UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

  

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM

PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E

  

ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

GISELE MARIA LEITE DALMÔNICO

  

SễNTESE E CARACTERIZAđấO DE FOSFATO DE CÁLCIO E

HIDROXIAPATITA: ELABORAđấO DE COMPOSIđỏES BIFÁSICAS

HA/TCP- PARA APLICAđỏES BIOMÉDICAS

  ββββ

JOINVILLE - SC 2011 GISELE MARIA LEITE DALMÔNICO

  

SễNTESE E CARACTERIZAđấO DE FOSFATO DE CÁLCIO E

HIDROXIAPATITA: ELABORAđấO DE COMPOSIđỏES BIFÁSICAS HA/TCP- ββββ

  

PARA APLICAđỏES BIOMÉDICAS

  Dissertação Apresentada para Obtenção do título de mestre em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Estado de Santa Catarina, Centro de Ciências Tecnológicas – CCT.

  Orientador: Nelson Heriberto Almeida Camargo, Doutor.

  

JOINVILLE -SC

2011

  

" Síntese e Caracterização de Fosfato de Cálcio e Hidroxiapatita: Elaboração de

Composições Bifásicas HA/TCP- ββββ para Aplicações Biomédicas"

  por

  

GISELE MARIA LEITE DALMÔNICO

  Essa dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de

  

MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

  Na área de concentração "Cerâmica", e aprovada em sua forma final pelo

  

CURSO DE MESTRADO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

DO CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA

Dr. Nelson Heriberto Almeida Camargo

  CCT/UDESC (presidente) Banca Examinadora: Dr. Karoline Bastos Mundstock UDESC

  Joinville, 8 de julho de 2011.

  Dr. Elidio Angioletto UNESC Dr. Enori Gemelli CCT/UDESC

  Dr. Fernando Lafratta CCT/UDESC

  FICHA CATALOGRÁFICA D148s Dalmônico, Gisele Maria Leite.

  Síntese e Caracterização de Fosfato de Cálcio e Hidroxiapatita: Elaboração de Composições Bifásicas HA/TCP- para Aplicações

  β

  Biomédicas/ Gisele Maria Leite Dalmônico; Orientador: Nelson Heriberto Almeida Camargo 103 f.: il ; 30cm Incluem referências.

  Dissertação (mestrado) – Universidade do Estado de Santa Catarina, Centro de Ciências Tecnológicas, Mestrado em Ciências e Engenharia de Materiais, Joinville, 2011.

  1. Cerâmica 2. Biomateriais. Camargo, Nelson Heriberto Almeida.

  CDD 620.14 Ao meu filho Bruno pela compreensão, companheirismo e confiança.

  Aos meus pais que sempre acreditaram em mim e me apoiaram.

  

AGRADECIMENTOS

  À Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC e ao Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM pela infraestrutura oferecida A CAPES pela bolsa de mestrado Ao Prof. Dr. Nelson Heriberto Almeida Camargo, que como professor, orientador e amigo que me auxiliou e soube cobrar de maneira que promovesse meu crescimento, que jamais mediu esforços em oferecer todo seu conhecimento, dando condições necessárias para a realização deste trabalho. A Profª. Marilena Valadares Folgueras, por ter me ajudado em um momento em que precisei de auxílio. A todos os professores do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, que de uma forma direta ou indireta contribuíram para a realização desse trabalho. Aos professores presentes na banca pela atenção e colaboração dada ao trabalho A Tania Regina e a Maria Eugênia apoio Ao Milton Domingos Michel apoio técnico À empresa FGM Produtos Odontológicos pela disponibilização das instalações, materiais e equipamentos utilizados nesse trabalho. Ao grupo de biomateriais e aos amigos Kelen, Amanda, Delne, Sara, Elvis, Fernando e

  Jonas Machado, pelo apoio técnico e moral recebido durante o desenvolvimento desse trabalho.

  Aos meus pais José e Helenice que sempre estiveram ao meu lado me apoiando e vibrando com cada etapa vencida em minha vida Ao meu filho Bruno, que sempre foi meu companheirinho

  “Só existem dois dias no ano que nada pode ser feito.

  Um se chama ontem e o outro se chama amanhã, portanto, hoje é o dia certo para amar, acreditar, fazer e, principalmente, viver!”

  Dalai Lama

  

RESUMO

  DALMONICO, Gisele Maria Leite. Síntese e Caracterização de Fosfato de Cálcio e

  

Hidroxiapatita: Elaboração de Composições Bifásicas HA/TCP- para Aplicações

ββββ

  

Biomédicas, 2011. 101 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais –

  Área: Cerâmica) – Universidade do Estado de Santa Catarina. Programa de Pós Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, 2011.

  Os Fosfatos de Cálcio (Ca/P) são a família de biocerâmicas mais conhecidas pelas suas aplicações biológicas. Existem vários polítipos de estruturas na razão Ca/P que tipicamente formam o grupo de compostos chamados de apatita. Na atualidade existem muitos estudos direcionando a utilização de pós nanoestruturados de fosfatos de cálcio para a reconstrução de tecido ósseo, fixação de implantes, também como material de revestimento de substratos metálicos e como elemento matricial na liberação de medicamentos. Este trabalho aborda o processo de síntese e caracterização de pós nanoestruturados de hidroxiapatita, de fosfato de cálcio- e elaboração de composições bifásicas HA/TCP- . Foi utilizado o método via

  β, β úmida para obtenção das composições de hidroxiapatita e de fosfato de cálcio- .

  β

  Posteriormente foram elaboradas as composições bifásicas através do processo de fragmentação mecânica em moinho atritor. Os estudos de caracterização foram realizados sobre as composições obtidas do evaporador rotativo, nos corpos de prova calcinados, nas composições bifásicas e nas composições sinterizadas. Foram realizados os ensaios de caracterização morfológica, microestrutural, nanoestrutural, mineralógica e do comportamento térmico, para as diferentes composições de pós nanoestruturados. As propriedades mecânicas e físicas foram determinadas para as diferentes composições de biomateriais obtidos da sinterização.

  Palavras chave: Fosfatos. Nanoestruturados. Bifásicos. Biocerâmica.

  

ABSTRACT

  DALMÔNICO, Gisele Maria Leite. Synthesis and Characterization of Calcium

  

Phosphate and Hydroxyapatite: Preparation of Compositions biphasic HA/TCP- for

ββββ

  

Biomedical Applications "2011. 101 p. Dissertation (Master Course in Science and

  Materials Engineering – Area: Ceramic) – Santa Catarina State University, Post Graduation Program in Science and Materials Engineering, Joinville, 2011.

  The calcium phosphate (Ca / P) are the family of bioceramics best known for biological applications. There are several polytypes of structures in the ratio Ca / P, which typically form the group of compounds called apatite. Currently there are many studies targeting the use of nanostructured powders of calcium phosphate for the reconstruction of bone tissue, implant fixation, well as coating for metal substrates and as an element in the drug delivery matrix. This paper discusses the process of synthesis and characterization of nanostructured powders of hydroxyapatite, calcium β -phosphate compositions and preparation of biphasic HA/ -TCP. Method was used to obtain the wet compositions of hydroxyapatite and calcium

  β

  • phosphate. Later biphasic compositions were prepared by mechanical fragmentation

  β

  process atritor mill. The characterization studies were performed on the compositions obtained from the rotary evaporator, the specimens calcined in two-phase compositions and the compositions sintered. Tests were performed to characterize morphological, microstructural, nanostructural, mineralogical and thermal behavior for the different compositions of nanostructured powders. The mechanical and physical properties were determined for the different compositions of biomaterials obtained from sintering.

  Key words: Nanostructured. Phosphate. Biphasic. Bioceramics.

  SUMÁRIO

RESUMO -----------------------------------------------------------------------------------------------------8

PARTE I. REVISÃO DA LITERATURA----------------------------------------------------------- 14

  

1. BIOMATERIAIS -------------------------------------------------------------------------------------- 14

  1.1 H

  ISTÓRICO E E

  VOLUđấO DOS B

  IOMATERIAIS ---------------------------------------------------------------- 14 LASSE DOS

  IOMATERIAIS

  

1.2 C B ------------------------------------------------------------------------------------ 16

  

2. CLASSIFICAđấO DAS BIOCERÂMICAS ---------------------------------------------------- 19

  

3. BIOCERÂMICAS DE FOSFATO DE CÁLCIO ----------------------------------------------- 20

  

3.1.1. Fosfato Tricálcico – TCP ------------------------------------------------------------------------------------22

  

3.1.2. Hidroxiapatita -------------------------------------------------------------------------------------------------24

  4. MÉTODOS DE OBTENđấO DE COMPOSIđỏES DE FOSFATOS DE CÁLCIO E

BIFÁSICOS ------------------------------------------------------------------------------------------------ 29

  

4.1 FOSFATOS DE CÁLCIO-------------------------------------------------------------------------- 29

  4.2. C OMPOSIđỏES B

  IFÁSICAS HA/TCP ------------------------------------------------------------------------------ 32 −β

  

1.3. SOLUBILIDADE E DECOMPOSIđấO DOS FOSFATOS DE CÁLCIO ------------- 34

  

5. COMPACTAđấO------------------------------------------------------------------------------------- 36

  

6. SINTERABILIDADE DE BIOMATERIAIS ------------------------------------------------- 37

  

7. ENSAIO DE COMPRESSÃO ---------------------------------------------------------------------- 38

  

8. PROPRIEDADES DAS BIOCERÂMICAS ----------------------------------------------------- 39

  

9. TECIDO ÓSSEO -------------------------------------------------------------------------------------- 42

  

10. CONCLUSÃO ---------------------------------------------------------------------------------------- 44

PARTE II. ESTUDO EXPERIMENTAL ----------------------------------------------------------- 45

  

1. METODOLOGIA EXPERIMENTAL------------------------------------------------------------ 45

  

2. MATÉRIA PRIMA UTILIZADA------------------------------------------------------------------ 46

  

2.1. C ARBONATO DE C ÁLCIO ---------------------------------------------------------------------------------------------- 46

  XIDO DE ÁLCIO

2.2. Ó C ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 46

2.3. Á GUA D ESTILADA ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 47

2.4. Á CIDO F OSFÓRICO (H PO ) ------------------------------------------------------------------------------------------ 47

3 4

  

3. PROCESSO DE SÍNTESE DO PÓ NANOESTRUTURADO ------------------------------- 48

  

4. ELABORAđấO DAS COMPOSIđỏES BIFÁSICAS ---------------------------------------- 49

  

5. CARACTERIZAđấO -------------------------------------------------------------------------------- 50

ARACTERIZAđấO ORFOLÓGICA E

  ICROESTRUTRAL

  

5.1. C M M -------------------------------------------------------- 50

  

5.2 C ARACTERIZAđấO F ÍSICA --------------------------------------------------------------------------------------------- 51

  

5.2.1. Difração de raios X (DRX) ----------------------------------------------------------------------------------51

  

5.2.2. Método Teórico de Análise quantitativa de composições Bifásicas por difratometria de raios X -52

  

5.2.3. Análise no Infravermelho por Transformada de Fourier ------------------------------------------------52

  

6. MEDIDA DA DENSIDADE HIDROSTÁTICA E POROSIDADE ABERTA ----------- 53

  

7. CARACTERIZAđấO DO COMPORTAMENTO TÉRMICO----------------------------- 54

  7.1 C ALORIMETRIA E

  XPLORATÓRIA D

  IFERENCIAL (DSC) ------------------------------------------------------------ 54

  7.2. D

  ILATOMETRIA --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 54

  

8. CARACTERIZAđấO MECÂNICA -------------------------------------------------------------- 55

NSAIO À OMPRESSÃO

  

8.1. E C ----------------------------------------------------------------------------------------------- 55

  

8.2. M EDIDA DA DUREZA --------------------------------------------------------------------------------------------------- 55

PARTE III. RESULTADOS E DISCUSSÕES ----------------------------------------------------- 57

  

1. MEDIDAS DO VALOR DO PH DA SUSPENSÃO COLOIDAL--------------------------- 57

  2. CARACTERIZAđấO MORFOLốGICA E MICROESTRUTURAL DO TCP, HA

E BIFÁSICOS --------------------------------------------------------------------------------------------- 58

  UPERFÍCIE DE RATURA DO OSFATO DE CÁLCIO DA

  IDROXIAPATITA E DOS

  IFÁSICOS 2.1. - S F F H B ------------ 60

  

β,

  

3. DIFRATOMETRIA DE RAIOS X----------------------------------------------------------------- 62

  3.1. P Ó OBTIDO DA S ECAGEM EM E

  VAPORADOR R OTATIVO E DA C ALCINAđấO A 900 º C/2 H -------------------- 62

  3.2.P Ó B

  IFÁSICOS O BTIDOS DO M OINHO A TRITOR --------------------------------------------------------------------- 65

  IOMATERIAIS DE F OSFATO DE C ÁLCIO E H

  • 3.3. B

  IDROXIAPATITA O BTIDOS APÓS A S

  INTERIZAđấO ầ β

  

1100 º C/3 H -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 68

  IOMATERIAIS

  IFÁSICOS BTIDOS DA

  INTERIZAđấO º H

  

3.4. B B O S 1100 C/3 -------------------------------------------- 71

  

3.5. D ETERMINAđấO T EÓRICA Q UANTITATIVA DAS C OMPOSIđỏES HA/TCP- A PARTIR DA A NÁLISE DE DRX

β

  • --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 75

  

4. ANÁLISE CALORIMÉTRICA EXPLORATÓRIA DIFERENCIAL--------------------- 76

  

5. DILATOMETRIA------------------------------------------------------------------------------------- 79

  6. ESPECTROFOTOMETRIA DE INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA

DE FOURIER (FTIR) ----------------------------------------------------------------------------------- 81

  

7. DENSIDADE HIDROSTÁTICA E POROSIDADE ABERTA------------------------------ 84

  

8. TENSÃO DE RUPTURA À COMPRESSÃO E MICRODUREZA VICKERS --------- 86

  

9. CONCLUSÃO------------------------------------------------------------------------------------------ 87

  

10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS----------------------------------------------------------- 89

  

INTRODUđấO

  Observa-se na literatura, um grande número de pesquisas voltadas para o desenvolvimento de novos tipos de biomateriais. Este desenvolvimento tem por interesse melhorar a qualidade de vida dos seres humanos.

  A produção de pós nanoestruturados de hidroxiapatita, de fosfato tricálcio - e e

  β α

  de composições bifásicas de hidroxiapatita/fosfato tricálcio- (Ca/P), são temas de pesquisa

  β

  em destaque, em razão destas composições apresentarem boas características de bioatividade, semelhança mineralógica com a apatita óssea do esqueleto humano e elevada área superficial de grãos e microporos. Estas características contribuem com os processos de osseointegração, osseoindução e formação de um novo tecido ósseo precoce. Estudos recentes na área de biomateriais, têm demonstrado que a formação de composições bifásicas de hidroxiapatita/fosfato tricálcio- conduz a melhores resultados de neoformação

  β

  óssea, se comparados com as composições convencionais. Os biomateriais bifásicos, dependendo do processamento, podem ser formados por microestruturas microporosas interconectados e com volume de microporos superiores aos biomateriais convencionais.

  As composições bifásicas formadas por fosfatos de cálcio/hidroxiapatita (BCP), são biomateriais que tem se apresentado resultados promissores em aplicações biomédicas de reconstituição e formação de tecido ósseo. Isto ocorre devido a estes biomateriais fornecerem novas características superficiais de grãos e de microporos, o que pode conduzir a um melhor controle da dissolução e adsorção de íons cálcio e fósforo dentro dos processos de formação óssea.

  O presente trabalho se desenvolveu sobre a síntese e caracterização de pós nanoestruturados de hidroxiapatita e fosfato tricálcio- para posterior elaboração de

  β,

  diferentes composições bifásicas de hidroxiapatita/fosfato tricálcio- Os resultados β. apresentados estão relacionados ao método de síntese a caracterização morfológica microestrutural e as propriedades mecânicas e físicas, para as diferentes composições de biomateriais. Os estudos foram realizados utilizando as técnicas de Microscopia Eletrônica de varredura, difratometria de raios X, calorimetria exploratória diferencial (DSC), dilatometria, espectrometria de infra-vermelho por transformada de Fourier (FTIR) e o método de Arthur.

  Objetivos Gerais

  Este trabalho tem como objetivo a síntese e caracterização de pós nanoestruturados de hidroxiapatita e fosfato de cálcio- , elaboração de composições bifásicas

  

β

  hidroxiapatita/fosfato tricálcio- para aplicações biomédicas na reconstituição de tecidos

  β ósseos.

  Objetivos Específicos

  • Síntese de pós nanoestruturados e produção de composições bifásicas hidroxiapatita/fosfato tricálcio – 80/20%, 70/30%, 60/40%, 50/50%, 40/60%, 30/70% e

  β,

  20/80% - Sinterização das composições a temperatura de 1100ºC/3h.

  • Caracterização microestrutural, nanoestrutural, mecânica e física de todas as composições.

  PARTE I. REVISÃO DA LITERATURA

1. BIOMATERIAIS

  Pode-se definir os biomateriais como sendo quaisquer materiais sintéticos ou naturais usados em contato com sistemas biológicos com o intuito de tratar, aumentar ou substituir

  [WILLIAMS 1992; tecidos, órgãos ou funções do corpo durante um longo período de tempo. WILLIAMS 1987].

  Existem diversos tipos de biomateriais, metálicos, poliméricos e cerâmicos. Suas aplicações são divididas em três grupos: substituição de tecidos moles, substituição de

  [KAWACHI, et.al, 2000].

  tecidos duros e materiais para sistemas cardiovasculares.

  Como estes materiais ficam em contato com fluidos corpóreos, eles devem ter como principal característica a biocompatíbilidade, ou seja, não devem provocar respostas biológicas adversas, como reações alérgicas e inflamatórias não toleráveis pelo organismo.

  [AZEVEDO, 2002]

  A evolução dos biomateriais em função do tempo pode ser classificada da seguinte

  [Modificado de NAVARRO, 2008]:

  forma Primeira geração: implantes ósseos (primeira articulação artificial - cabeça de fêmur 1961); Segunda geração: dispositivos bioativos (teve inicio nos anos 70); Terceira geração: Compósitos e nanocompositos (desde os anos 90) Quarta geração: engenharia de tecidos (atualidade).

1.1 Histórico e Evolução dos Biomateriais

  A figura I1 apresenta o esquema representativo da evolução dos biomateriais em [MURUGAN, 2004]. função do tempo

  1ª Geração de Biomateriais

  Metais e ligas de Aço e Titânio

  2ª Geração de Biomateriais

  Cerâmicas HA, biovidros, polímeros, PLGA

  

3ª Geração de Biomateriais

  Compósitos, nanocompostos, HA/colágeno

  4ª Geração de Biomateriais

  Engenharia de tecidos, interações biológicas celulares, formação óssea

  

1950 1970 1990 2010 2020

Figura I1. Fluxograma do esquema da evolução dos biomateriais em função do tempo.

  [MURUGAN, 2004]. Modificado de

  No decorrer das últimas décadas observou-se na bibliografia, um desenvolvimento crescente de novos tipos de biomateriais, isto está relacionado à grande competitividade entre as corporações industriais e de segmentos de mercado, da inovação tecnológica, que tem permitido o desenvolvimento de novos métodos e técnicas de elaboração e

  [CAMARGO, 2010;

  caracterização de biomateriais e dispositivos para aplicações biomédicas

OLIVEIRA, 2010; CAMARGO, 2009; SOARES, 2006]

  . Esta inovação, esta vinculada à ciência da

  nanotecnologia, que veio revolucionar os métodos e técnicas de síntese e desenvolvimento de biomateriais, conduzindo a novas superfícies, formação de grãos na escala nanométrica com elevada área superficial de grãos e microporos, condições favoráveis aos processos de osseointegração e da osseoindução e de formação de tecido ósseo. Esta inovação também tem contribuído com os processos cirúrgicos, na fixação de implantes, na liberação de

  [CAMARGO, 2010,; SILVA, 2007].

  medicamentos Estes novos biomateriais podem ser classificados como sintéticos ou naturais. A figura I2 apresenta um esquema geral representativo destes biomateriais

  Biomateriais Sintéticos Natural Aloplásticos Metais Cerâmicos Polímeros Compósitos Animal Humana (Xenógenos) (Autógenos e Homógenos ) Figura I2. Fluxograma do esquema representativo dos Biomateriais Sintéticos e Naturais.

1.2 Classe dos Biomateriais

  Atualmente, cinco tipos de biomateriais são comumente utilizados em aplicações biomédicas: cerâmicas, metais, polímeros, compósitos e os materiais biológicos. Estes biomateriais podem ser classificados de acordo com suas características físico-químicas e mecânicas. A tabela I1 mostra os diferentes tipos de biomateriais com suas vantagens e

  [KAWACHI, 2000].

  desvantagens e locais de aplicações biomédicas

  

A Tabela I1. Diferentes tipos de biomateriais suas vantagens, desvantagens e locais de

aplicação biomédicas [KAWACHI, 2000]

  Cerâmicas (óxidos de alumínio, zircônio, e titânio, porcelana, fosfatos de cálcio, carbono e vidros bioativos)

  Falta de consistência na fabricação deste material

  Boa biocompatibilidade, boa resistência mecânica

  Compósitos (cerâmica-metal, carbono-carbono, fosfato de cálcio- colágeno)

  Ossos, juntas, dentes, válvulas, tendões, prótese de bacia, traquéias artificiais, etc.

  Baixa resistência mecânica, fragilidade e alta densidade.

  Boa biocompatibilidade, resistência à corrosão, alta resistência a compressão

  Fixação ortopédica (parafusos, pinos, placas, fios, etc) e implantes dentários

  

Biomaterial Vantagens Desvantagens Aplicações

  Baixa resistência a corrosão, alta densidade, baixa biocompatibilidade, perda das propriedades.

  Alta resistência ao atrito, desgaste e impacto.

  316L, ligas de titânio e cobalto- cromo)

  (nariz, orelha, maxilar, mandíbula), cimento, tendão artificial, oftalmologia. Metais e ligas (aço inoxidável, 316,

  Baixa resistência mecânica Suturas, artérias, veias, maxilofacial

  Elasticidade, fácil fabricação, baixa densidade.

  Polímeros (teflon, nylon, polietileno, poliéster, PMMA, silicone, etc)

  Válvula cardíaca artificial, juntas de joelho, etc. Com o desenvolvimento dos biomateriais ocorrido nas últimas décadas, constata-se claramente, a evolução cirúrgica, conforme ilustra a Figura I3 sobre o esqueleto humano e as posições mais usuais de aplicações de implantes com alguns biomateriais. Observa-se na Figura I3, principalmente as composições de biomateriais como a hidroxiapatita (HA), Fosfato Tricálcico (TCP), Vidros Bioativos (BV), Vitro Cerâmicas (A-W), Compósitos Bioativos (CB), Fosfatos de Cálcio (CaP), Polietileno (PE), Poliácido – Láctico (PLA).

  [HENCH, Figura I3. Estrutura do esqueleto humano e aplicações dos biomateriais WILSON, 1993] Modificado.

2. Classificação das Biocerâmicas

  As biocerâmicas podem ser classificadas de acordo com sua composição química, conforme segue:

  • • Monolítica: é uma biocerâmica constituída por uma única composição química;

  • Compósitos: são biomateriais constituídos por dois ou mais constituintes químicos distintos dentro de uma matriz cerâmica.

  As biocerâmicas podem ainda ser classificadas em:

  • Biocerâmica de alta densidade: são biomateriais que apresentam após a sinterização uma densidade próxima da densidade teórica;
  • Biocerâmicas de baixa densidade: são biomateriais que apresentam uma microporosidade elevada. As biocerâmicas utilizadas na ortodontia e ortopedia podem ser divididas em três classes de acordo com seu comportamento fisiológico, conforme segue:
    • Bioinertes: são toleradas pelo organismo. A probabilidade de formação da camada de tecido fibroso é praticamente inexistente. Possuem características como: durabilidade, estabilidade e nenhuma reatividade química ou biológica com os tecidos onde são implantados. Exemplos: alumina, zircônia estabilizada e algumas formas de carbono;
    • Bioativas: materiais que promovem uma ligação forte e estável na interface tecido ósseo- implante. Estas biocerâmicas são aplicadas em locais onde há necessidade de estimular o crescimento do tecido ósseo. Na forma de pó, estas biocerâmicas podem servir para enchimento de cavidades. Exemplo: hidroxiapatita, biovidros e vitro-cerâmica contendo a fase apatita;

  Absorvíveis: são as biocerâmicas que após certo período de tempo em contato com os •••• tecidos ósseos, acabam sendo degradadas ou fagocitadas pelo organismo e substituídos pelos tecidos adjacentes. Estes biomateriais são promissores em aplicações médico-odontológicas, pela performance que apresentam em curto espaço de tempo, na reconstituição dos tecidos ósseos. As biocerâmicas que mais se destacam são o fosfato tricálcico e a

  α β,

  hidroxiapatita deficiente de cálcio (Hap) e as composições bifásicas HA/TCP- . Por outro

  β

  lado estas biocerâmicas não suportam cargas mecânicas elevadas, o que inibe a utilização

  [CAMARGO, 2010; SHIRTLIFF e

  das mesmas em meios de solicitações mecânicas elevadas HENCH, 2003; KAWACHI, 2000].

3. Biocerâmicas de Fosfato de Cálcio

  Existem diferentes polítipos de fosfatos de cálcio, estes podem ser obtidos, por diferentes métodos e técnicas de síntese. Os polítipos mais conhecidos e pesquisados atualmente são: o fosfato tricálcio (TCP), com fórmula química Ca

  3 (PO 4 ) 2 e a hidroxiapatita

  (Ca

  10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ), um composto inorgânico muito semelhante à estrutura da fase mineral do osso, dentina e esmalte dentário.

  Na tabela I2 se apresenta alguns tipos de composições de fosfatos de cálcio, representados por suas respectivas razões Ca/P molares.

  

Tabela I2. Apresenta os principais polítipos de fosfatos de cálcio com suas composições

[APARECIDA, et al, 2007] na razão molar Fosfato de Cálcio Fórmula Química Ca/P

  Fosfato Tetracálcico (TeCP) Ca O(PO ) 2,0

  4

  4

  2 Hidroxiapatita Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 1,67

  Fosfato de Cálcio Amorfo (ACP) Ca

  3 (PO 4 ) 2 . n H

  2 O 1,5

  Ca

  3 (PO 4 ) 2 1,5

  Fosfato Tricálcico ’ ) TCP

  (α, α , β, γ

  Fosfato Octacálcico (OCP) Ca

  8 H 2 (PO 4 ) 6 . 5H

  2 O 1,33

  Mono-hidrogênio Fosfato de Cálcio CaHPO

  4 . 2H

  2 O 1,0

  diidratado (DCPD) Mono-Hidrogênio Fosfato de Cálcio CaHPO

  4 1,0

  (DCP) Pirofosfato de Cálcio (CPP) Ca

  2 P

  2 O 7 1,0

  Pirofosfato de Cálcio diidratado Ca

  2 P 2 O 7 .

  2H

  2 O 1,0

  (CPPD) Fosfato Heptacálcico (HCP) Ca

  7 (P

  5 O 16 ) 2 0,7

  Di-Hidrogênio Fosfato Tetracálcico Ca

  4 H

  2 P

  6 O 20 0,67

  (TDHP) Fosfato Monocálcico Mono- Ca(H

  2 PO 4 ) 2 . H 20 0,5

  Hidratado (MCPM) Metafosfato de Cálcio (a, b, g) Ca(PO

  3 ) 2 0,5

  (CMP) A tabela I3 apresenta os resultados dos estudos in vivo realizados por diferentes autores, que utilizaram metodologias cirúrgicas distintas e diferentes composições de biocerâmicas. Os autores procuram avaliar nestes estudos o comportamento de formação do tecido ósseo, da osseointegração em função do tempo de aplicação da biocerâmica in vivo. Os resultados apresentados na tabela I3, colocaram em evidência para as composições formadas por HA e TCP-

  β

  HA/TCP −β (60/40)

  2003 Osso parietal de ratos

  sinterizado Fujita,

  −β

  TCP

  12 semanas Maior volume de osso novo. Estáveis em 3 meses

  2003 Osso parietal de ratos

  Ovelhas 48 semanas 4,2% de substituição óssea HA sinterizada Fujita,

  2005 Mandibula de

  óssea Cimento HA Gosain,

  Mandibula de Ovelhas 48 semanas 16,4% de substituição

  Gosain, 2005

  Mandibula de Ovelhas 48 semanas 23% de substituição óssea

  , estas composições mostram boas condições de formação do tecido ósseo em função do tempo de aplicação do biomaterial.

  HA sintetica Gosain, 2005

  32 semanas Total ossificação com defeitos residuais e alguns focos de inflamação

  2006 Mandíbula de porcos

  pura sintetizada Henkel,

  β

  TCP-

  Mandíbula de porcos 32 semanas Total ossificação com poucas particulas remanescentes.

  Henkel, 2006

  HA/TCP- β (60/40)

  ] Material Autor Aplicação Tempo para formação óssea Resultados

  

Tabela I3. Resultados comparativos de estudos in vivo realizados por diferentes

autores em função do tempo de aplicação do biomaterial in vivo. [ LEVANDOWSKI, 2009.

Modificado

  12 semanas Menor volume de osso novo, absorção ou fratura

  Material Autor Aplicação Tempo para formação óssea Resultados

  e

  Canullo e Dellavia,

  2009 Seio maxilar de 16 pacientes 24 semanas Regeneração óssea aproximadamente 48% do volume enxertado

  Dentre os diferentes fosfatos de cálcio, os mais pesquisados na atualidade são o fosfato tricálcio-

  β

  e

  α

  (TCP-

  β

  α

  26 semanas Formação óssea precoce em maior quantidade.

  ), com fórmula química Ca

  3

  (PO

  4

  )

  2

  , devido a sua composição ser muito semelhante à estrutura óssea humana. Os fosfatos tricálcio não são estáveis em solução aquosa ou em presença de umidade, o que leva na atualidade, um incremento das pesquisas sobre estes biomateriais, devido a facilidade de dissolução no meio biológico [RAMAY; ZHANG, 2004].

  Sua capacidade de dissolução e de adsorção pelo meio biológico é de 3 a 12 vezes maior que a hidroxiapatita, o que faz deste biomaterial um candidato em potencial em

  12,49% de degradação Grânulos de hidroxiapatita nano cristalina

  2008 Mandíbula de cachorros

  TCP-

  2007 Calvária de

  β

  Merten, 2001

  Tíbia de porcos 20 semanas Osseoscondutora, 70% absorvido

  TCP-

  α

  Merten, 2001

  Tíbia de porcos 20 semanas Osseocondutora, 40% absorvido

  TCP- β Yamada,

  Coelhos 8 semanas Menor dissolução TCP

  (15/85) Farina,

  −α

  Yamada, 2007

  Calvária de Coelhos 8 semanas Maior dissolução

  HA/TCP-

  β

  (85/15) Farina,

  2008 Mandíbula de cachorros

  26 semanas 4,25% de degradação HA/TCP- β

3.1.1. Fosfato Tricálcico – TCP

  [SANTOS, et al 2008; processos de formação óssea tanto em testes in vitro como in vivo. BELLINI, 2007; SILVA, 2007; HENCH, 1998; HENCH, 1993].

  Existem três formas polimórficas de fosfato tricálcio: a baixas temperaturas

  o

  encontra-se na forma alotrópica estável TCP- a temperaturas acima de 1180 C até 1430°C

  

β,

  na fase estável TCP- e a temperaturas acima de 1430ºC a fase super TCP-α’. As estruturas

  α

  cristalinas dessas fases são respectivamente a romboédrica para a fase TCP- , que é estável

  β

  até temperaturas próximas de 1180°C, monoclínica para as fases TCP- e ', estáveis na

  α α [BELLINI, 2007; ELLIOTT, 1994].

  faixa de temperaturas entre 1180° e 1430°C Na tabela 4 pode-se observar as principais características físicas e cristalográficas das fases alotrópicas do fosfato de cálcio- e . Dentre a classe dos fosfatos de cálcio, o que tem despertado

  β α

  maior interesse pelos centros de pesquisa é o fosfato tricálcico - Isto pode ser explicado β. pelas características de bioatividade e pela sua boa biocompatibilidade. Também se justifica pela capacidade de dissolução em meios biológicos ou simulados que esta biocerâmica apresenta. Outra característica que se destaca no fosfato de tricálcio, é a similaridade [JUN, 2003]. química e cristalográfica com a matriz óssea dos tecidos duros

  O TCP- apresenta células unitárias com os seguintes parâmetros da rede cristalina:

  β

  para o eixo a=b=10,439Å e para o eixo c=37,375Å, e com uma célula unitária no sistema cristalográfico romboedral. A figura I4 ilustra um desenho esquemático da molécula do fosfato tricálcio com seus elementos constituintes indexados.

  [CALDERIN, 2002; HATTIANGADI, et Figura I4. Estrutura cristalina do Fosfato Tricálcio

al, 1999]

  A tabela 4 apresenta as características cristalográficas e físicas dos dois politipos de fosfatos de tricálcio mais estudados.

  

Tabela I4. Características estruturais e cristalográficas das duas principais fases de

[SANTOS, 2009. Modificado] fosfato tricálcio, em função da temperatura de obtenção

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