de Saúde Pública; 1999. 105 p.
MATOZINHOS, I. P. et al. Impressão 3D: inovações no campo da medicina. Revista 
Interdisciplinar Ciências Médicas – MG. 1(1): 143-162, 2017.
http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/74/74133/tde-16032016-110957/pt-br.php
http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/74/74133/tde-16032016-110957/pt-br.php
2727 27
MORAES, J. C. Nanotecnologia: o olhar do futuro. Trabalho de conclusão de curso 
apresentado à disciplina de TCC, do curso de Graduação em Licenciatura Plena em 
Ciências Naturais da Universidade Federal do Pará/Campus - Cametá. Orientador: 
Professor Dr. Rubens Silva. Cametá-PA, 2015.
OLIVEIRA, L. S. A. F. et al. Biomaterials for bone regeneration – methods of analyses 
and future perspectives. R. Ci. méd. biol. 2010; 9(Supl.1):37-44.
PARK, J.; LAKES, R. S.; Biomaterials: an introduction, 3. ed. New York: Springer, 2007. 
PASCHOALINO, Matheus P.; MARCONE, Glauciene P. S.; JARDIM, Wilson F. Os 
nanomateriais e a questão ambiental. Quím. Nova, São Paulo, v. 33, n. 2, 
p. 421-430, 2010. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_
arttext&pid=S0100-40422010000200033&lng=en&nrm=iso. Acesso em: 9 out. 2019. 
http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422010000200033.
PIRES, Ana Luiza R.; BIERHALZ, Andréa C. K.; MORAES, Ângela M. Biomateriais: tipos, 
aplicações e mercados. Quím. Nova, São Paulo, v. 38, n. 7, p. 957-971, Aug. 2015. 
Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-
40422015000700957&lng=en&nrm=iso. Acesso em: 1 out. 2019. http://dx.doi.
org/10.5935/0100-4042.20150094.
RATNER, B. D. Biomaterials science – an introduction to materials in medicine; 
Ratner, B. D.; Hoffman, A. S.; Schoen, F. J.; Lemons, J. E., eds; Oxford: Elsevier, 2013. 
cap. History of Biomaterials.
SANTOS, L. A. Desenvolvimento de fosfato de cálcio reforçado por fibras para 
uso na área médico-odontológica. Tese de Doutorado. Universidade Estadual de 
Campinas. Campinas, 2002.
Gabarito
Questão 1 – Resposta: B
Resolução: Podemos classificar os biomateriais de duas formas: 
através de seu comportamento biológico (baseada na resposta do 
organismo após o implante do biomaterial) e de sua composição 
química (baseada nas propriedades instrínsecas do biomaterial).
Questão 2 – Resposta: B
Resolução: Bioativo, onde ocorre a interação química entre o 
implante e o tecido ósseo. Como exemplo temos a hidroxiapatita e 
as vitrocerâmicas.
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422010000200033&lng=en&nrm=iso
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422010000200033&lng=en&nrm=iso
http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422010000200033
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422015000700957&lng=en&nrm=iso
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422015000700957&lng=en&nrm=iso
http://dx.doi.org/10.5935/0100-4042.20150094
http://dx.doi.org/10.5935/0100-4042.20150094
2828 
Questão 3 – Resposta: E
Resolução: Biomaterial pode ser definido como um material, ou 
combinação de materiais, naturais ou não, utilizado para substituir 
(total ou parcialmente) sistemas biológicos.
2929 29
Propriedades mecânicas dos 
biomateriais para aplicações em 
próteses internas e externas 
Autora: Katielly Tavares dos Santos 
Objetivos
• Compreender a definição das propriedades 
mecânicas dos biomateriais.
• Compreender a aplicação das propriedades 
mecânicas dos biomaterias. 
• Compreender as relações entre próteses 
internas e externas.
3030 
1. Propriedades dos biomateriais
O comportamento descrito por um material é definido pelas 
propriedades mecânicas que ele apresenta quando um carregamento 
externo é aplicado, ou quando o material é solicitado. Saber como 
o material irá reagir e sua capacidade de resistir a esforços é de 
suma importância para a escolha adequada de um material no 
desenvolvimento de um projeto ou na aplicação estrutural.
Na escolha de biomaterias para a implantação a situação não é 
diferente. As propriedades que um biomaterial apresenta devem 
ser levadas em consideração na seleção adequada do biomaterial. 
Essas propriedades podem ser mecânicas, físicas, químicas, 
biológicas e são importantes para entender o desempenho que 
o biomaterial apresentará, não esquecendo da importância de 
estudar o tipo de processamento ao qual o material foi submetido 
em seu processo de fabricação.
As propriedades mecânicas dos materiais são aquelas em que o 
comportamento mecânico descrito está relacionado com a deformação 
que ele apresentaem função de uma carga aplicada. As propriedades 
físicas são aquelas em que resulte em fenômenos físicos, elas podem 
ser extraídas e analisadas sem que haja modificação na composição 
química do material, como densidade, magnetismo, expansão térmica, 
entre outras. As propriedades químicas estão relacionadas com a 
capacidade de um material, ou substância, se transformar em outro 
através de reações químicas, como oxidação e resistência à corrosão. 
Já as propriedades biológicas estão relacionadas com a reposta do 
organismo após o implante do biomaterial, como bioadesão e a 
resposta imune (CALLISTER JR..; RETHWISCH, 2012).
Sendo assim, compreender as propriedades mecânicas dos 
biomateriais, verificando os conceitos e aplicações, está diretamente 
relacionado com a eficácia do implante.
3131 31
1.1 Propriedades mecânicas dos biomateriais
Na Ciência dos Materiais, os biomateriais se enquadram como uma 
classe especial dos materiais. Isso ocorre pelo fato de serem utilizados 
para a substituição total ou parcial de algum órgão ou tecido do corpo 
humano. Eles podem ser tanto metálicos quanto poliméricos ou 
cerâmicos, dependendo da aplicação, utilização e das propriedades 
mecânicas do biomaterial (GONÇALVES, 2011).
De modo geral, as propriedades mecânicas que um material apresenta 
descrevem as características necessárias para sua utilização. Isto 
é, conhecer as propriedades mecânicas de um material possibilita 
a escolha correta no desenvolvimento de um projeto, com base na 
resposta que ele dará aos esforços externos que serão aplicados. 
Para os biomateriais, não ocorre de maneira diferente: é necessário 
conhecer as propriedades mecânicas que eles apresentam para a 
aplicação correta do biomaterial.
ASSIMILE
As propriedades mecânicas estão vinculadas com os 
esforços mecânicos nos materiais. Dessa forma, para 
analisar e obter as propriedades mecânicas, devemos 
conhecer a relação entre força, tensão e deformação 
de um material quando for solicitado. 
As principais propriedades mecânicas que serão abordadas para 
os biomaterias, são: limite de escoamento, limite de resistência à 
tração, ductilidade, tenacidade à fratura, limite de fadiga, módulo 
de elasticidade, resistência à fluência e resistência ao desgaste. 
Além de analisar as propriedades mecânicas dos biomateriais, 
também é importante conhecer o processo de fabricação pelo qual o 
biomaterial passou.
3232 
Cada propriedade mecânica é importante na análise do biomaterial, pois 
está relacionada com as características que ele pode apresentar quando 
solicitado. Dessa forma, é de suma importância conhecer a definição e 
aplicação de cada uma delas (BEER et al., 2015).
• Limite de escoamento
O limite de escoamento caracteriza a região de transformação no tipo 
de deformação que o material pode apresentar. Ou seja, antes do 
limite de escoamento, a deformação é do tipo elástica; após o limite de 
escoamento, a deformação é do tipo plástica. Contudo, na região de 
limite de escoamento, as deformações elásticas e plásticas coexistem 
(BEER et al., 2015).
Essa propriedade mecânica é uma tensão que, por definição, é obtida 
através de um diagrama tensão/deformação. No início desse diagrama, 
na região de deformação elástica, a curva é linear, e a lei de Hooke 
se aplica. Para encontrar o limite de escoamento, deve-se traçar uma 
reta paralela à região elástica da curva à 0,2% de deformação, o ponto 
de intersecção da curva com a reta traçada será a tensão de limite de 
escoamento, como mostra a Figura 1.
Figura 1 – Limite de escoamento em um 
diagrama tensão/deformação
Fonte: Beer et al. (2015, p. 55).
3333 33
O limite de escoamento também é chamado de tensão de escoamento 
(σe), sua unidade no sistema internacional é Newton por metro 
quadrado (N/m2), conhecida por Pascal (Pa).
• Limite de resistência à tração
O limite de resistência à tração, também chamado de tensão máxima 
(σmáx), é a máxima tensão que um material suporta antes de seu 
rompimento. Em um diagrama tensão/deformação, é o ponto máximo 
da curva, como apresentado na Figura 2.
Figura 2 – Tensão máxima em um diagrama tensão/deformação
Fonte: elaborada pela autora.
A tensão máxima (σMáx) é obtida através da divisão da força máxima (FMáx) 
obtida no ensaio pela área da seção transversal (A). E ainda, sua unidade 
no sistema internacional é N/m2, também chamada de Pascal.
Máx
Máx
F
A
σ =
A Figura 2 também apresenta um dado importante na análise de um 
material, a tensão de ruptura. A tensão de ruptura é a tensão ao qual o 
material sofre a fratura por completo. Ela apresenta um valor menor 
3434 
que a tensão máxima para materiais dúcteis e um valor igual à tensão 
máxima para materiais frágeis. Por ser uma tensão, sua unidade no 
sistema internacional também é N/m2 = Pa.
• Ductilidade
A ductilidade de um material é uma propriedade mecânica que está 
relacionada com a maleabilidade. Ou seja, é a capacidade do material 
apresentar grandes deformações sem se romper. A deformação de 
materiais na formação de fios é um exemplo de materiais dúcteis. 
Os metais são exemplos de materiais dúcteis.
Contudo, materiais que não possuem essa propriedade são chamados 
de frágeis. Esses apresentam pequenas deformações antes do 
rompimento. Materiais cerâmicos são exemplos de materiais frágeis.
• Tenacidade à fratura
O módulo de tenacidade pode ser definido pela quantidade de energia 
que o material absorve antes do rompimento. Podemos obter esse valor 
através do cálculo da área sob a curva do diagrama tensão/deformação, 
como apresentado pela Figura 3.
Figura 3 – Tenacidade de um material através 
da análise do diagrama tensão/deformação
Fonte: elaborada pela autora.
3535 35
Analisando a Figura 3, podemos obter a área sob a curva através do 
cálculo da integral da curva do diagrama. Entretanto, é possível obter 
valores próximos utilizando uma equação obtida por Seely em 1947, 
descrita em Souza (1982), para materiais dúcteis:
( )
2
e m
tU
s s e+
=
E, para materiais frágeis:
2( )
3
máx
tU
s e´=
Sendo Ut o módulo de tenacidade (área sob a curva), se a tensão de 
escoamento, sm a tensão máxima e e o maior valor de deformação 
específica na direção da força aplicada. Dessa forma, ao analisar 
os valores de tenacidade é possivel identificar se o material é frágil, 
maleável, séctil (facilmente cortado), dúctil, flexível ou elástico.
Além do módulo de tenacidade, que envolve a energia total absorvida 
pelo material até a ruptura, também há a tenacidade à fratura (Kc), que 
é uma propriedade mecânica que indica a capacidade que um material 
apresenta de resistir à propagação de trincas. Em outras palavras, 
podemos dizer que a tenacidade à fratura mede a capacidade de uma 
estrutura, que apresenta trincas, em suportar a tensão que será aplicada.
A tenacidade à fratura (Kc) está relacionada com a espessura que o 
material apresenta. Com o aumento da espessura, Kc diminui até um 
valor mínimo e constante, chamado de tenacidade à fratura no estado 
plano de tensão (Klc).
A resistência que um material apresenta depende de vários fatores. 
Dentre eles, os mais importantes são: 
• Trincas que apresentam grandes tamanhos reduzem o valor da 
máxima tensão que pode ser aplicada no material. Com isso, 
3636 
• técnicas especiais de fabricação dos materiais reduzem o tamanho 
das trincas, melhorando a resistência à fratura.
• A capacidade de deformação plástica e a utilização do material 
nessa região é um fator crítico para o surgimento de trincas. 
Aumentando a resistência mecânica do material, diminui-se a 
tenacidade à fratura.
PARA SABER MAIS
As propriedades mecânicas módulo de tenacidade e 
a tenacidade à fratura são de suma importância para 
compreensão de quanta energia o material absorve antes 
de apresentar falha em sua estrutura. São propriedades 
intrínsecas do material e possuem valores tabelados. 
Entretanto, é possivel obter os valores com a aplicação de 
equações específicas, levando em consideração o tipo de 
falha apresentadopelo material.
• Limite de fadiga
Por definição, fadiga é a ruptura de um material, quando aplicado 
uma carga inferior à carga máxima que o material suporta, isso ocorre 
devido às solicitações cíclicas repetidas. Ou seja, quando um material é 
submetido a esforços repetitivos, ele pode apresentar fratura mesmo 
que o valor de carga aplicado sobre ele seja bem inferior à carga máxima 
obtida em um ensaio de tração ou compressão. Em situações desse tipo, 
diz-se que o material rompeu, ou apresentou fratura, por fadiga.
O limite de fadiga, que pode ser determinado por um ensaio de fadiga, 
corresponde a uma tensão abaixo ao qual o material suporta, em um 
número de ciclos infinito, sem que haja o rompimento.
3737 37
As tensões cíclicas podem ser definidas por carregamentos, ou 
esforços, que se repetem com certa regularidade. A mais comum é 
representada por uma função senoidal, sendo que no eixo das abcissas 
(x) estão associados o número de ciclos e, no eixo das ordenadas (y), os 
valores de tensão. A Figura 4 apresenta três exemplos de gráficos para 
essa situação. 
Figura 4 – Dados de fadiga para (a) tensão reversa, 
(b) tensão positiva e (c) tensões positivas e negativas
(a) (b) (c)
Fonte: Cozaciuc (2000, aula 15).
Estudar a fadiga apresentada por um material é muito importante para 
compreender as falhas que ele pode apresentar em situação de uso e, 
ainda, como será a substituição desse material.
• Módulo de elasticidade
O módulo de elasticidade é uma propriedade mecânica que caracteriza 
a rigidez de um material, ou seja, é uma propriedade intrínseca que 
indica a resistência de um material à deformação elástica. Ele é obtido 
através da relação entre a tensão e a deformação na região elástica do 
diagrama tensão/deformação.
O módulo de elasticidade também é conhecido como a constante de 
proporcionalidade entra a tensão e a deformação na região linear do 
diagrama, como mostra a Figura 5.
3838 
Figura 5 – Módulo de elasticidade através 
de um diagrama tensão/deformação
Fonte: elaborada pela autora.
A equação para o módulo de elasticidade (E) é dada pela razão entre 
a tensão e a deformação, ou seja, E s
e
= . Como a tensão apresenta 
unidade, no Sistema Internacional (SI), em Pascal (Pa), e a deformação 
é adimensional, a unidade para o módulo de elasticidade também será 
Pascal (Pa). Dessa forma, podemos concluir que essa grandeza é um 
tipo de tensão que o material apresenta. Como é uma propriedade 
intrínseca, cada material apresenta um valor de módulo de elasticidade 
(E) característico e tabelado.
• Resistência ao desgaste
Denominamos degaste um fenômeno superficial que ocorre em 
materiais em movimento, que se dá pelo fato do contato entre 
superfícies, apresentando mudanças nas dimensões. Isso ocorre até 
o ponto em que o material desgastado perde a função ao qual foi 
designado pela mudança na estrutura, criando tensões inesperadas, 
ocasionando seu rompimento em função de uma carga menor ao qual 
foi projetado, por fadiga ou por outro tipo de esforço dinâmico.
O desgaste pode ser suavizado melhorando o acabamento superficial 
da peça (eliminando depressões e projeções), aumentando a dureza (a 
superfície deve apresentar elevada dureza) e a resistência mecânica 
3939 39
(quanto maior seu valor, maior a dificuldade em retirar partículas da 
superfície) do material.
É possível obter as informações de resistência ao desgaste dos 
materiais por meios mecânicos (trabalho a frio), térmicos (têmpera), 
termoquímicos (cementação e nitretação) e revestimentos superficiais 
(eletrodeposição e metalização).
O quadro 1 apresenta um resumo das principais propriedades 
mecânicas dos biomaterias, a relevância de acordo com os esforços 
mecânicos que eles deverão resistir, ou seja, o carregamento aplicado, 
e os processos de fabricação mais comuns.
Quadro 1 – Relevância das propriedades 
mecânicas e processos de fabricação dos biomateriais
Propriedades 
mecânicas
Relevância de acordo 
com o carregamento
Processo de 
fabricação Relevância
Limite de 
escoamento Importante Fundição
Importante 
para metais
Limite de 
resistência à tração Importante Conformação Importante para metais
Ductilidade Importante
Tenacidade à fratura Importante Soldagem Importante
Limite de fadiga Muito importante Brazagem Importante
Módulo de 
elasticidade Muito importante Usinagem Importante
Resistência 
ao desgaste Muito importante Metalurgia do pó
Importante para 
dispositivos 
específicos
Fonte: elaborado pela autora.
1.2 Aplicações em próteses externas e internas
Damos o nome de prótese todo equipamento ou material que substitui, 
por completo ou parte, a função de um órgão, sistema ou membro. 
4040 
Ela pode ser externa (substituição de função de um membro ou órgão, 
como as próteses ortopédicas) ou interna (substituição da função de um 
determinado órgão, ou parte dele, como articulação, válvulas cardíacas). 
Como exemplo de aplicações, temos (CHEN, 2013):
a. Látex natural: polímero natural, de aspecto leitoso, extraído 
da seringueira, é utilizado na neovascularização, regeneração 
tecidual e formação de matriz extracelular.
b. Hidrogel: redes tridimensionais compostas entre 70 e 90% de 
água. Pode ser formado de polímeros, copolímeros hidrofílicos, 
óxido de polietileno, poliacrilamida e polivinilpirrolidona. É 
utilizado na hidratação de feridas secas, autólise, absorve o 
exsudato, alívio da dor e hidratação das terminações nervosas.
c. Biomateriais cerâmicos: são compostos inorgânicos, formados 
por elementos metálicos e não metálicos, cuja ligação química é 
predominantemente iônica. São utilizados como instrumentos 
de diagnóstico (termômetros, fibras para endoscopia), próteses 
ortopédicas, dispositivos para a reconstrução odontológica 
e maxilo-facial, válvulas cardíacas, traquéias artificiais e 
preenchimentos ósseos.
d. Biomateriais metálicos: são compostos inorgânicos, formados 
por elementos metálicos, cuja ligação química é do tipo metálica. 
Apresentam excelente desempenho mecânico e têm sido 
amplamente utilizados como componentes estruturais visando 
à substituição, reforço ou estabilização de tecidos rígidos, como 
fios, parafusos e placas para fixação de fraturas, implantes 
dentários e próteses para substituição de articulações.
e. Biomateriais poliméricos: são compostos orgânicos, formados 
por elementos não metálicos, cuja ligação química é 
predominantemente covalente. São muito utilizados na medicida 
e apresentam como vantagens: facilidade de fabricação para 
produzir formas variadas (partículas, filmes, fios, dentre outros), 
processamento secundário, custo razoável e disponibilidade 
4141 41
f. em encontrar materiais com propriedades mecânicas e físicas 
desejadas para aplicações específicas.
Os biomateriais mais utilizados recentemente, na área da saúde, 
são biocompatíveis, bioativos e biodegradáveis. Contudo, os mais 
pesquisados são bioativos, biodegradáveis e biomiméticos. Nesso 
processo, existem várias etapas a serem desenvolvidas, desde identificar 
a necessidade de um biomaterial até seu uso e a análise final do produto. 
É importante saber que tudo se inicia pela identificação da necessidade 
do biomaterial para dada aplicação, que pode ser o tratamento de uma 
doença, substituição de órgãos ou regeneração de tecidos e cicatrizes.
TEORIA EM PRÁTICA 
Observe a Figura 6. Ela apresenta, em um único plano, 
diagramas de tensão/deformação para materiais 
diferentes. Contudo, pela inclinação da reta linear, 
vemos que todos apresentam o mesmo módulo de 
elasticidade (E). Como isso é possível? Qual a relação da 
coincidência dos valores apresentados para o módulo 
de elasticidade em cada material?
Figura 6 – Diagrama tensão-deformação 
para o ferro e alguns aços
Fonte: Beer et al. (2015, p. 58).
4242 
Para facilitar sua compreensão, observe que cada material 
sofreu algum tipo de tratamento térmico ou termoquímico. 
Apenas um material apresentado no gráfico é puro.
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. Na Ciência dos Materiais,os biomateriais se enquadram 
como uma classe especial dos materiais. Isso ocorre 
pelo fato de serem utilizados para a substituição total ou 
parcial de algum órgão ou tecido do corpo humano. 
A respeito dessa temática, avalie o trecho a seguir:
“Eles podem ser tanto __________ quanto ____________ 
ou ___________, depende da aplicação, utilização e das 
propriedades mecânicas do biomaterial.
Assinale a alternativa que preencha corretamente 
as lacunas.
a. Metálicos; semicondutores; materiais inteligentes.
b. Metálicos; poliméricos; cerâmicos.
c. Polímeros; metálicos; compósitos.
d. Compósitos; poliméricos; semicondutores.
e. Cerâmicos; metálicos; compósitos.
2. Cada propriedade mecânica é importante na análise do 
biomaterial, pois está relacionada com as características 
que ele pode apresentar quando solicitado.
4343 43
Assinale a alternativa que expresse o conceito de limite 
de escoamento.
a. Relação entre a tensão e a deformação, no regime 
elástico, indicando a resistência do material à 
deformação elástica.
b. Fratura do biomaterial devido aos ciclos de 
carregamento.
c. Tensão máxima suportada pelo biomaterial.
d. Tensão limite que separa a deformação elástica da 
deformação plástica.
e. Maleabilidade que um material apresenta.
3. Os biomateriais cerâmicos são utilizados como 
instrumentos de diagnóstico (termômetros, fibras para 
endoscopia), próteses ortopédicas, dispositivos para 
a reconstrução odontológica e maxilo-facial, válvulas 
cardíacas, traqueias artificiais e preenchimentos ósseos.
A respeito dos biomaterias cerâmicos, assinale 
a alternativa que expresse, respectivamente, os 
elementos que o compõem e o tipo de ligação 
química predominante.
a. Elementos metálicos e não metálicos; ligação metálica.
b. Ligação iônica; elementos metálicos e não metálicos.
c. Ligação covalente; elementos metálicos.
d. Elementos não metálicos; ligação covalente.
e. Elementos metálicos e não metálicos; ligação iônica.
4444 
Referências bibliográficas
BEER, F. P.; JOHNSTON JR, E. R.; DEWOLF, J. T.; MAZUREK, D. F. Mecânica dos 
materiais. 7. ed. Porto Alegre: McGraw-Hill, 2015.
CALLISTER JR., W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia dos materiais: uma 
Introdução. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.
CHEN, Q.; LIANG, S.; THOUAS, G. A. Elastomeric biomaterials for tissue engineering. 
Progress in Polymer Science, 38, 584-671, 2013.
COZACIUC, I; SILVA, L. R.; TOGNI, M. A. Ensaio de fadiga. Telecurso 2000. Disponível 
em: https://essel.com.br/cursos/material/01/EnsaioMateriais/ensa15.pdf. Acesso 
em 5 out. 2019
GERE, J. M.; GOODNO, B. J. Mecânica dos materiais. São Paulo: Cengage 
Learning, 2010.
GONÇALVES, Sara Isabel da Silva. Resistência à fadiga de ligações metal-
cerâmico em restaurações dentárias com Recurso a Interfaces Compósitas. 
2011. Dissertação (Mestrado em Engenharia Biomédica) – Escola de Engenharia, 
Universidade do Minho, Azurém, Portugal, 2011.
HIBBELER, R. C. Resistência dos materiais. 7. ed. São Paulo: Pearson Prentice 
Hall, 2010.
MASUELA, F. B. Resistência dos materiais. Londrina: Editora e Distribuidora 
Educacional S.A., 2017.
PIRES, A. L. R.; BIERHALZ, A. C.; MORAES, Â. M. Biomateriais: tipos, aplicações e 
mercado. Química nova. 2015;38(7):957-71.
SOUZA, S. A. Ensaios mecânicos de materiais metálicos. 5. ed. São Paulo: Blucher, 
1982. 286 p.
ZIMMERMANN, M. et al. Teste de biocompatibilidade e resistência de membranas 
de látex em cães. Ciência Rural. v. 37, n. 6, p. 1719-1723, Dec. 2007. http://dx.doi.
org/10.1590/S0103-84782007000600033. 
Gabarito
Questão 1 – Resposta: B 
Resolução: Na Ciência dos Materiais, os biomateriais se enquadram 
como uma classe especial dos materiais. Isso ocorre pelo fato de 
serem utilizados para a substituição total ou parcial de algum órgão 
ou tecido do corpo humano. Eles podem ser tanto metais quanto 
poliméricos ou cerâmicos, depende da aplicação, utilização e das 
propriedades mecânicas do biomaterial.
https://essel.com.br/cursos/material/01/EnsaioMateriais/ensa15.pdf
http://dx.doi.org/10.1590/S0103-84782007000600033
http://dx.doi.org/10.1590/S0103-84782007000600033
4545 45
Questão 2 – Resposta: D 
Resolução: O limite de escoamento caracteriza a região de 
transformação no tipo de deformação que o material pode 
apresentar. Ou seja, antes do limite de escoamento, a deformação 
é do tipo elástica; após o limite de escoamento, a deformação é 
do tipo plástica. Contudo, na região de limite de escoamento, as 
deformações elásticas e plásticas coexistem.
Questão 3 – Resposta: E 
Resolução: Biomateriais cerâmicos: são compostos inorgânicos, 
formados por elementos metálicos e não metálicos, cuja 
ligação química é predominantemente iônica. São utilizados 
como instrumentos de diagnóstico (termômetros, fibras 
para endoscopia), próteses ortopédicas, dispositivos para a 
reconstrução odontológica e maxilo-facial, válvulas cardíacas, 
traquéias artificiais e preenchimentos ósseos. 
4646 
Biomateriais metálicos, 
cerâmicos e poliméricos: 
estrutura e propriedades 
Autora: Katielly Tavares dos Santos 
Objetivos
• Compreender a classificação dos biomateriais 
em metálicos, cerâmicos e poliméricos. 
• Analisar a estrutura das classes dos biomaterias.
• Conhecer e entender as propriedades de cada 
uma das classes dos biomateriais.
4747 47
1. Biomateriais metálicos, cerâmicos e poliméricos
De maneira geral, podemos dizer que um biomaterial, também 
chamado de biomédico, é designado como qualquer material, 
substância ou variações de substâncias utilizado na substituição total 
ou parcial de membros, órgãos ou tecidos do corpo humano. Eles são 
classificados dependendo de sua origem, comportamento fisiológico, 
forma de atuação e interação com o corpo e em relação à composição 
química e aos arranjos atômicos (CAO; HENCH, 1996).
• Origem: autógenos, aloenxerto ou enxertos homógenos, 
xenoenxerto ou enxertos heterogêneos, aloplásticos.
• Interação com os órgãos e tecidos: biotoleráveis, bioinertes, 
bioativos e biorreabsorvíveis.
• Forma de atuação: osteocondutor, osteoindutor e osteopromoção. 
• Composição química e arranjos atômicos: metálicos, cerâmicos 
ou poliméricos.
PARA SABER MAIS
Segundo a forma de atuação dos biomateriais, Cao e 
Hench (1996, p. 3), em seu artigo Bioactive materials, diz 
que “os materiais osteocondutores promovem a formação 
de uma superfície biocompatível no local do implante, 
a qual favorece o desenvolvimento de células ósseas” 
(tradução do autor). Outros detalhes sobre a forma de 
atuação dos biomateriais são abordados no artigo.
Dessa forma, o objetivo desse capítulo é compreender as características 
e propriedades da classificação dos biomateriais quanto à composição e 
aos arranjos atômicos. Ou seja, compreender os biomateriais metálicos, 
4848 
cerâmicos e poliméricos, já que eles são utilizados na solução de 
problemas de saúde humana e derivados de várias de fontes. Bem 
como, conhecer os biomateriais naturais e compósitos, relacionando 
suas propriedades, obtenção e aplicação.
1.1 Biomateriais naturais
Os biomateriais naturais podem ser considerados polímeros 
biológicos e tecidos descelularizados. A principal diferença entre eles 
diz respeito aos tecidos descelularizados já possuírem a geometria 
e a textura do tecido original; enquanto os biopolímeros – com a 
cartilagen apresentada pela Figura 1 – são sólidos que precisam ser 
processados para chegar na forma adequada para utilização. Como 
exemplo de biopolímeros temos celulose, colágeno, ácido hialurônico, 
sulfato de condroitina, seda, poliésteres, quitosana (derivado da 
quitina) e alginato (RAMAKRISHNA, 2001).
Figura 1 – Exemplo de um biopolímero 
em alta resolução – cartilagem
Fonte: Girolamo Sferrazza Papa/iStock.com.
As propriedades químicas e mecânicas desses tipos de biomateriais 
são muito semelhantes às dos tecidos e órgãos e, portanto, bastante 
compatíveis com o sistema biológico. Entretanto, existem enzimas 
4949 49
que podem hidrolisá-los e degradá-los, dessa forma todoseles são 
degradáveis no sistema biológico, recebendo o nome de biodegradáveis. 
E ainda, podem ser aplicados em substituições de tecidos moles, 
incluindo curativos e substitutos de cartilagem (RAMAKRISHNA, 2001).
ASSIMILE
Tecidos descelularizados são aqueles em que há a remoção 
(ou ausência) de todo material celular ou nuclear, diminuindo 
qualquer efeito na atividade biológica. Os métodos mais 
comuns para que ocorra a descelularização envolvem 
agentes físicos, químicos e enzimáticos.
1.2 Biomateriais metálicos
Os biomateriais metálicos são materiais que possuem a capacidade 
de suportar esforços, como o de tração, compressão, tensões de 
cisalhamento e impacto. Os metais, no entanto, são altamente reativos, 
sendo propensos à oxidação, como corrosão, podendo levar a uma 
película de óxido altamente tenaz, como o caso da formação da camada 
de óxido de titânio, atuando como uma camada passiva que impede a 
corrosão e a liberação de íons (BROCK, 2007).
Os materiais metálicos apresentam estrutura cristalina, e a ligação 
entre os elementos químicos é do tipo metálica, fatos que os tornam 
bons condutores de calor e eletricidade. Sendo assim, são úteis 
como materiais condutores de sinal em implantes do tipo sensoriais 
e marcapassos, mas não são bons como superfícies em implantes 
dentários, nos quais o material é sujeito a variações de temperatura. 
Devido à flexibilidade e à maleabilidade dos metais, eles são 
frequentemente usados como fios ou grampos para fechar feridas e 
estabilizar fraturas ósseas, além de transportar carga (BROCK, 2007).
5050 
A organização dos átomos em metais sólidos é geralmente compactada, 
apresentando estruturas cristalinas do tipo cúbica de corpo centrado 
(ccc), cúbica de face centrada (cfc) ou hexagonal compacta (hcp). 
Os elétrons da camada externa (de valência) dos átomos são 
deslocalizados e livres para se movimentarem e formar um tipo de 
nuvem ao redor dos átomos. Enquanto isso, os átomos permanecem 
juntos devido às interações eletrostáticas criadas entre si. Esse tipo de 
vínculo é chamado ligação metálica (CALLISTER; RETHWISCH, 2018).
Como os elétrons da camada de valência não estão fortemente 
ligados à estrutura total, os elementos metálicos podem facilmente 
perdê-los em reações químicas, tornando-se cátions. Os metais 
podem formar ligas misturando-se com outros elementos metálicos 
no nível molecular, cujo o principal objetivo da formação de ligas é a 
melhora de algumas propriedades apresentadas pelo metal, como 
torná-lo menos quebradiço, mais duro e mais resistente à corrosão. 
Esse tipo de material apresenta diversas propriedades que o 
caracterizam, como a maleabilidade (permitindo moldar o metal em 
implantes) e a ductilidade (capacidade de extrair metais na forma 
de fio, permitindo a fabricação de tubos intramedulares, hastes, 
parafusos e hastes longas). 
Devido à alta resistência, metais e ligas metálicas são amplamente 
utilizados como instrumentos cirúrgicos e odontológicos, dispositivos 
biomédicos, implantes, substituições de articulações e placas cranianas. 
Entre os tipos mais comuns de implantes médicos estão pinos, hastes, 
parafusos e placas usadas para ancorar fraturas.
Como todo dispositivo médico de implante, os biomateirias metálicos 
usados nas clínicas devem atender alguns requisitos, tais como 
apresentar alta biocompatibilidade, alta capacidade de resistir a 
esforços mecânicos, alta resistência ao desgaste e alta resistência à 
corrosão. Eles são utilizados na produção de dispositivos de suporte 
5151 51
de carga, como articulações do quadril e placas do fêmur, devido 
ao seu alto módulo de elasticidade e tensão de escoamento. Sob 
carregamento, eles não deformam e não perdem sua forma facilmente. 
Uma das ligas mais conhecidas dos metais é o aço inoxidável, 
comumente usado em aplicações médicas, que contém ferro 
misturado com cromo, níquel, molibdênio e carbono. As ligas de 
biomateriais metálicos usadas na fabricação de implantes contêm 
principalmente Fe (ferro), Cr (cromo), Co (cobalto), Ni (níquel), Ti 
(titânio), Ta (tântalo), Mo (molibdênio), V (vanádio) e W (tungstênio). 
O aço inoxidável é uma liga de ferro muito forte, e sua primeira 
utilização como biomaterial foi em tratamentos de fraturas, no início 
dos anos 1900. O aço inoxidável é mais frequentemente usado em 
implantes que são destinados ao reparo de fraturas, como implantes 
ortopédicos, substituições de articulações, instrumentos cirúrgicos e 
odontológicos, placas ósseas, parafusos ósseos, pinos, hastes e stents 
coronários. Dos elementos que o compõem, o cromo, especialmente, 
é um elemento muito reativo e essencial para prevenir a oxidação do 
aço inoxidável. Se a quantidade de cromo for superior a 10,5%, um 
filme aderente e insolúvel é formado instantaneamente na superfície, 
o que impede a maior difusão de oxigênio, evitando a oxidação do 
ferro na matriz.
Já as ligas de cobalto-cromo (Co-Cr) apresentam dois elementos básicos, 
até 65%p de Co e 35% p de Cr. O molibdênio (Mo) também pode ser 
adicionado para obter tamanhos de grão mais finos que resultam em 
maior resistência após fundição ou forjamento. Essas ligas possuem 
alta resistência à temperatura e ao desgaste e, portanto, são usadas em 
uma variedade de implantes de substituição articular, bem como em 
alguns implantes de reparo de fraturas que exigem uma vida útil longa 
do material implantado. As áreas comumente usadas são odontológicas 
(Figura 2b) e ortopédicas (Figura 2a), como quadril total cimentado ou 
na artroplastia do joelho.
5252 
Figura 2 – Uso de ligas metálicas como biomateriais (a) Co-Cr nas 
articulações do joelho e (b) “Vitallium” na odontologia
Fonte: Chen (2015) e Ma e Brudvik (2008).
Contudo, o titânio e suas ligas são os biomateriais mais utilizados em 
função de sua boa resistência mecânica, densidade relativamente 
baixa (4,5 g/cm3), excelente resistência à corrosão e biocompatibilidade 
notável. Além disso, a natureza elástica das ligas de titânio e do material 
titânio é menor que a dos outros metais usados nos implantes de joelho, 
por esse motivo, o implante de titânio atua como uma articulação 
natural e, como resultado, o risco de algumas complicações como 
reabsorção óssea e atrofia são reduzidas. O titânio e as ligas possuem 
grande resistência à corrosão, tornando os biomateriais inertes (não 
apresentando alterações a implantação no corpo). 
Já o tântalo é um metal puro que possui uma notável resistência à 
corrosão e excelentes características físicas e biológicas. É um metal 
maleável, dúctil e reativo. É extremamente estável em temperaturas 
inferiores a 150 °C, resistente à corrosão e possui excelente 
biocompatibilidade. A resistência à corrosão é resultado da formação 
de uma camada protetora criada por óxidos de tântalo na superfície 
do metal. Esse biomaterial metálico tem sido utilizado na fabricação 
de implantes biomédicos, tanto em sua forma pura ou como elemento 
de liga nas ligas de titânio. Também foi usado como revestimento 
em outros dispositivos metálicos devido a sua camada estável de 
óxido superficial, melhorando a resistência à corrosão do substrato e 
aumentando sua biocompatibilidade.
5353 53
Ligas de níquel-titânio (nitinol) são ligas com memória de forma de 
níquel e titânio, nas quais os dois elementos estão presentes quase na 
mesma proporção atômica. Essa liga tem sido utilizada na fabricação 
de instrumentos endodônticos nos últimos anos por possuírem maior 
resistência e menor módulo de elasticidade em comparação com ligas 
de aço inoxidável. Os fios de nitinol têm comportamento superelástico 
e retornam a sua forma original ao descarregar a força que causou a 
deformação e ao executar um tratamento térmico apropriado acima 
da temperatura de transformação de fase. O aquecimento a essa 
temperatura leva a liga a mudar de estrutura martensítica monoclínica 
à estrutura austenítica cúbica. A deformação é normalmente realizada 
em temperatura relativamente baixa, enquanto a memóriada forma 
ocorre após o aquecimento, como pode ser observado na Figura 3. 
Essas propriedades são de interesse na endodontologia, pois permitem 
a construção do canal radicular que utilizam essas características 
favoráveis para fornecer uma vantagem ao preparar canais curvos. 
Figura 3 – Transformação cristalina do Nitol. 
Efeito de memória de forma
Fonte: Elahinia et al. (2012).
E por fim, nas ligas biodegradáveis de magnésio (Mg) apresentam 
densidade, módulo de elasticidade, tensão de escoamento e resistência 
a fratura próximas à do osso, isso pelo fato de estar presente 
5454 
naturalmente no osso. De fato, estima-se que aproximadamente 50% do 
magnésio total é armazenado nos ossos. No entanto, a rápida corrosão 
do metal puro limita seu uso em aplicações de suporte de carga. 
Sendo assim, vemos que os implantes metálicos são usados para 
dois propósitos principais: para substituir uma parte do corpo (como 
articulações, ossos longos e placas do crânio) e como dispositivo de 
fixação para estabilizar os ossos quebrados. 
1.3 Biomateriais cerâmicos
Os biomateriais cerâmicos não degradam quimicamente, corroem 
ou conduzem calor ou eletricidade. São inertes, duros e quebradiços, 
fortes sob forças de compressão e possuem alta densidade. Com essas 
propriedades, são semelhantes aos tecidos duros do corpo humano, 
como ossos e dentes (CALLISTER; RETHWISCH, 2018).
Os biomateriais cerâmicos são materiais inorgânicos compostos 
por elementos metálicos e não metálicos, cuja ligação química é 
predominantemente iônica. As ligações iônicas são fortes e direcionais 
e, portanto, a cerâmica apresenta temperaturas de fusão mais altas 
que as dos metais e polímeros, que possuem ligações metálicas 
ou covalentes, respectivamente. A cerâmica é produzida a partir 
de materiais em pó pela aplicação de calor (sinterização). Elas são 
duras, fortes e quebradiças, maus condutores de calor e eletricidade. 
Existem inúmeras combinações dos compostos metálicos e não 
metálicos, contudo os mais comuns são óxidos, hidretos, carbonetos, 
fosfatos, sulfetos e silicatos. Óxidos de alumínio, fosfatos de cálcio e 
nitretos de titânio estão nessa classe (BERGSCHMIDT, 2012).
Atualmente, as biocerâmicas são amplamente utilizadas na odontologia, 
na produção de implantes ortopédicos para a coluna vertebral e, 
particularmente, nos implantes totais do quadril devido a sua resistência 
contra compressão e desgaste. Existem também biocerâmicas 
5555 55
produzidas em formas porosas e moldáveis. Nos EUA, o número 
estimado de cirurgias de fusão espinhal é de 300.000, muito mais do 
que os implantes de quadril, joelho e ombro combinados (AL-KHAWAJA, 
2016). Enquanto isso, tipos de porcelana de cerâmica têm sido usados 
em odontologia como coroas dentárias devido a sua estabilidade em 
fluidos corporais, alta compressão e boa aparência estética.
É importante ressaltar que os biomateriais cerâmicos apresentam 
vantagens inerentes, como serem biologicamente inertes, não 
produzirem detritos de desgaste e possuírem alta resistência à 
corrosão, compressão e alta temperatura, e ainda, apresentam a 
capacidade de serem projetados para corresponder estreitamente 
às propriedades do osso natural. A razão que os torna tão 
resistentes às condições ambientais são as fortes ligações químicas 
formadas entre os grupos metálicos e não metálicos. A alta 
resistência ao desgaste e a inércia química os tornam preferíveis nas 
substituições ósseas do corpo humano. O uso de fosfato de cálcio 
em procedimentos cirúrgicos humanos tornou-se popular nos anos 
80. A Hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 é uma cerâmica de fosfato 
de cálcio e constitui o principal componente mineral do osso e da 
dentina (RIVERA-MUN et al., 2001).
Dessa forma, a cerâmica apresenta algumas propriedades preferíveis 
aos metais, como resistência ao calor, produtos químicos e corrosão, 
menor densidade, dureza e rigidez e facilidade de modificação, e, 
portanto, são comumente usadas em aplicações médicas, especialmente 
no tratamento do tecido duro como ossos e dentes. Sendo assim, classe 
de cerâmica usada para apoiar, reparar ou substituir partes doentes, 
danificadas ou ausentes do sistema musculoesquelético são chamados 
de biocerâmica. A biocerâmica é geralmente usada em ortopedia e 
aplicações dentárias com respostas biológicas personalizadas. Elas 
podem ser produzidas em diferentes formas, como microesferas, 
revestimentos finos em implantes metálicos ou reabsorvíveis para uso 
em aplicações de engenharia de tecidos. 
5656 
E ainda, os materiais biocerâmicos apresentam alta resistência à 
compressão, desgaste e resistência à corrosão e a capacidade de servir 
como agente polidor ou abrasivo, podendo ser preparados de forma 
que sejam bioinertes ou bioativos. Por outro lado, apresentam alto 
módulo de elasticidade, baixa resistência à tração, baixa tenacidade à 
fratura e dificuldade de fabricação.
A alumina é um exemplo de biocerâmica bioinerte, biocompatível e 
altamente estável. Possui baixa tenacidade à fratura, alta resistência 
à compressão, alta dureza e alta abrasão e resistência ao desgaste. 
A estrutura cristalina estável do Al2O3 é hexagonal, onde os íons de 
alumínio ocupam os sítios intersticiais octaédricos. Suas áreas de 
aplicação incluem ortopedia (Figura 4a), como cabeça do fêmur, 
articulação, prótese de joelho, parafusos e placas ósseas, revestimento 
poroso para as hastes femorais, coroas dentárias, pontes e implantes 
dentários e implante ocular artificial (Figura 4b). 
Figura 4 – Cabeça de alumina nas articulações do quadril 
(a) implante ocular artificial para uso após enucleação e antes da 
aplicação da prótese ocular (b)
(a) (b)
Fonte: Dorozhkin (2002) e Rivera-Mun (2001).
Já a zircônia, como a alumina, é uma das biocerâmicas inertes. É obtida 
a partir do mineral zircão, uma pedra preciosa de muitas cores. 
O zircão é a forma mais popular do mineral zircônio, e se transforma 
em zircônia quando é clorado duas vezes e depois precipitado com 
5757 57
sulfetos ou hidróxidos, e finalmente, calcinado ao seu óxido. A zircônia 
tem várias vantagens sobre outros materiais cerâmicos devido aos 
mecanismos de endurecimento. A adição de alguns óxidos como MgO, 
CaO, CeO e Y2O3 estabiliza a estrutura cristalina tetragonal da zircônia. 
Apresenta alta força mecânica e tenacidade à fratura. É produzida 
geralmente por prensagem à quente ou por processos de prensagem 
isostática. A zircônia é geralmente usada em aplicações ortopédicas 
como cabeça femoral, substituição da articulação, joelho artificial, 
parafusos e placas, além de coroas e pontes dentárias. A principal 
aplicação da cerâmica de zircônia está nas cabeças de esferas de 
substituição total do quadril. 
Já o fosfato de cálcio está naturalmente presente na estrutura óssea e, 
portanto, é aplicado com sucesso na substituição e aumento do tecido 
ósseo por muitos anos. A biocerâmica de fosfato de cálcio apresenta as 
propriedades de biorreabsorção e bioatividade. O fosfato de cálcio pode 
estar em muitas formas diferentes, e as biocerâmicas à base de fosfato 
de cálcio mais usadas em aplicações médicas são a hidroxiapatita (HA) e 
o fosfato β-tricálcico (β-TCP). Sua bioatividade depende de sua estrutura 
química e grau de cristalinidade. As estruturas não estequiométricas 
de apatita contendo íons de CO3
2− e HPO4
2- são altamente solúveis e 
reabsorvíveis. Da mesma forma, o fosfato tricálcico é reabsorvido mais 
facilmente do que os apatitos.
E ainda, os vitrocerâmicos são materiais que apresentam várias 
composições químicas e propriedades diferentes. Os vidros bioativos 
são geralmente baseados nos grupos de sílica com SiO4
4- e apresentam 
aplicações como próteses ortopédicas e dentárias. Eles podem ser 
preparados como vidros densos ou porosos e possuem excelentes 
propriedades mecânicas. Estudos realizados tanto in vivo como 
in vitro demonstraram que muitos vidros bioativos não são tóxicos. 
Os vidros bioativos formam fortes ligações químicas