MATERIAIS METÁLICOS

1. MATERIAIS METÁLICOS Biomateriais

2. Matéria prima fusão lingote fundição metalurgia pó produto semi acabado conformação soldagem produto acabado usinagem

3. trefilação laminação extrusão forjamento usinagem fundição soldagem metalurgia do pó lingotamento APLIC. ≥ RUPTURA APLIC. ≤ RUPTURA TAPLICADA >TFUSÃO TAPLICADA <TFUSÃO Processos fabricação Mecânicos (tensão) Metalúrgicos (temperatura)

4. Implantes metálicos • Áreas de aplicação • Formas de aplicação: temporário ou permanente • Implantes temporários • Próteses articulares • Tipos de falhas • Implantes permanentes • Tipos de fixação • aços inoxidáveis, ligas Co-Cr, ligas Ti

5. Áreas de aplicação • 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

6. Implantes Metálicos - Formas de aplicação • temporário (auxiliar no tratamento de reparação óssea): pregos intramedulares, parafusos, placas, fios, hastes, garras, pinos, etc. • permanentes: próteses articulares, pinos, implantes dentários, etc.

7. Ligas Metálicas – Implantes Cirúrgicos Referência ASTM Aço Inoxidável 316 e 316L F138-86, F139-86, F745-81 (1988), F666-80, e F642-79 (1984) Titânio puro F67-89 Liga de Co-Cr-Mo F75-87 e F799-87 Liga de Co-Cr-W-Ni F90-87, F643-79 (1984) e F644-79 (1984) Liga de Ti-6Al-4V F136-84, F620-87 e F1108-88 Tântalo puro F560-86 Liga de Co-Ni-Cr-Mo F562-84, F688-88 e F961-85 Liga de Co-Ni-Cr-Mo-W forjada F563-88 Biomateriais Metálicos Utilizados em Implantes Cirúrgicos

8. Falha dos implantes Todos os sistemas de implantes sofrem falhas clínicas: • necrose do tecido ósseo • perda da adesão  mobilidade do implante • falha mecânica  corrosão, fadiga, carga alta

9. Falhas típicas de implantes metálicos • Causas Mecânicas • tensões altas por atividade física ou por forças de mastigação causam a mobilidade do implante • tensões cíclicas afetam interface, causando descolamento ou falha do implante por fadiga ou desgaste acentuado • diferença acentuada no módulo elástico entre implante e osso • fixação do implante deve ser otimizada

10. Falhas típicas de implantes metálicos • Causas Químicas • corrosão • toxicidade de elementos dissolvidos causando necrose do tecido • resíduos de desgaste (debris) danificam os tecidos adjacentes e causam infecção • uso de materiais não tóxicos

11. Implantes temporários

12. Hastes

13. Implantes permanentes - Requisitos • Resistentes ao ataque corrosivo por fluídos fisiológicos • Resistentes a fadiga durante a vida útil desejada • Conformabilidade em qualquer formato requerido • Não devem alterar a composição química do plasma ou dos tecidos

14. Implantes permanentes - Requisitos • Não devem interferir com os mecanismos normais de defesa • Não devem gerar respostas carcinogênicas • Não devem sofrer fratura catastrófica a resultado da fragilidade ou longo uso, ou fluência • Não devem promover trauma sangüíneo, coagulação ou denaturação de proteínas

15. Próteses Articulares -Tipos • Quadril: • ~20 anos vida media útil (30% de falha) • Ligas de Ti ou CoCr na haste femural, • acetábulo de polímero (PEUAPM), • cabeça metálica ou cerâmica (alumina ou zircônia) • Joelho: • maior chance de falha, • Ligas de Ti ou CoCr na parte femural, • PEUAPM na parte tibial

16. Próteses Articulares -Tipos • Tornozelo: • curtaduração, • tibial, talar e fibular, • tipicamenteCoCr e PEUAPM • Ombro, cotovelo: • falhacomumdevido a movimentosrotacionais • Outras: • dedos, espinha (compósitos c/ polímeros)

17. Prótese de quadril

18. Prótese de joelho

19. Prótese de ombro

20. Prótese acetabular

21. Fixação de implantes permanentes Cimentação Charnley 1960 (acetábulo de PEUAPM e prótese femural metálica) Ex.: cimento de polimetil metacrilato (PMMA) de cura rápida que polimeriza in situ unindo o implante ao osso.  temperatura de cura danifica os tecidos; resíduos de monômeros são tóxicos; deterioração da interface

22. Morfológica: inserção no osso sem adição de cimento (cementless)  o tecido cresce nas cavidades da superfície do implante formando uma ligação puramente mecânica. Ex.: ranhuras, orifícios. tempo longo de regeneração, dificuldade em cirurgias de revisão, reabsorção óssea

23. Biológica: superfícies com poros maiores que 100 µm permitem penetração dos tecidos. Ex.: sinterização de esferas ou fios na superfície •  maior corrosão, menor resistência a fadiga, baixa estabilidade da superfície porosa, migração de partículas

24. Bioativa: recobrimento da superfície metálica com materiais que aderem diretamente ao tecido ósseo. Ex.: fosfatos de cálcio, vidros bioativos, etc. • adesão entre a camada bioativa e a superfície do implante

25. Aços inoxidáveis 316L (ASTM F-138) • Propriedades • E = 200 GPa (12 x do osso) • Limite de resistência  = 260-896 MPa • Preferível para fixação temporária • Fadiga, corrosão por crevice, liberação de níquel • Acima de 0,03% Carbono ocorre segregação na forma de carbeto de cromo Cr23C6, diminuindo a resistência a corrosão • Substituições H2, N2, P, C, O2 fragilizam a estrutura • Nitretos se solubilizam e associados com carbono formam inclusões (defeitos)

26. Ligas de Cobalto-Cromo (F75, F799) • Propriedades • Alta resistência mecânica • Alta resistência a corrosão (crevice) • Biocompatibilidade hastes de prótese de quadril • Co-Cr-W-Ni • Alta resistência = 690-6000 MPa fios, fixação interna, placas, hastes intramedulares, parafusos • variação de pH por infecção pode danificar a camada passivada

27. Titânio – puro (ASTM F-67) • usado como recobrimento poroso sobre ligas de titânio • implantes dentários

28. Ligas de titânio (ASTM F-136) • Propriedades • E = 100 GPa (osso cortical = 7-25 GPa) • prensagem com isostática a quente aumenta o limite de resistência e a resistência a fadiga prótese de quadril • qualquer cavidade diminui a resistência a fadiga • baixa resistência ao desgaste • vanádio é carcinogênico substituição de V por Nb