Materiais poliméricos ciência e aplicação como biomateriais

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1 Materiais poliméricos ciência e aplicação como biomateriais

2 Polímeros para aplicação biomédicas A maioria são sintéticos (poucos são naturais) As propriedades variam de: macios (hidrogéis, lentes) elastômeros (cardiovasculares) rígidos (ortopedia, odontologia)

3 Polímeros para aplicação biomédicas Propriedades físicas e mecânicas apropriadas Devem ser livres de monômeros e materiais permeáveis Ser biocompatíveis: Não deve induzir mudanças clínicas no ambiente implantado Não deve produzir substâncias tóxicas na degradação Se biodegradável, deve ser bioabsorvível Se biodegradável, velocidade de degradação compatível com aplicação Propriedades químicas, físicas e mecânicas estáveis durante implante Deve ser esterilizável Baixo custo

4 Alguns polímeros usados como biomateriais Polietileno (PE) Polimetilmetacrilato (PMMA) Politetrafluoroetileno (PTFE) Poliuretano Poli(cloreto de vinila) (PVC) Polidimetilsiloxano (Silicone) Nylons Poliesteres

5 Polietileno PEAD n CH2 = CH2... CH2 CH2... n PEBD

6 PEUAPM Massas molares de 3 a 6 milhões Confecções de fibras tão resistente que substituem o kevlar Grandes chapas podem ser utilizadas no lugar de gelo em pistas de patinação Revestimentos de caçambas, tanques para banho químico indústria de papel e celulose Defensas marítimas

7 Aplicações Suturas Cateteres Membranas Próteses ortopédicas e maxilofaciais

8

9 Poli(metil metacrilato)pmma O PMMA (Poli Metil Metacrilato ), conhecido como acrílico, é um plástico de engenharia, cujas principais características são suas propriedades ópticas, transparência, e resistência às intempéries, dureza e brilho.

10 Aplicação Lentes oculares Dentes postiços Cimento ósseo Bombas sanguíneas Membranas para diálise Poli(hidroxietil)metacrilato (PHEMA) é usado em lentes de contato macias (forma hidrogel)

11 Aplicações

12 Politetrafluoretileno - PTFE São resistentes em ambientes químicos agressivos Mecanicamente são úteis entre -200 a 260ºC Apresentam excelentes propriedades de isolamento elétrico, baixo coeficiente de atrito, autolubrificantes e de não aderência Conhecido como teflon -[ CF 2 CF 2 ] n

13 Aplicações Vasos artificiais Clipes e suturas Recobrimentos Tendões e ligamentos artificiais

14 Poliuretano Grande família de polímeros Aplicação biomédicas elastômeros termoplásticos Alta resistência a abrasão, cisalhamento e fadiga Boa biocompatibilidade Resistência a degradação em ambientes biológicos

15 Aplicação Prótese vascular Válvulas cardíacas implantes Reconstrução facial

16 Poli(cloreto de vinila) Material bastante rígido (naturalmente) e transparente; Atóxico; Auto-extinguível; Alta capacidade de aceitação de aditivos Os compostos flexíveis contêm plastificantes na proporção de 20 a 90 partes percentuais;

17 Aplicação

18 Polidimetilsiloxano (Silicone) Excelente biocompatibilidade Flexibilidade Resistência a degradação Permeabilidade ao oxigênio Baixa resistência ao cisalhamento e abrasão

19 Aplicação Cosmético e cirurgia reconstrutiva Proteses de olho e orelha Materiais para curativos

20 Poli(tereftalato de etileno) (PET) apresenta uma molécula linear, e existe nas formas amorfo e cristalino. Quando amorfo, o PET é transparente; quando cristalino, ele é opaco as boas propriedades mecânicas são atribuídas aos efeitos de orientação. Quando as moléculas são alinhadas e orientadas numa direção, o polímero fica mais forte no sentido da orientação

21 Aplicação Suturas Tecidos Vasos artificiais Válvulas

22 Poliamidas

23 Poliamidas Propriedades Físicas e Térmicas Unidade PA 6.6 PA 6.10 Tipo PA 6.12 PA 6 PA 11 Densidade g/cm 3 1,13-1,15 1,07-1,09 1,08 1,12-1,16 1,04-1,05 Absorção de água % 1,5 0,4 0,25 1,6 0,4 Temperatura de fusão (Tm) ºC Temp. Trans. Vítrea (Tg) ºC Contração no molde % 1,5-1,8 1,2-1,8-0,5 1,5 - Nota: PA 4.6 Tg = 80ºC e Tm = 290ºC Propriedades Mecânicas Unidade PA 6.6 PA 6.10 Tipo PA 6.12 PA 6 PA 11 Resistência à tração Kgf / cm Alongamento % Dureza Rockwell Escala R

24 Aplicações Suturas Tecidos membranas

25 Degradação de Polímeros Térmica Importante no processamento de polímeros Oxidativa Reações de radicais livres com oxigênio Fotooxidativa Luz ultravioleta Radiação de alta energia (raios x, γ Importante na esterilização de materiais Hidrolítica Ataque de molécula da água

26 Efeito Geral dos polímeros no organismo Toxicidade sistêmica: toxidez, acumulação de produtos de degradação e elevada magnitude de resposta inflamatória e imunológica

27 Esterilização de polímeros Uso de pressões e temperaturas elevadas Uso de ondas eletromagnéticas de elevada energia (raios x, γ) Uso de gases como óxido de etileno Uso de filtração com membrana porosa

28 Futuro de Polímeros Eles devem degradar quando necessário cinética compátivel com a regeneração de tecidos Não deve resultar na produção de produtos tóxicos durante a degradação Devem interagir com proteínas guiar o processo de adsorção Devem interagir com células favorecer a adesão Devem ser capazes de responder a algum sinal produzido no ambiente corpóreo

29 Estratégias Alteração na superfície dos polímeros Alteração no volume do polímero Formulação de polímeros capazes de responder a estímulos do corpo

30 Aplicação Suportes para o crescimento in vitro e in vivo de tecidos Novos sistemas de liberação controlada de drogas Membranas para o encapusalamento de células, enzimas e outras biomacromoléculas (órgãos artificiais)

31 Modificação na superfície de Polímeros Interface polímero - tecido Estratégias de se modificar a superfície está vinculada à idéia de reter as características físicas do material, ao mesmo tempo em que biointerações são manipuladas visando adequadas respostas material-tecido

32 Modificação na superfície de Polímeros Interface polímero - tecido Métodos mais comuns: Recobrimentos Implantação iônica ou difusão de uma segunda espécie Deposição de filmes Uso de aditivos que migram para superfície Reações químicas de superfícies Ataque químico ou mecânico

33 Modificação na superfície de Polímeros Interface polímero - tecido

34 Alteração no volume do polímero Objetivo: desempenho satisfatório de funções ou mecânicas, ou ópticas, ou térmicas Estratégia: produção de compósitos e nanocompósitos; Polímeros biodegradáveis com cinéticas de biodegradação controlada

35 Formulação de polímeros capazes de responder a estímulos do corpo Polímeros inteligentes Respondem a estímulos químicos (ph, concentração iônica) e físicos (temperatura, luz, pressão e campo magnético) Polímeros termossensíveis capazes de apresentarem grande variação de volume com alteração da temperatura separação de fase da mistura de polímeros

36 Formulação de polímeros capazes de responder a estímulos do corpo

37 Formulação de polímeros capazes de responder a estímulos do corpo Polímeros sensíveis a mudanças de ph são polieletrólitos polímeros dotados de grupos ionizáveis como ácido carboxílico ou sulfônicos

38 Formulação de polímeros capazes de responder a estímulos do corpo

39 Hidrogéis para aplicação em polímeros Um hidrogel é um polímero inchado em água Um gel de polímero é uma molécula integrada por cadeias longas do polímero conectadas por reticulados (entrecruzamentos) Os reticulados podem ser: Degradáveis ou não degradáveis Interações iônicas entre as cadeias do polieletrólito Formação dos reticulados Durante a polimerização Tratamento por radiação nas cadeias

40 Hidrogéis para aplicação em polímeros Os hidrogéis inchados podem absorver várias vezes o próprio peso em água Os solventes determinam a morfologia do polímero, se formam glóbulos ou bobinas Os Hidrogels podem variar entre a forma inchada ou colapso da estrutura

41 Hidrogéis para aplicação em polímeros Aplicação: Lentes intra-oculares e de contato Pele artificial Matriz para encapsulamento Matriz para liberação controlada de drogas Matriz para crescimento de tecidos

42 Hidrogéis

43 Polímeros porosos Aplicação: Produção de membranas Implantes Suportes para crescimento de tecido Exemplos: Celulose Poli(tetrafluoretileno) Polipropileno polissulfona

44 Polímeros porosos Em geral apresentam poros de tamanhos programados ( diâmetros entre 100 e 200μm) a separar a macromolécula e/ou células A porosidade é criada no intuito de permitir a fixação do implante no local da implantação Permite o crescimento tissular para o interior dos poros, o qual permite o ancoramento mecânico do material

45 Polímeros Porosos Vantagens: Baixa densidade Mais eficiente fixação Elevada processabilidade Desvantagens: Redução das propriedades mecânicas Elevada concentração de fibras de colágeno que impedem uma integração maior entre a fibra e o tecido

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