biomateriais de carbono

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Disciplina: Biomateriais
Docente: Imarally Vitor de Souza Ribeiro Nascimento
Discente: Maurício Chagas de Menezes Júnior
Tarefa: Resumo sobre metais biodegradáveis.
Biomateriais de Carbono
Uma perspectiva do passado:
O reconhecimento da biocompatibilidade do carbono data dos tempos antigos, onde tatuagens permanentes feitas pelo homem usando carvão pulverizado poderiam ser colocadas sob a pele sem efeitos adversos aparentes. Porém foi apenas no final dos anos 1960 que uma forma de carbono foi encontrada para ter compatibilidade com sangue e as propriedades estruturais necessárias para aplicação em válvulas cardíacas artificiais de longo prazo. Desde então, vários materiais baseados em carbono desencadearam investigação para aplicação como dispositivos médicos. 
 Como são caracterizados:
Os biomateriais de carbono podem ser caracterizados em relação a: 
(1) Dimensão: variando de materiais que têm todos as dimensões em tamanho nanométrico, como nanodiamantes, fulereno, a materiais tridimensionais fora da faixa de tamanho nanométrico, como diamante, carbono pirolítico, fibras de carbono e grafite; 
(2) Cristalinidade: variando de materiais alotrópicos inteiramente cristalinos, como diamante e grafite, a inteiramente amorfo, como carbono pirolítico; 
(3) Estado de hibridização dos átomos de carbono: variando de materiais que exibem apenas carbonos hibridizados sp2, como grafite, a materiais que contêm carbonos hibridizados sp3, como diamante. 
Biomateriais a base de carbono:
A grande variedade existente de biomateriais de carbono e suas propriedades exclusivas culminaram em sua investigação e / ou comercialização em uma ampla gama de produtos biomédicos. Dependendo da aplicação, biomateriais de carbono são usados ​​atualmente como coloides, materiais autônomos, revestimentos ou compostos.
· Coloides na forma de micro e nanopartículas de carbono, principalmente ND, fulerenos, CNT, GBM e CD, foram explorado principalmente para entrega de drogas e genes, fototerapia, imagem (diagnóstico) e como agentes antimicrobianos. Apesar de nenhum produto estar disponível comercialmente, sua eficácia foi demonstrada in vitro e in vivo.
· Os materiais autônomos compreendem filmes autônomos que pode ser produzida de forma rápida e barata. CNT, GBM e CF têm sido explorados principalmente para o desenvolvimento de biossensores, tecido cardíaco, ortopédico e neurológico, cicatrização de feridas cutâneas e superfícies antibacterianas; 
· Os revestimentos à base de carbono têm sido usados ​​há décadas para melhorar o desempenho do biomaterial. Os revestimentos DLC e PyC são comercializados em dispositivos ventriculares, stents vasculares, stents uretrais, válvulas cardíacas mecânicas (MHV) ou implantes ortopédicos. NCD, UNCD, DLC, fulerenos, CNT, GBM e CD estão sendo investigados para doenças cardiovasculares, uso ortopédico, dentário, neurológico e oftalmológico e como biossensores, materiais antimicrobianos, cateteres e fios-guia. 
· Quanto aos compósitos de carbono, pressupõem que os materiais de carbono são combinados com polímeros, cerâmicas ou metais. Os compostos de carbono podem ser produzidos usando diferentes técnicas, como polimerização in situ, mistura por fusão, mistura de solventes, ETC. As características finais dos materiais produzidos são altamente dependentes do material de carbono usado, técnica de produção e o material de base. Assim, brincar com todos esses recursos permite a produção de uma ampla gama de biomateriais. Compósitos contendo CF e ND são comercializados para aplicações ortopédicas e odontológicas. Compostos de ND, Gt, CNT, GBM são amplamente explorados para o desenvolvimento de sistemas de entrega de drogas e genes, biossensores, materiais antibacterianos e implantes médicos, incluindo próteses permanentes e medicina regenerativa.
Liberação de fármacos:
· Alguns compostos contendo GBM com boa biocompatibilidade também foram descritos, como CaCO3 / tetraetilenopentamina-Rgo (Li et al., 2016) 
· G-oleato poli (amidoamina) usados ​​como vetor de entrega de gene com capacidade de transfecção de genes (Liu et al., 2014).
Biossensores:
· Biossensores baseados em CNT foram montados para a detecção de várias moléculas, como dopamina, ácido úrico, glicose, antígeno específico da próstata (PSA), osteopontina, miRNA, DNA, K-ras, antígeno-125 de carcinoma, alfa-fetoproteína, e amilóide-β (Pasinszki et al., 2017).
Terapia Antimicrobiana:
· As propriedades antimicrobianas dos materiais de carbono foram exploradas principalmente usando ND, fulerenos, CNT, GBM e CD como coloides. 
· No entanto, surgiu muito interesse quanto à sua incorporação em superfícies, com pesquisas utilizando Filmes CNT e GBM, revestimentos DLC e CNT-, GBM-, e compósitos contendo CD também sendo descritos. 
· Em relação à incorporação de biomateriais de carbono como compósitos, o efeito antimicrobiano dos compósitos contendo CNT é altamente dependente do tipo de CNT, comprimento e quantidade na matriz polimérica. (Mocan et al., 2017; Aslan et al., 2010) 
· O desempenho antimicrobiano de GBM contendo compósitos não depende apenas do GBM incorporado e sua quantidade, mas também na técnica de produção composta adotada. As técnicas de produção que promovem a exposição GBM em superfícies compostas geram materiais com propriedades antimicrobianas mais elevadas (Henriques et al., 2018). 
· A incorporação do GO para criar compósitos poliméricos com a quitosana (CS) / GO (Mazaheri et al., 2014)
· CS / polivinilpirrolidona / GO (Mahmoudi et al., 2016), 
· Ácido polilático / poliuretano (PU) / GO (An et al., 2013), 
· Andaimes fibrosos PCL / GO (Melo et al. 2020) e o hidrogel ágar / GO (Papi et al., 2016) promoveu um efeito antimicrobiano entre 50% e 100% em diferentes espécies de bactérias. 
Aplicações cardiovasculares
· Materiais usados ​​na produção de válvulas cardíacas, como o poli (tetrafluoroetileno), cloreto de polivinil, PU segmentado, borracha de silicone e poli (éter uretano ureia), têm uma resistência à fadiga de baixo ciclo, o que impacta sua durabilidade. Como mencionado anteriormente, a incorporação de materiais de carbono em matrizes poliméricas melhora seu desempenho mecânico significativamente. Assim, alguns Compósitos contendo biomaterial de carbono foram desenvolvidos para aplicação como próteses cardíacas.
Engenharia de tecidos
· A engenharia de tecidos é uma estratégia promissora para permitir o reparo cardíaco, mas revelou ser desafiador, uma vez que os andaimes cardíacos devem mimetizar as características mecânicas e elétricas do tecido natural. A incorporação de CNT como compósitos melhora condutividade elétrica e / ou desempenho mecânico de os polímeros de base (Gorain et al., 2018; Vellayappan et al., 2015);
· Promovendo a adesão dos cardiomiócitos e apoiando sua função, crescimento e maturação (Gorain et al., 2018) 
· Sem induzir toxicidade e / ou apoptose (Kroustalli et al., 2013). 
· Com propriedades mecânica e capacidade condutora elétrica como tem CNT e GBM, foram motivadas investigações como materiais para regeneração cardíaca, principalmente como materiais autônomos ou como compostos. 
Referências: 
· Li, J., Jiang, H., Ouyang, X., Han, S., Wang, J., Xie, R., Zhu, W., Ma, N., Wei, H., Jiang, Z., 2016. CaCO3/TetraethylenepentamineGraphene hollow microspheres as biocompatible bone drug carriers for controlled release. ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 30027–30036.
· Liu, X., Ma, D., Tang, H., Tan, L., Xie, Q., Zhang, Y., Ma, M., Yao, S., 2014. Polyamidoamine dendrimer and oleic acid-functionalized graphene as biocompatible and efficient gene delivery vectors. ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 8173–8183.
· Pasinszki, T., Krebsz, M., Tung, T.T., Losic, D., 2017. Carbon nanomaterial based biosensors for non-invasive detection of cancer and disease biomarkers for clinical diagnosis. Sensors 17.
· Mocan, T., Matea, C.T., Pop, T., Mosteanu, O., Buzoianu, A.D., Suciu, S., Puia, C., Zdrehus, C., Iancu, C., Mocan, L., 2017.
· Aslan, S., Loebick, C.Z., Kang, S., Elimelech, M., Pfefferle, L.D., Van Tassel, P.R., 2010. Antimicrobialbiomaterials based on carbon nanotubes dispersed in poly(lactic-co-glycolic acid). Nanoscale 2, 1789–1794.
· Henriques, P.C., Borges, I., Pinto, A.M., Magalhaes, F.D., Goncalves, I.C., 2018. Fabrication and antimicrobial performance of surfaces integrating graphene-based materials. Carbon 132, 709–732.
· Mazaheri, M., Akhavan, O., Simchi, A., 2014. Flexible bactericidal graphene oxide–chitosan layers for stem cell proliferation. Appl. Surf. Sci. 301, 456–462.
· Mahmoudi, N., Ostadhossein, F., Simchi, A., 2016. Physicochemical and antibacterial properties of chitosan-polyvinylpyrrolidone films containing self-organized graphene oxide nanolayers. J. Appl. Polym. Sci. 133.
· Melo, S.F., Neves, S.C., Pereira, A.T., Borges, I., Granja, P., Magalhães, F., Gonçalves, I.C., 2020. Incorporation of graphene oxide into poly(ɛ-caprolactone) 3D printed fibrous scaffolds improves their antimicrobial properties. Mat. Sci. Eng C 109, 110537.
· Papi, M., Palmieri, V., Bugli, F., DE Spirito, M., Sanguinetti, M., Ciancico, C., Braidotti, M.C., Gentilini, S., Angelani, L., Conti, C., 2016. Biomimetic antimicrobial cloak by graphene-oxide agar hydrogel. Sci. Rep. 6, 12.
· Gorain, B., Choudhury, H., Pandey, M., Kesharwani, P., Abeer, M.M., Tekade, R.K., Hussain, Z., 2018. Carbon nanotube scaffolds as emerging nanoplatform for myocardial tissue regeneration: a review of recent developments and therapeutic implications. Biomed. Pharmacother. 104, 496–508.
· Kroustalli, A., Zisimopoulou, A.E., Koch, S., Rongen, L., Deligianni, D., Diamantouros, S., Athanassiou, G., Kokozidou, M., Mavrilas, D., Jockenhoevel, S., 2013. Carbon nanotubes reinforced chitosan films: mechanical properties and cell response of a novel biomaterial for cardiovascular tissue engineering. J. Mater. Sci. Mater. Med. 24, 2889–2896.