trabalho prático de biomateriais

7/31/2019 Trabalho prtico de Biomateriais

1/13

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULESCOLA DE ENGENHARIA

ENGENHARIA DE MATERIAIS

RELATRIO DAS AULAS PRTICAS DE BIOMATERIAIS

Bastian

Clarissa

Teo

Porto Alegre, novembro de 2011.


2/13

1. INTRODUO

A substituio de tecido sseo ainda um problema a ser resolvido. Atualmente, os melhoressubstitutos so os enxertos sseos obtidos do prprio paciente (transplante autgeno) ou de um doador

(algeno).

No entanto, os enxertos biologicos possuem limitaes: os transplantes algenos todavia possuem o

risco de provocar uma resposta imune de intensidade varivel de paciente para paciente e pode causar ate

a rejeio; os autgenos, por outro lado podem fazer falta depois no lugar de onde eles vieram. Vrios

materiais sintticos para a substituio dos ossos foram desenvolvidos e caracterizados durante as ltimas

dcadas. Neste cenrio, as biocermicas tm levantado especial interesse devido sua bioatividade e a

possibilidade de adaptao da sua composio, modificao da sua taxa de biodegradao e a sua

formulao pode ser ajustada at alcanar composies prximas s do fase mineral do osso.As cermicas bioativas, tais como biovidro e a hidroxiapatita, tm sido desenvolvidos nas ultimas duas

dcadas. Suas realizaes no campo de aplicaes biomdicas, especialmente em aplicaes de prteses,

tm atrado amplo ateno.

A hidroxiapatita (Ca10 (PO4)6 (OH)2) um dos fosfatos mais conhecidos pertencentes famlia dos

fosfatos biologicamente ativos devido a sua semelhana ao osso natural. Outro fator importante a

completa ausncia de toxicidade tanto local como sistmica. A hidroxiapatita sinttica ou biolgica

encontra uma variedade de aplicaes biolgicas e provoca a formao de uma camada de apatita na

interface com o tecido sseo. A hidroxiapatita freqentemente utilizada em prteses de joelhos, quadril e

outros implantes e como um substituto sseo sinttico, pois permite implantes sem cimento e ajuda apromover o crescimento sseo. Muitos relatos sugerem que os revestimentos HA promovem fixao ssea

mais rpida e uma reduo da dor e do tempo de recuperao para os pacientes do implante. A

hidroxiapatita pode tambm ser usada como um revestimento igualmente eficaz na indstria de implantes

dentrios.

As vantagens do uso de hidroxiapatita como um revestimento de implantes comparados aos

revestimentos tradicionais so tipicamente vistos como insignificantes em primeiro lugar. durante um

perodo prolongado de tempo que os benefcios dos revestimentos de hidroxiapatita ficam mais claros.

Com o passar do tempo, implantes dentrios e ortopdicos revestidos com hidroxiapatita mostram uma

maior taxa de sucesso em termos da funo global do implante. Revestimentos de hidroxiapatita erevestimentos de titnio so os nicos que so capazes de se conectar estrutural e funcionalmente com o

osso humano.

As cermicas porosas de HA encontram amplo uso em aplicaes biomdicas, incluindo a regenerao

de tecido sseo, a proliferao celular e em dispositivos de liberao controlada de drogas. Em engenharia

de tecido sseo, ele tem sido aplicado como material de enchimento de defeitos sseos, material de

enxerto sseo artificial, e cirurgia de reviso de prtese. A rea de superfcie elevada desse material o

levam a possuir excelente osteocondutividade e resorbabilidade, proporcionando crescimento sseo

rpido. No entanto, devido s propriedades mecnicas do pobres, tais materiais no podem ser usados

como implantes onde hajam aplicaes de carga.


3/13

A hidroxiapatita (HA) possui frmula qumica Ca10(PO4)6(OH)2, bioativo, ou seja, faz ligao qumica

com tecido ao seu redor. A estabilidade trmica depende de muitos fatores. Para HA obtidas atravs da

prensagem a quente, no observada a decomposio da mesma em -fosfato triclcico (-TCP) nas

temperaturas entre 1150 e 1300C. Quando produzidas por este mtodo as HA no apresentam sinais de

decomposies em toda a extenso da temperatura de sinterizao. (1)

Em estudo em que a HA foi obtida por precipitao e sinterizada at 1250C, demonstrou que o

biomaterial no decomps nesta situao extrema, sendo o resultado uma nica fase qumica de apatita. A

densidade da HA aumenta com o aumento da temperatura de sinterizao. (2)

O TCP um cermico muito utilizado como biomaterial, por sua bioatividade e osteoconduo,

sendo que ele um pouco solvel em fludos corporais. (3)

A cristalinidade do TCP pobre comparando-a com a hidroxiapatita. Com a calcinao a 800C

forma-se a fase no TCP. Sendo que a estabilidade desta fase mantida at a temperatura de 1300C,

quando ela como a se decompor e formar a fase . (4)

1. OBJETIVOS- Obteno de hidroxiapatita por dois mtodos diferentes: reao por precipitao e reao por combusto

e realizao de sinterizao do material obtido por cada mtodo sob duas temperaturas diferentes: 800 e

1100C;

- Avaliar as diferenas entre as propriedades fsico-qumicas das hidroxiapatitas obtidas pelos dois mtodos

e sinterizadas nas duas temperaturas diferentes, atravs de caracterizao morfolgica por microscopiaeletrnica de varredura, distribuio do tamanho de partculas por difrao a laser, medida da rea

superficial especfica por BET e anlise das fases cristalinas formadas por difrao de raios-X.

2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL2.1.Sntese de Hidroxiapatita pelo mtodo de precipitaoOs materiais utilizados foram soluo aquosa de cido fosfrico (H3PO4) na concentrao de

137mL/L, hidrxido de clcio (Ca(OH)2), gua destilada e defloculante.

Primeiramente pesou-se 74g de Ca(OH)2 em uma balana de 4 casas decimais, separou-se 500mL degua destilada e misturou-os em um bquer. Transferiu-se a mistura para um balo de fundo redondo at a

retirada total do Ca(OH)2 do bquer. Adicionou-se defloculante mistura. Colocou-se a mistura do balo de

fundo redondo em manta trmica a fim de aquecer a mistura, utilizando-se controlador de temperatura

ajustado para 90C. Dentro do balo utilizou-se agitao por agitador mecnico, com haste de vidro e

haletas de teflon.

Aps a mistura atingir a temperatura de 90C, gotejou-se 300 ml de H3PO4 diludo atravs de funil

de separao, a uma taxa de aproximadamente de 5 mL/min, mantendo-se a temperatura e a agitao.

Aps o gotejamento mediu-se o pH da suspenso. O pH foi ajustado para a faixa 6,0pH7,0 atravs da

adio de H3PO4 diludo. Cabe salientar que a fase formada depende diretamente do pH e que ahidroxiapatita forma-se entre a faixa de pH objetivada nesse trabalho.


4/13

Aps a finalizao do processo de adio do H3PO4 diludo, a suspenso foi mantida por 24 horas

sobre agitao e temperatura constantes de 90C. Aps o perodo de 24h, a suspenso foi filtrada a vcuo

em partes com papel filtro. Cada filtragem foi lavada 3 vezes com gua destilada e em seguida 3 vezes com

lcool etlico P.A.

Os papis de filtro e o filtrado foram secos em estufa a 110 10C durante 24 h. Aps a secagem omaterial foi desaglomerado, utilizando-se almofariz, sendo o material coletado em recipiente de vidro.

Passou-se uma alquota da amostra em peneira mesh 325 para anlise por DRX. Logo aps, o material foi

separado em 2 partes e uma delas calcinada a 1100C e a outra a 800C, ambas por um perodo de 2 horas

com uma taxa de aquecimento de 10C/min. Aps esse perodo o material obtido foi desaglomerado,

utilizando-se almofariz. Separou-se amostras para DRX, MEV, BET e difrao a laser.

2.2.Sntese de Hidroxiapatita pelo mtodo de combustoPrimeiramente procedeu-se com o preparo das solues aquosas de cido ctrico (C6H8O7) , soluo

de hidrogeno fosfato de amnio ((NH4)2.HPO4) e de nitrato de clcio tetrahidratado (Ca(NO3)2.4H20) todas

com concentrao de 1M. Preparou-se 250mL de cada soluo. Primeiramente pesou-se os slidos e em

200mL de gua dissolveu-os com auxlio de agitador magntico. Em seguida transferiu-se cada soluo para

um balo volumtrico de 250mL e completou-se o volume.

Misturou-se 20mL de soluo de cido ctrico com 20mL de soluo de nitrato de clcio em um

bquer de 250mL. Agitou-se a soluo durante 10min com agitador magntico sob temperatura ambiente.

Em seguida, mediu-se o pH da soluo e obteve-se o valor de pH = 3. Como necessita-se de um pH em

torno de 9,5 para formao da fase de hidroxiapatita, adicionou-se aos poucos hidrxido de amnia

(NH4OH) por gotejamento com uma pipeta para ajuste do pH. Adicionou-se aproximadamente 30mL

NH4OH, resultando em pH = 9,7. Manteve-se a agitao.

Em seguida, gotejou-se 12mL da soluo previamente preparada de hidrogeno fosfato de amnio.

Aps essa adio obteve-se uma soluo gelatinosa de colorao esbranquiada. Logo aps Adicionou-se

quantidade suficiente de cido fosfrico PA (H3PO4), para a obteno de uma soluo transparente. Aps a

adio, mediu-se o pH que foi igual a 0,65. Cobriu-se o bquer com um filme de PVC, continuou-se com a

agitao do sistema por 2 horas e ligou-se o aquecimento, ajustando-o para 70C. Aps esse perodo,

realizou-se a reao de combusto, colocando-se o bquer que contm a soluo em um forno, com taxa

de aquecimento de 10C/min e patamar de 450C durante 1h.

Finalizada a reao, esperou-se o bquer atingir a temperatura ambiente, retirou-se a mistura

resultante do mesmo e a desaglomerou com ajuda de pistilo e almofariz. Separou-se uma alquota de

amostra, passou-a pela peneira de mesh 325 e reservou-a para realizao de DRX. Separou-se o restante da

amostra em 2 partes, colocou-as em cadinhos e realizou-se a calcinao a 800 e 1100C, com taxa de

aquecimento de 10C/min e patamar de 2h.

2.3.Caracterizao dos Ps

Realizou-se a caracterizao dos produtos obtidos pelos mtodos de precipitao e combusto. Acaracterizao foi realizada por microscopia eletrnica de varredura, distribuio do tamanho de partculas


5/13

por difrao a laser, medida da rea superficial especfica por BET e anlise das fases cristalinas formadas

por difrao de raios-X. A caracterizao uma etapa importante, pois as propriedades da hidroxiapatita,

bem como a sua aplicao como biomaterial dependem das fases cristalinas formadas.

2.3.1. Anlise das Fases CristalinasOs ps de HA obtidos foram avaliados com relao s fases cristalinas presentes. Para isso utilizou-se a

tcnica de difrao de Raios-X. Foi utilizado o difratmetro do LACER, da marca PHILLIPS, modelo XPert

MPD. Para anlise dos difratogramas utilizou-se o Para anlise dos difratogramas utilizou-se o software

XPert HighScore.

2.3.2. Medida de Tamanho de PartculaFoi realizada a distribuio do tamanho de partcula dos ps, obtida pela tcnica de difrao a laser.

Para isso utilizou-se o equipamento disponvel no LACER, fabricado pela Cilas (modelo 1180).

2.3.3. Anlise MicroestruturalOs ps de HA foram caracterizados quanto a sua microestrutura com o auxlio do microscpio

eletrnico de varredura Jeol, modelo JSM 5800, disponvel no CME.

2.3.4. Medida da rea Superficial

A tcnica que utilizada nesse trabalho para determinar a rea especfica de slidos porosos foi atcnica de BET que consiste, resumidamente, na determinao da quantidade de um gs inerte, requeridopara formar uma camada mono molecular sobre a superfcie das amostras a uma temperatura constante.O Mtodo BET (Braunauer, Emmet e Teller) determina o volume adsorvido a partir das isotermas deadsoro. As medies necessrias so realizadas com a amostra encerrada em uma cmara (enfreada numbanho de nitrognio lquido) onde se admite a entrada de quantidades conhecidas de nitrognio gasoso.Assim, esse instrumento calcula a rea superficial total da amostra atravs do nitrognio adsorvido (m), apartir do volume de gs adsorvido (V) em funo da presso relativa (P/Po). A rea superficial entomedida e dividida pelo peso total da amostra (GO, a fim de ser obter a rea superficial especfica (m/g). Ovolume total dos poros (Vp) calculado por meio do volume de gs adsorvido para uma presso relativaprxima da saturao (P/Po1). O equipamento utilizado foi da marca Quantachrome, modelo NOVA1000,

disponvel no LACER.

3. RESULTADOS E DISCUSSO

3.1.Distribuio de Tamanho de Partcula

Os resultados obtidos nas anlises de difrao a laser para as amostras de HA obtidas por

precipitao e por combusto, ambas calcinadas nas temperaturas de 800 e 1100C, podem ser vistos a


6/13

seguir, na tabela 1 e os respectivos histogramas da distribuio do tamanho de partcula podem ser vistos

na figura 1 e 2.

Tabela 1 Resultados das anlises de difrao a laser.

HA Tcalcinao(C) Dimetro a10% (m) Dimetro a50% (m) Dimetro a90% (m) Dimetromdio (m)

Porprecipitao

800 0,96 5,88 30,32 10,74

1100 0,41 1,34 17,70 5,59

Por combusto800 2,33 20,86 52,61 24,78

1100 2,33 12,05 44,07 12,87

Figura 1 Distribuio do tamanho de partcula do p de HA obtido por precipitao e

calcinado 800C (a) e calcinado 1100C (b).

Figura 2 Distribuio do tamanho de partcula do p de HA obtido por combusto e calcinado 800C (c) e calcinado 1100C (d).

Pela anlise dos resultados, percebe-se que os gros dos ps de HA obtidos pelo mtodo de

precipitao possuem tamanho inferior ao dos gros obtidos pelo mtodo de combusto. Observa-se

tambm em ambos os mtodos de obteno de HA que a temperatura de sinterizao de 1100C diminuiu

o tamanho mdio dos gros por quase a metade se comparado com os resultados da temperatura de

800C.

Nota-se pela visualizao das figuras 1 e 2, que a distribuio do tamanho de partcula obtida por

combusto mais estreita se comparada com a obtida por precipitao, com um % maior de partculas


7/13

concentradas no tamanho maior de partcula. V-se que em ambas as temperaturas de sinterizao do

processo por combusto, o perfil das curvas bastante similar, mostrando que a diminuio do tamanho

de partcula ocasionada na sinterizao realizada em temperatura superior foi proporcional. O mesmo no

pode ser afirmado para o processo de precipitao.

3.2.MEV

Realizou anlise por microscopia eletrnica de varredura dos ps obtidos por precipitao e

combusto, calcinados a 1100C. Os resultados podem ser visto nas figuras 3 e 4 a seguir.

Figura 3 Seqncia de imagens captadas dos ps de HA obtidos por precipitao e calcinados a1100C.


8/13

Figura 4 Seqncia de imagens captadas dos ps de HA obtidos por combusto e calcinados a

1100C.

Pelas imagens acima, percebe-se que os gros formados por precipitao (fig. 3) apresentam um

formato diferenciado, sendo mais arredondados e menores que os obtidos por combusto, sendo que isso

se comprova com os resultados da anlise por difrao a laser. Percebe-se tambm que por precipitao os

gros ficaram mais aglomerados. J os gros obtidos por combusto, possuem formato mais disforme que

os obtidos por precipitao e foi possvel a visualizao de certa porosidade, que pode ter sido formada

durante o processo combusto, devido a decomposio do cido ctrico que libera gs. Cabe destacar que a

porosidade contribui para a penetrao de fluidos corpreos atravs da estrutura, o que favorece

a osteointegrao (Lacerda).

Comparando-se visualmente o tamanho de partcula que pode ser visto pelo MEV com osresultados da difrao a laser, percebe-se que o tamanho de partcula na realidade maior do que o

previsto pelas imagens de MEV. Acredita-se que isso ocorra devido ao fato de que as partculas de HA esto

aglomeradas, e o equipamento quando realiza a anlise de granulometria no desaglomera totalmente o

p.

3.3.rea Superficial

Os resultados obtidos nas anlises de BET para as amostras de HA obtidas por precipitao e porcombusto, ambas calcinadas nas temperaturas de 800 e 1100C, podem ser vistos a seguir, na tabela 1.


9/13

Tabela 1 Resultados das anlises de BET.

HA Tcalcinao(C) rea Superficial(m/g)

Constante C Coeficiente decorrelao linear (R2)

Por precipitao800 14.749 57,913 0,999907

1100 5.965 21,649 0,998336

Por combusto800 3.562 8,805 0,993262

1100 2.699 13,046 0,996804

Figura 5 Grficos para determinao da rea superficial dos ps obtidos por precipitao.

Figura 6 Grficos para determinao da rea superficial dos ps obtidos por combusto.

Como pode ser visto, quanto maior a rea superficial, maior a acessibilidade aos stios

ativos. Com base nessa afirmao, os ps obtidos por precipitao a 800C so mais propcios a

osteointegrao.

No foi observado desvio na linearidade das curvas das isotermas de adsoro para as HA

obtidas por precipitao e para obtida por combusto calcinada a 1100C, como pode ser visto

nas figuras 5 e 6, sugerindo superfcies homogneas dos ps, no havendo condensao nos

poros. J a amostra obtida por combusto e calcinada a 800C mostrou um leve desvio da

linearidade.

3.4.Difrao de Raios-X


10/13

Precipitao como obtido. Fase obtida: Hidroxiapatita.

Precipitao, calcinao a 800 C. Fase obtida: Fluorapatita


11/13

Precipitao, calcinao a 1100 C. Fase obtida: Hidroxiapatita.

Combusto, sem calcinao. Fase obtida: Clcio hidrogeno fosfato com a fase de hidroxiapatita


12/13

Combusto, calcinao a 800C.Fase obtida: Fase -TCP

Combusto, calcinao a 1100 C. Fase Obtida: Fase -TCP + incio de formao de Fase -TCP

4. CONCLUSESO processo obtido por precipitao teve maior rendimento que o de combusto o que o

torna mais econmico, e mostrou-se um processo relativamente mais simples. Este apresentou

menor tamanho de partcula em ambas s temperaturas de calcinao quando comparado com o

processo de combusto, o que pde ser comprovado pela difrao a laser e analise de rea

superficial (BET). Por outro lado, o processo de combusto levou a gros com maior porosidade, o

que pode ser importante para uma maior osteointegrao.

5. BIBLIOGRAFIA


13/13

1. Rapacz-Kimita, A., et al. FTIR and XRD investigations on the thermal stability of hydroxyapatite during

hot pressing and pressureless sintering processes.Journal of Molecular Structure. 2005.

2. Gross, Karlis A. e Bhadang, Kinnari A. Sintered hydroxyfluorapatites. Part III: Sintering and resultant

mechanical properties of sintered blends of hydroxyapatite and fluorapatite. Biomaterials. 2004, Vol. 25.

3. Kwon, Soon-Ho, et al. Synthesis and dissolution behavior of b-TCP and HA/b-TCP composite powders.

Journal of the European Ceramic Society. 2003, Vol. 23.

4. Kannan, S., Ventura, J.M.G. e Ferreira, J.M.F. Synthesis and thermal stability of potassium substituted

hydroxyapatites and hydroxyapatite/b-tricalciumphosphate mixtures. Ceramics International. 2007, Vol. 33.

5. CUNHA, Matheus Araujo da. Sntese e Caracterizao de hidroxiapatita nanoestruturada obtidos por

asperso de soluo em chama. 2010. 60pgs. Trabalho de Diplomao. Engenharia de Materiais. UFRGS,

Porto Alegre RS. Disponvel em: http://hdl.handle.net/10183/27535.

6. SANTOS, Venina dos. Relao entre os parmetros processuais e o controle de tipo e tamanho de fases

na obteno de partculas nanoestruturadas de ZrO2 por sol-gel. 2008. 135 pgs. Tese de Doutorado.

PPGEM. UFRGS. Porto Alegre RS. Disponvel em:

http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/14403/000665984.pdf?sequence=1

7. LACERDA, Kssio Andr; LAMEIRAS, Fernando Soares; SILVA, Viviane Viana. Sntese e caracterizao de

matrizes porosas de hidroxiapatita para aplicao como fontes radioativas em braquiterapia. Rem: Rev.

Esc. Minas vol.59 no. 2 Ouro Preto Apr./June 2006. Disponvel em:

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0370-44672006000200012.
http://hdl.handle.net/10183/27535http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/14403/000665984.pdf?sequence=1http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0370-44672006000200012http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0370-44672006000200012http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/14403/000665984.pdf?sequence=1http://hdl.handle.net/10183/27535

trabalho prático de biomateriais

Documents