O desenvolvimento de biomaterial é um dos problemas de maior desafio para tecnologia dos implantes para este milênio. Diversos tipos de materiais têm sido desenvolvidos para esse fim. Os materiais como vidro, polímeros (poli-tetra-flúor-etileno) PTFE ou teflon, metais (Aços inoxidáveis, ligas de CoCrMo), cerâmica (alumina, zircônia, ligas de Ti revestidos de cerâmicas e apatita foram os materiais mais usados na tentativa de obter um biomaterial que respondesse de maneira satisfatória as características que deve possuir um biomaterial). Atualmente a hidroxiapatita (HA) está sendo usada com resultados satisfatórios em todo o mundo. Técnicas de substituição como, por exemplo, da articulação do osso do quadril, estão sendo discutidas em quatro diferentes classificações, ou seja, artroplastia do quadril, articulação do quadril é composto por uma bola e soquete. A parte superior do fêmur, que é o maior osso do corpo humano, que se une com o osso coxal pélvica horizontal e extremidade inferior de que é fixado no joelho. A esfera femural (cabeça) na parte superior do fêmur que se encaixa numa parte do osso pélvico formando uma taça (Acetábulo) ou encaixe, como mostrado nas figuras a seguir. (SUMIT et al., 2005).
Figura 8 - Primeira haste femural instalado em 1946, Figura 9 - Haste femural de Austim-Moore de acrílico, abandonado devido desgaste do acrílico produzida em marfim
Cúpula em formato de xícara, revestida Prótese articulada fixada com parafuso com hidróxiapatita
Prótese articulada e fixada com cola ao osso Figura 10 - Próteses18
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A corrosão metálica nos implantes é indesejável por dois motivos: este processo de corrosão pode comprometer a estrutura do implante, uma vez que os produtos, como íons, provenientes do processo de corrosão, pode provocar um efeito adverso no organismo, como a degradação do metal implantado através do fenômeno eletroquímico de dissolução, desgaste ou uma combinação dos dois. Os processos eletroquímicos podem incluir a corrosão generalizada, que afeta toda a superfície do implante, e a corrosão localizada que afeta de maneira significativa as regiões em torno do implante. Os processos eletroquímicos e mecânicos, por exemplo, corrosão sob tensão, corrosão por fadiga e corrosão por atrito podem interagir causando uma falha estrutural prematura e liberação acelerada de partículas metálicas e de íons para o meio fisiológico. A corrosão dos biomateriais é um fenômeno que depende de alguns parâmetros metalúrgicos, mecânicos e da solução química a qual o biomaterial esta em contato ou esta imerso. Uma compreensão desses fatores e de suas interações é necessária, afim de, compreender como e por que materiais implantados corroem. Duas características essenciais determinam como e porque um metal corrói: a primeira característica envolve termodinamicamente forças motrizes que causam corrosão, reações (oxidação e redução) e a segunda característica, envolve barreiras cinéticas que limitam a velocidade dessas reações. As forças termodinâmicas que causam a corrosão correspondem a energia requerida ou liberada durante a reação. As barreiras cinéticas à corrosão estão relacionadas com fatores que dificultam ou impedem as reações de corrosão de ocorrerem. A reação básica que ocorre durante a corrosão, é o aumento da valência, isto é, a perda de elétrons do átomo do metal para formar um íon, tal como expresso pela equação M+ + ne-. (By JOSHUA et al.).
Os implantes são procedimentos que tem de satisfazer as exigências de funcionalidades definida pelo organismo humano. Eles devem ter as propriedades biomecânicas compatíveis aos do osso, sem quaisquer efeitos diversos e é regulado de modo a garantir segurança e eficaz. A escolha do material utilizado para um implante pé orientada por condição do material de ser: biocompatível, que provocam a bioadesão a biofuncionalidade, resistente a corrosão etc. Para a avaliação destes biomateriais metálicos, são divididos em quatro subgrupos: aços inoxidáveis, ligas de cobalto, ligas de titânio e também os polímeros como materiais inovadores juntamente com os biomateriais cerâmicos. O desenvolvimento de implantes que se utilizam de novos materiais continua a atrair grandes interesses acadêmicos e comercial, considerável. O desenvolvimento de novos biomateriais envolve uma mistura
complexa de matérias, ciências e biologia celular. A colaboração de vários especialistas experientes como cientistas de materiais, metalúrgicos, traumatologistas, ortopedistas, químicos, mecânicos engenheiros, farmacêuticos e outros, tem contribuído a fim de alcançar melhores resultados em pesquisas, desenvolvimento e a implementação do conhecimento extraído da prática que é de uma importância essencial. (BOMBAC et al., 2007).
Os biomateriais metálicos são muitas vezes utilizados como apoio ou substituindo total ou parcial de partes do esqueleto. Eles são usados, por exemplo, como articulações artificiais, placas ósseas, parafusos, hastes intramedulares, fixação de colunas verticais e implantes dentários. Eles possuem maior resistência à tração, a fadiga e a tenacidade e a fratura quando comparado com material polimérico e cerâmico. Os biomateriais metálicos utilizados para implantes são: os aços inoxidáveis 316 L, as ligas de titânio de Ti-6AL-4V e o Ti-cp. Originalmente, estes materiais foram desenvolvidos para fins industriais, graças as suas excelentes propriedades mecânicas. (BOMVBAC et al., 2007).
Titânio e suas ligas começaram a ganhar utilizações generalizadas como material de implantes no inicio dos anos 70. Especificações de materiais e formas são descritas com suas especificações nas normas ASTM e Normas BS 7252/ISSO. A maioria dos implantes de titânio o utilizam comercialmente puro (Ti-cp), principalmente na Europa, nos Estados Unidos, utiliza-se principalmente a liga grau 5 Ti-6Al-4V (ASTM F 1472). Embora Ti-cp ofereça melhor resistência à corrosão e são tolerados pelo tecido humano, o que não acontece com os aços inoxidáveis, comparativamente por apresentar uma resistência aos desgastes desfavoráveis, restringiu seu uso de certas aplicações, tais como: gaiolas de válvulas cardíacas. A seleção das ligas de titânio para aplicação biomédica é determinada através de critérios das características mais desejadas, incluindo, imunidade à corrosão, biocompatibilidade, resistência ao cisalhamento densidade e capacidade de osseointegração.
Os trabalhos a frio com Ti-cp foi utilizado para implantes dentários e aplicações maxilofaciais. Os interesses pela liga de Ti-6Al-4V para aplicação de prótese cresceu significativamente nos Estados Unidos no final de 1970, devido a sua elevada resistência, módulo de elasticidade baixo aproximadamente de 107 GP, excelente resistência à corrosão, e uma boa tolerância ao tecido fisiológico. Atualmente, suas aplicações incluem próteses de quadril, joelho, dispositivo de fixação (pregos, placas, parafusos e fios) instrumentos e implantes dentários. Devido à sua resistência ao desgaste relativamente fraca, percebeu-se logo que liga de Ti-6Al-4V não estava adequado à sua aplicação no quadril, joelho femural,
sem revestimento ou tratamento de sua superfície. Algumas aplicações biomédicas são mostradas nas figuras a seguir (BOMBAC et al., 2007).
Figura 11 - Exemplo de dispositivo médico, chapas, parafusos e barras de Ti-cp, usados como biomaterias.
Figura 12 - Exemplo de dispositivo médicos, microestrutura de material poroso e tântalo nonoestruturado.
4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL