Parte Escrita Biomateriais Metálicos

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO 
Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos 
 
 
 
 
 
 
Ciência e Tecnologia dos Materiais 
 
 
 
 
 
BIOMATERIAIS METÁLICOS 
Aplicações. 
 
 
 
 
 
Anna Beatriz Barletta 
Marília Minitti Leite Pereira 
Tauane Karine Baitz da Silva 
 
 
 
 
Professora Dra. Eliria Maria de Jesus Agnolon Pallone 
Prof. Dr. João Adriano Rossignolo 
 
 
 
Pirassununga, 2016 
 
1. Introdução. 
 
Materiais de origem natural ou sintética que são capazes de interagir com o 
corpo humano, eles podem ser implantados para melhorar ou substituir qualquer 
tecido, órgão ou função do corpo. (XAVIER, 2016) 
Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), o termo biomaterial foi 
definido como uma “substância sistémica e farmacologicamente inerte 
concebida para implantação ou incorporação em tecidos vivos”. (ROCHA, 2016) 
A partir de 1983, os biomateriais foram considerados como “qualquer 
substância (outra que não um medicamento) ou combinação de substâncias, 
sintéticas ou naturais na sua origem, que possam ser usadas por qualquer 
período de tempo como um todo ou como parte de um sistema que trata, 
aumenta, ou substitui qualquer tecido, órgão ou função do corpo”. (ROCHA, 
2016) 
Suas propriedades físicas são: 
 Brilho 
 Bons condutores de calor e eletricidade 
 Alta densidade 
 Alto ponto de fusão 
 Dúcteis 
 Alta tenacidade 
 Alta resistência 
 
Suas propriedades químicas são: 
 Facilidade de perder elétrons; 
 Superfície reativa 
 Perda de massa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Finalidade. 
 
Os biomateriais de origem natural ou sintética, é que são capazes de interagir 
com o corpo humano, eles podem ser implantados para melhorar ou substituir 
qualquer tecido, órgão ou função do corpo. 
Estes têm como principal finalidade. 
 Prostéticas - (substituir partes do corpo ou órgãos) 
 Diagnósticas- (ajudar na determinação de anomalias, experiências) 
 Terapêuticas- (ajudar na cicatrização, tratamento) 
 Armazenamento- (guardar substâncias) 
 
3. Classificação. 
 
Os biomateriais podem ser classificados em quatro classes de acordo com a 
compatibilidade que apresentam com os tecidos respectivos: 
Os biomateriais biotolerante: Implantes separados do osso adjacente por 
uma camada de tecido mole ao longo da interface. Não há contato na 
osteogênese. A camada é induzida pela liberação por parte do implante de 
monômeros, íons e/ou produtos de corrosão. Praticamente todos os polímeros 
sintéticos e a grande maioria dos metais se enquadram nesta categoria. 
(INSTITUTOS NACIONAIS DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA, 2016) 
Os biomateriais bioinerte: Implantes em contato direto com o tecido ósseo, 
ocorrendo participação na osteogênese. No entanto, não ocorre nenhuma 
reação química entre o tecido e o implante. Não há, ao menos em quantidade 
detectável pelas células, liberação de nenhum componente. Exemplos de 
biomateriais bioinertes são: alumina (Al2O3), zircônia (ZrO2) , titânio (TiO2) , 
tântalo, nióbio e carbono. (INSTITUTOS NACIONAIS DE CIÊNCIA E 
TECNOLOGIA, 2016) 
Os biomateriais bioativo: Ocorre interação entre o implante e o tecido 
ósseo, interferindo diretamente na osteogênese. Por similaridade química a 
parte mineral do tecido ósseo se liga ao implante promovendo a osteocondução. 
Os principais materiais desta classe são: Ca-fosfato, vitro-cerâmicas e 
hidroxiapatita. (INSTITUTOS NACIONAIS DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA, 2016) 
Os biomateriais bioreabsorvíveis: Materiais que, após certo período de 
tempo em contato com os tecidos, acabam sendo degradados, solubilizados ou 
fagocitados pelo organismo. São interessantes em aplicações clínicas onde seja 
desaconselhável a reintervenção para retirada do implante. (INSTITUTOS 
NACIONAIS DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA, 2016) 
 
 
 
4. Propriedades. 
 
A biocompatibilidade é a Habilidade de um material ter um desempenho 
satisfatório, quando em contato com o organismo vivo, de outra forma, o material 
de implante não pode ser afetado pelo meio fisiológico e o organismo (órgãos e 
tecidos locais ou distantes) não podem sofrer danos pela presença desse 
material. (INSTITUTOS NACIONAIS DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA, 2016) 
 Uma das principais propriedades destes matérias é não pode afetar o 
mecanismo de defesa, não ser carcinogênico, não deve degradar nem alterar 
qualquer componente do corpo, ter flexibilidade, ter uma tensão de ruptura: 
tensão máxima a que um material pode resistir ,ter resistência a fadiga: em que 
o material é submetido a tensões baixas, porém repetidas e pode falhar após 
aplicação de grande número de ciclos, apresentar o método de Módulo Yang 
(máxima tensão sofrida pelo material sem sofrer deformação permanente), 
apresentar tensão de escoamento: tensão máxima que o material suporta ainda 
no regime elástico de deformação, conter propriedades físicas: morfologia da 
superfície, encaixe anatômico, rugosidade, porosidade, cor, transparência, 
permeabilidade e cristalinidade, conter propriedades químicas: densidade, 
estabilidade, resistência à esterilização e forma de degradação quando em 
contato com o organismo e ter resistência a corrosão. (INSTITUTOS 
NACIONAIS DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA, 2016) 
 
5. Vantagens e desvantagens. 
 
As vantagens apresentadas pelos biomateriais metálicos seriam: 
• Possuem alta resistência mecânica. 
• Resistência ao desgaste. 
 • Fabricação relativamente fácil. 
As desvantagens apresentadas pelos biomateriais metálicos seriam: 
• Podem ocorrer a corrosão. 
 • Acontecem ruídos do metal com o metal. 
• Podem ocorrer a liberação de íons, o que causa danos ao organismo se os 
mesmo forem tóxicos ou houver algum tipo de alergia aos íons metálicos 
liberados. (FONTES; GIRAFA; GANASSIN, 2016) 
 
 
 
 
 
6. Falhas dos biomateriais. 
 
As principais falhas dos biomaterais podem ocorrer de várias formas 
podemos citar alguns tipos de falhas, como necrose do tecido, condição da 
cobertura do implante: tecidos irradiados ou que sofreram queimaduras, 
contendo cicatrizes fibrosas que piorem a qualidade da pele e do subcutâneo, a 
perda de adesão, as falhas mecânicas (corrosão, fadiga), além de poder 
ocorrer a liberação de íons, o que causa danos ao organismo se os mesmo 
forem tóxicos ou houver algum tipo de alergia aos íons metálicos liberados. 
(FONTES; GIRAFA; GANASSIN, 2016) 
 
7. Biomateriais metálicos. 
 
Os biomateriais são materiais metálicos, cerâmicos, poliméricos ou 
compósitos, destinados a funcionar adequadamente num bio-ambiente. São 
utilizados para o fabrico de estruturas ou implantes e para substituir ou reparar 
estruturas perdidas, tecidos doentes ou danificados e órgãos “doentes”. 
(ROCHA, 2016) 
Algumas vezes elementos metálicos em suas formas de ocorrência naturais 
e em pequena quantidade são tolerados pelo organismo ferro (Fe) e cobalto 
(Co). Porém em grande quantidade a maioria dos metais não são tolerados em 
sua forma natural pelo organismo. Devido a este fato foi criado os biomaterias 
metálicos, para assim conseguir que o organismo tolere os certos metais 
rearranjados. (ROCHA, 2016) 
Os biomaterais são usados como substitutos de tecidos duros, como em 
substituições totais de quadril e joelho, placas e parafusos para fixação de 
fraturas, dispositivos de fixação de coluna e implantes dentários devido a suas 
excelentes propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. (ROCHA, 2016) 
Um material metálico utilizado na construção de próteses ortopédicas, 
dispositivos de osteossíntese ou implantes dentários deve possuir as seguintes 
características: Limite de resistência da ordem de, ou maior que 800 Mpa 
 Resistência à corrosão, geral e localizada. 
 Biocompatibilidade 
 
Dentre os biomateriais metálicos, os mais utilizados seriam: 
 Aços inoxidáveis austeníticos do tipo 316 LVM, 
 Ligas Co-Cr-Mo, Co-Ni-Cr-Mo, 
 Titânio puro e Ti-6Al-4V são os mais utilizados; 
 
 
 
8. Processamento dos biomaterias. 
Assemelha-se ao processamento dos materiais metálicos em geral: 
 Separação de minerais; 
 Processos químicos; 
 Fundição/ Lingotamento; 
 Laminação/ Forjamento; 
 Tratamento térmico; 
 
(DALLAVALLI, 2016) 
A figura 1, abaixo mostra o processo de confecção de biomaterial metálico 
genérico. 
 
 
Figura1- Confecção de biomaterial metálico genérico. 
 
 
A figura 2, que se apresenta abaixo consiste nas as etapas do ciclo 
de vida de um biomaterial, desde sua concepção baseada em uma 
necessidade específica até seu uso clínico e avaliação posterior. 
 
 
Figura 2- Ciclo de vida de um biomaterial. 
 
9. Ligas. 
 
9.1 Ligas te titânio. 
 
As principais características das ligas de titânio é que elas apresentam alta 
resistência à corrosão, devido ao filme óxido protetor de dióxido de titânio (TiO2), 
e elevada relação resistência-peso, resultado de sua baixa massa específica, faz 
do titânio e suas ligas um material promissor para uso biomédico. As ligas de 
Titânio apresentam propriedades superiores ao do Titânio puro. (INSTITUTOS 
NACIONAIS DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA, 2016) 
As ligas de titânio são próteses empregadas em próteses como em implantes 
ortopédicos e odontológicos. É um material que tem alto custo. (XAVIER, 2016) 
As classes de titânio que inicialmente foram introduzidos como biomateriais 
foram: 
- ASTM F67 (titânio comercialmente puro nos graus 1, 2, 3 e 4) 
- ASTM F136 (liga Ti-6Al-4V Extra Low Intersticial) 
- ASTM F1472 (liga Ti-6Al-4V padrão). 
A sua resistência à corrosão observada no titânio e suas ligas se deve à 
formação de uma camada de óxido passivo constituída primariamente de TiO2 
que adere à superfície do metal e o protege. (XAVIER, 2016) 
As ligas de titânio são utilizadas quando há traumas severos na estrutura 
facial necessitam de um grande número de placas e parafusos. (XAVIER, 2016) 
 Placas e parafusos para a região crânio-maxilofacial existem em diversas 
configurações para que o médico adéque o sistema à anatomia do 
paciente. 
 Utilizado também nas hastes intramedulares para fratura exposta e 
fechada de tíbia, onde o implante é indicado para fraturas de ossos de 
maior dimensão e sujeito a esforços mecânicos maiores (tíbia). 
 
 
9.2 Aços inoxidáveis. 
 
As ligas de são a base de ferro, contendo, Cr, Ni e outros elementos de liga, 
caracterizadas por uma elevada resistência a corrosão. (BIOMATERIAIS-... 
2016) 
O aço inoxidável (austenítico) quando comparados as ligas de Ti, apresenta: 
 Máxima tensão que o material suporta sem sofrer deformação 
permanente (Módulo Young); 
 
 Menor resistência a tração; 
 
 Elevada resistência a corrosão 
 
 Possui boa combinação de resistência mecânica, ductilidade, custo 
efetivo e facilidade de fabricação. 
 
 O seu uso em cirurgias ortopédicas abriu uma vasta faixa de novas 
possibilidades no tratamento de fraturas 
 
9.3 Ligas de cobalto. 
 
As ligas de cobalto foram originalmente propostas para implantes cirúrgicos 
a mais de 70 anos. Estas ligas superam as ligas de aço inoxidável. (INSTITUTOS 
NACIONAIS DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA, 2016) 
Há basicamente dois tipos de ligas de Co para aplicação médica, que é a liga 
Co-Cr-Mo para recobrimento e as ligas trabalhadas Co-Ni-Cr-Mo. (INSTITUTOS 
NACIONAIS DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA, 2016) 
Estas ligas formam uma classe de materiais altamente resistentes a corrosão 
em meio fisiológico e ao desgaste, superando as ligas de aço inoxidável. Além 
disto, seu limite de resistência e resistência à fadiga superiores possibilitam sua 
aplicação onde se requer longa vida em serviço sem a ocorrência de fraturas ou 
stress/fadiga. Muitas propriedades são originárias da natureza cristalográfica do 
cobalto, do efeito de reforço do Cr e Mo e da formação de carbetos de alta 
dureza. (INSTITUTOS NACIONAIS DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA, 2016) 
Características tão especiais têm levado à utilização destas ligas em diversas 
aplicações médicas, em especial aquelas que visam a substituir superfícies 
articulares. Suas propriedades de resistência ao desgaste, à corrosão e baixo 
coeficiente de atrito são decisivas nesta escolha. (INSTITUTOS NACIONAIS DE 
CIÊNCIA E TECNOLOGIA, 2016) 
 
9.4 Outras ligas. 
 
 CuZnAl 
 CuAlNi 
 Níquel-Titânio (50%-50%) 
 
 As ligas de Ni-Ti são ideais para aplicações na área, este tipo de liga veio 
como um método de substituir as ligas de aço inoxidável. (REIS, 2016) 
Além de ser muito utilizada em tratamentos ortodônticos, uma característica 
desejável para que se evitem danos ao tecido periodontal do paciente. (REIS, 
2016) 
As ligas de Ni-Ti tem elevada elasticidade. (REIS, 2016) 
 
10. Aplicação na medicina 
 
Os biomateriais apresentam uma grande gama em aplicações clínicas. A 
necessidade remete a importante decisão a ser tomada pelo profissional em 
avaliar as características do material frente as necessidades do paciente. 
 São usadas placas de Ni-Ti para substituir ossos fraturados. 
 As placas Ni-Ti são resfriadas e colocadas na zona afetada. 
 A temperatura do corpo aquece as placas que contraem, exercendo 
pressão controlada. 
 Catéteres. 
 Regeneração óssea: auxiliar na regeneração de fratura óssea ou 
substituição de partes removidas. 
 Vascular: parte de componentes em válvulas cardíacas. 
 Odontologia: substituição de raiz dentária ou preenchimento da cavidade 
dental, reparação de zonas maxilares. 
 Endoprótese (artroplastia): prótese articulares do quadril, joelho, ombro. 
 
 
 
 
 
 
11. Pesquisas e produção no Brasil. 
 
 
Os órgãos responsáveis pela pesquisa de biomateriais no Brasil seriam 
CBPF (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas), com o Departamento de 
Biomateriais. (MATERIAIS... 2016) 
A produção de biomateriais no brasil vem aumentando, entre 2011 a 2015 o 
mercado de biomateriais no Brasil obteve crescido uma taxa de 19,5% ao ano. 
Movimentando uma quantidade de $ 1,7 bilhões de dólares. (MATERIAIS... 
2016) 
As empresas responsáveis pela produção de biomateriais no Brasil são: 
 TRAUMÉDICA (Campinas- SP) 
 INTERMEDIC (São Paulo- SP) 
 PRIME (Campinas- SP) 
 SIN (São Paulo- SP) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12. Conclusão. 
 
Os biomateriais são responsáveis por grandes impactos sociais e 
econômicos. A criação deste material possibilitou muitos avanços na medicina, 
no setor de implantes. Além de ter várias apliações. Apesar das excelentes 
vantagens ainda possuem limitações. 
E há muitas pesquisas em desenvolvimento para aperfeiçoamento de novos 
biomateriais; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13. Referências. 
 
BIOMATERIAIS- aço inoxidáveis. Disponível em: 
<www.mackenzie.br/fileadmin/Graduacao/EE/Revista_on_line/aco_inoxidavel.pdf>. 
Acesso em: 10 out. 2016. 
DALLAVALLI, Mário José. BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICA. Disponível em: 
<www.gea.ufpr.br/arquivos/lamabio/didatico/14Biomat10CeramicosVidros.ppt>. 
Acesso em: 25 out. 2016. 
INSTITUTOS NACIONAIS DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA (Brasil). 
Biofabris. BIOMATERIAIS. Disponível em: <http://biofabris.com.br/pt/biomateriais/>. 
Acesso em: 21 out. 2016. 
 FONTES, AnnaCarolina; GIRAFA, Bárbara; GANASSIN, Vanessa. Biomateriais 
metálicos. Disponível em: 
<http://engbiomateriais.blogspot.com.br/2011/11/biomateriais-metalicos.html>. Acesso 
em: 22 out. 2016. 
MATERIAIS Metálicos – ciência e Aplicação como Biomateriais. Disponível em: 
<http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/daniela/materiais/Aula_3__Materiais_
Metalicos.pdf>. Acesso em: 03 nov. 2016. 
REIS, Widson Porto. CARACTERIZAÇÃO DE LIGAS DE NÍQUEL – TITÂNIO PARA 
ORTODONTIA. Disponível em: 
<http://www.ime.eb.br/arquivos/teses/se4/cm/widson_porto_reis.pdf>. Acesso em: 01 
nov. 2016. 
ROCHA, Bruno Adão da Silva. Desenvolvimento do processo de produção de 
próteses em ligas de Titânio. Disponível em: <https://repositorio-
aberto.up.pt/bitstream/10216/57731/1/000144616.pdf>. Acesso em: 19 out. 2016. 
XAVIER, Tainara Tange Alves. Ligas de Titânio para Implantes 
Ortopédicos. Disponível em: 
<www.bibliotecadigital.unicamp.br/document/?down=000940470>. Acesso em: 20 out. 
2016.