O documento discute polímeros usados como biomateriais, incluindo suas propriedades, aplicações e estratégias de modificação. A maioria dos polímeros biomédicos são sintéticos e variam de macios a rígidos. Alguns polímeros comuns usados incluem polietileno, polimetilmetacrilato, politetrafluoroetileno e poliuretano.

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. „ 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
Polímeros para aplicação biomédicas

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
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

9. „ 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.
Poli(metil metacrilato)PMMA

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. „ 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
Politetrafluoretileno - PTFE
- [ CF2 – CF2 ]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
-
-
80
111
108 -
120
Escala R
Dureza Rockwell
300
130
-
85 -
300
60 -
300
%
Alongamento
550
800
570
600
630 -
840
Kgf / cm2
Resistência à tração
PA 11
PA 6
PA
6.12
PA
6.10
PA 6.6
Tipo
Unidade
Propriedades Mecânicas
Nota: PA 4.6 – Tg = 80ºC e Tm = 290ºC
-
0,5 –
1,5
-
1,2 -
1,8
1,5 -
1,8
%
Contração no molde
-
50
-
-
75
ºC
Temp. Trans. Vítrea (Tg)
185 -
187
215 -
225
212
220
260 -
280
ºC
Temperatura de fusão (Tm)
0,4
1,6
0,25
0,4
1,5
%
Absorção de água
1,04 -
1,05
1,12 -
1,16
1,08
1,07 -
1,09
1,13 -
1,15
g/cm3
Densidade
PA 11
PA 6
PA
6.12
PA
6.10
PA 6.6
Tipo
Unidade
Propriedades Físicas e Térmicas

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. „ 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
Hidrogéis para aplicação em polímeros

40. „ 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
Hidrogéis para aplicação em polímeros

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