Biomateriales. Materiales y materias primas.

A Evolução dos Biomateriais

Introdução aos Biomateriais

• Em 1972, uma série de ficção científica apresentou um protagonista com implantes que o tornavam quase invencível, destacando a relação entre tecnologia e biomedicina.

• Avanços na ciência e tecnologia reduziram a distância entre ficção e realidade, especialmente no campo da biomedicina e dos biomateriais.

Materiais Utilizados em Dispositivos Médicos

• Motores de transbordadores espaciais e próteses compartilham materiais como ligas de titânio, alumínio e vanádio, inicialmente desenvolvidos para usos industriais.

• O conceito de biomaterial abrange qualquer substância que interaja com sistemas biológicos para tratar ou substituir tecidos ou órgãos humanos.

Biocompatibilidade

• Nem todos os materiais podem ser usados como biomateriais; eles devem ser biocompatíveis, ou seja, aceitos pelo corpo sem causar reações adversas.

• A história do homem encontrado em Kennewick ilustra a capacidade do corpo humano de tolerar materiais estranhos ao longo do tempo.

Desenvolvimento Histórico dos Biomateriais

• A utilização de biomateriais evoluiu significativamente desde o primeiro substituto total de quadril em 1938 até as inovações impulsionadas pela Segunda Guerra Mundial.

• Cirurgiões britânicos usaram fragmentos de parabrisas para desenvolver lentes intraoculares, demonstrando um avanço crucial na biocompatibilidade.

Impacto Atual e Futuro dos Biomateriais

• Com o aumento da longevidade da população, há uma crescente necessidade por dispositivos biomédicos que melhorem a qualidade de vida.

Avanços em Biomateriais e Próteses

Introdução aos Biomateriais

• O uso de biomateriais inclui uma variedade de implantes, como marcapassos, válvulas cardíacas, discos intervertebrais e próteses.

• A evolução da tecnologia médica desde os anos 80 trouxe inovações que transformaram ficção científica em realidade.

O Caso de Jess Sullivan

• Jess Sullivan, conhecido como "homem biónico", perdeu seus braços em um acidente e agora possui uma prótese que responde a comandos cerebrais.

• O objetivo futuro é desenvolver sensibilidade tátil na prótese, representando um avanço significativo na interface homem-máquina.

Tipos de Biomateriais

Materiais Cerâmicos

• Os biomateriais cerâmicos são caracterizados por sua dureza e resistência a altas temperaturas, mas podem quebrar facilmente.

• As cerâmicas inertes têm baixa reatividade com o organismo e são usadas em cirurgias ortopédicas e bucomaxilofaciais.

Cerâmicas Bioativas

• Cerâmicas bioativas formam ligações químicas diretas com tecidos vivos; a hidroxiapatita é crucial para implantes ósseos.

• Vidros bioativos também se ligam quimicamente aos tecidos e são utilizados em diversas cirurgias reparadoras.

Importância do Titânio

Propriedades do Titânio

• O titânio revolucionou a medicina moderna devido à sua alta resistência à corrosão e leveza comparativa ao aço.

• Utilizado extensivamente na indústria aeroespacial, o titânio é fundamental para a fabricação de implantes médicos.

Aplicações Médicas do Titânio

• É amplamente utilizado em articulações de quadril, peças dentais e válvulas cardíacas devido às suas propriedades mecânicas superiores.

• Dispositivos médicos como stents utilizam ligas de titânio-níquel para expandir artérias obstruídas.

Desafios dos Metais como Biomateriais

Requisitos Necessários

• Para serem considerados biomateriais eficazes, os metais devem ser tolerados pelo organismo e resistir à corrosão.

• Apesar da abundância dos metais na tabela periódica, apenas alguns são aplicáveis na fabricação de dispositivos biomédicos.

Processos de Fabricação

• A produção de implantes metálicos envolve extração mineral, purificação do metal e transformação em formas utilizáveis (barras, tubos).

Processos de Fabricação e Materiais em Odontologia

Métodos de Fabricação de Implantes

• O fundido e colado de metais é realizado através do método da cera perdida, que envolve mecanização, forja e outros processos que aplicam pressão e temperatura.

• Para o tratamento superficial final dos implantes, podem ser aplicados recobrimentos macro ou microporosos que ajudam na fixação sobre o osso.

• As aleações para próteses são divididas em dois grupos: metais preciosos (ouro, platina, paládio) e não preciosos (base prata, níquel, cobre, cobalto, ferro e titânio).

Propriedades dos Metais Utilizados

• Os materiais devem ter alta resistência à corrosão causada pela saliva e fluidos ósseos. O ouro é tradicionalmente usado em restaurações mas é combinado com outros metais devido à sua maleabilidade.

• As aleações de metais não preciosos foram desenvolvidas como alternativas mais econômicas às preciosas para a fabricação de diversos dispositivos odontológicos.

A História do Teflon na Biomedicina

Inovações Tecnológicas Durante a Guerra

• O teflon foi produzido em 1938 por um químico da DuPont e se destacou por suportar altas temperaturas e oferecer resistência química excepcional.

• Durante a Segunda Guerra Mundial, o governo dos EUA manteve o teflon em segredo devido ao seu alto valor tecnológico.

Aplicações Biomédicas do Teflon

• Em 1959, o cirurgião John Charl utilizou teflon no primeiro substituto total de quadril; embora tenha sido abandonado posteriormente devido a falhas.

Polímeros na Medicina Moderna

Difusão dos Polímeros Sintéticos

• Desde a segunda metade do século XX, os polímeros sintéticos ganharam destaque por suas propriedades versáteis em aplicações biomédicas.

• Os polímeros podem ser moldados em diversas formas (fibras, tecidos), sendo utilizados em implantes cirúrgicos e sistemas de liberação de medicamentos.

Exemplos Específicos de Polímeros

• O polietileno é amplamente utilizado por sua moldabilidade; empregado em tubos para drenagens e cateteres.

• O PVC tem aplicações tanto flexíveis quanto rígidas na medicina; utilizado em mangueras para transfusões sanguíneas entre outros.

Avanços com Materiais Artificiais

Fibra Artificial Nylon

• Produzido pela DuPont nos anos 30, o nylon revolucionou várias indústrias incluindo têxtil; atualmente usado também como biomaterial nas suturas cirúrgicas.

Polímero Versátil: Polidimetilsiloxano

• Este material é utilizado em catéteres e mangueras devido à sua flexibilidade necessária para aplicações médicas.

Desafios Éticos nas Próteses Modernas

Casos Notáveis no Atletismo

Materiais Compostos e Suas Aplicações

O que são materiais compostos?

• Os materiais compostos são formados pela combinação de dois ou mais materiais, visando aproveitar as melhores propriedades de cada um.

• Um exemplo é o plástico reforçado com fibras, como a fibra de vidro, que resulta em um material muito mais resistente à ruptura do que os componentes individuais.

Exemplos de materiais compostos

• A fibra de vidro é utilizada na fabricação de carrocerias de automóveis e pranchas de surf.

• O Kevlar, conhecido por sua alta resistência mecânica e baixo peso, é empregado na produção de carrocerias e chalecos antibala.

Aplicações biomédicas dos materiais compostos

• Na área biomédica, os materiais compostos são utilizados para fixação de fraturas, cimento ósseo e substituição de cartilagens, tendões e ligamentos.

• As próteses do atleta Oscar Pistorius são feitas com fibra de carbono, um exemplo notável da aplicação desses materiais.

Avanços futuros em biomateriais

• A fibra de carbono combina alta resistência mecânica com baixo peso, substituindo o alumínio em bicicletas de corrida.

• O desenvolvimento futuro inclui novos materiais, sensores e órgãos artificiais. A nanotecnologia promete abrir novas possibilidades no campo da medicina.

Questões sobre o futuro da ciência

• Perguntas surgem sobre até onde a ciência pode chegar na criação de dispositivos biomédicos e como isso influenciará a qualidade e expectativa de vida.