BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICA TQ-064

1. Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia Depto de Engenharia Química Prof. Dr. Mário José Dallavalli BIOMATERIAIS E BIOMECÂNICATQ-064

2. Bibliografia recomendada • CALLISTER, W. D., Materials science and engineering - an introduction, John Wiley, 4ª Ed, 1994. • VAN VLACK, L. H., Princípios de ciência e tecnologia dos materiais, Campus, 5ª Ed, 1983. • VAN NOORT, R.,Introdução aos materiais dentários, 2ª. Ed., 2004. • ELIAS, C. N. e LOPES, H. P., Materiais dentários: ensaios mecânicos, 1ª Ed., 2007. • BUDDY, D. R., Biomaterials science.... • JOON, B. P., Biomaterials: principles and applications, 1985.

3. Biomateriais e Biomecânica “Overview” O que é um biomaterial? • É um material “não-vivo” usado em um dispositivo médico com intenção de interação com sistemas biológicos • Não é necessariamente um dispositivo médico

4. Tipos de Biomateriais – Metais Caracterizados pela ligação metálica. – Polímeros Cadeias longas e moléculas com unidades repetidas. – Cerâmicos Compostos inorgânicos com ligações iônicas e covalentes. – Compósitos eOutros PRF, Vidro (sólidos amorfos) e carbono.

5. Biomaterial

6. Biomaterial Biocompatibilidade X Propriedades Haste e Esfera: Liga Ti = 90% Al = 06% V = 04% Alta resistência mec. Taça Acetabular: P.E. = Ultra-Alto p. m. Coef. Atrito Baixo Fixação: Cimento ósseo acrílico Polimerizado in situ

7. O que é Biocompatibilidade? • Biocompatibilidade é a habilidade de um material em ser compatível com a vida, em especial, novos materiais compatíveis com o corpo humano. • São especificamente desenhados em função da aplicação. • Estes materiais têm de obedecer a um vasto número de parâmetros de modo a serem biocompatíveis. • A biocompatibilidade é essencial para a implementação in-vivo dos biomateriais, de modo a minimizar quaisquer possíveis reações de rejeição. • A esterilidade do biomaterial é uma propriedade extremamente importante na área dos biomateriais

8. Biocompatibilidade X Propriedades Propriedades de Comparação: Módulo de Elasticidade – Limite de Escoamento – Limite de Resistência – Alongamento na Fratura – Resistência de Fadiga – Taxa de Corrosão

9. Assuntos relacionados a Biomateriais • Toxicologia • Biocompatibilidade • Cura • Localização anatômica • Requisitos mecânicos e de performance • Processos industriais de fabricação • Ética • Agências reguladoras – ANVISA, FDA • Natureza interdisciplinar

10. Propriedades dos Materiais • Falha nos materiais • Fratura • Deformação plástica • Tensões e deformações críticas • Fadiga, falha sobre condições cíclicas

11. Elástica 500 Limite de escoamento Plástica Tensão,  (MPa) 250 fratura  0 0 0.002 0.004 0.005 0.008 0.010 0 0.02 0.04 0.05 0.08 0.10 Deformação, Є (mm/mm) Deformação, Є (mm/mm) Curva Tensão-Deformação (cont.) Como não existe um limite claro entre as regiões elástica e plástica, define-se o Limite de escoamento, como a tensão que, após liberada, causa uma pequena deformação residual de 0.2%. O Módulo de Young, E, (ou módulo de elasticidade) é dado pela derivada da curva na região linear.

12. PropriedadesMecânicas dos Metais • Região elástica (deformação reversível) • Região plástica (deformação quase toda irreversível) • Módulo de Youngou módulo de elasticidade => (derivada da curva na região elástica (linear) • Limite de escoamento (yield strength) => define a transição entre região elástica e plástica => tensão que, liberada, gera uma deformação residual de 0.2%. • Limite de resistência (tensile strength) => tensão máxima na curva  de engenharia.

13. Dinâmica • Em geral, somente sistemas oscilatórios dinâmicos são críticos para sistemas usinados • O modelo massa-mola e geralmente utilizado

14. Dinâmica • A freqüência natural eh ponto de máxima oscilação quando a energia e armazenada mais rapidamente do que dissipada

15. Dinâmica O circuito elétrico análogo e um circuito RLC com função de transferência =

16. Dinâmica Q e o fator de qualidade e mede as perdas do sistema

17. Dinâmica • Sistemas de Torção tem relações similares • Tensões estáticas são multiplicadas por Q na dinâmica • Amortecimento gera ruído

18. Trabalho para casa • Usando suas próprias palavras dê uma definição simples de tensão e deformação. • Relacione quatro tipos de biomateriais e os principais usos de cada um deles. • Defina Biocompatibilidade e relate duas aplicações nas quais a definição pode variar. • Quais são os metais tipicamente usados em aplicações biomédicas, esclareça porque são aplicáveis e quais propriedades os tornam bons biomateriais. • Relacione 5 empresas brasileiras que produzem biomateriais, indicando a aplicação. Enviar as respostas para dallavalli.engquim@ufpr.br

19. Fim Ate a próxima aula