Polímeros para aplicação biomédicas
A maioria são sintéticos (poucos são naturais)As propriedades variam de:
macios (hidrogéis, lentes)elastômeros (cardiovasculares)rígidos (ortopedia, odontologia)
Propriedades físicas e mecânicas apropriadasDevem ser livres de monômeros e materiais permeáveisSer biocompatíveis:
Não deve induzir mudanças clínicas no ambiente implantadoNão deve produzir substâncias tóxicas na degradaçãoSe biodegradável, deve ser bioabsorvívelSe biodegradável, velocidade de degradação compatível com aplicação
Propriedades químicas, físicas e mecânicas estáveis durante implanteDeve ser esterilizávelBaixo custo
Polímeros para aplicação biomédicas
Alguns polímeros usados como biomateriais
Polietileno (PE)Polimetilmetacrilato (PMMA)Politetrafluoroetileno (PTFE)PoliuretanoPoli(cloreto de vinila) (PVC)Polidimetilsiloxano (Silicone)NylonsPoliesteres
PEUAPM
Massas molares de 3 a 6 milhõesConfecções de fibras tão resistente que substituem o kevlarGrandes chapas podem ser utilizadas no lugar de gelo em pistas de patinaçãoRevestimentos de caçambas, tanques para banho químicoindústria de papel e celuloseDefensas marítimas
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
Aplicação
Lentes ocularesDentes postiçosCimento ósseoBombas sanguíneasMembranas para diálisePoli(hidroxietil)metacrilato (PHEMA) é usado em lentes de contato macias (forma hidrogel)
São resistentes em ambientes químicos agressivosMecanicamente são úteis entre -200 a 260ºCApresentam excelentes propriedades de isolamento elétrico, baixo coeficiente de atrito, autolubrificantes e de não aderênciaConhecido como teflon
Politetrafluoretileno - PTFE
- [ CF2 – CF2 ]n
Poliuretano
Grande família de polímeros Aplicação biomédicas – elastômerostermoplásticosAlta resistência a abrasão, cisalhamento e fadiga Boa biocompatibilidadeResistência a degradação em ambientes biológicos
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;
Polidimetilsiloxano (Silicone)
Excelente biocompatibilidadeFlexibilidadeResistência a degradaçãoPermeabilidade ao oxigênioBaixa resistência ao cisalhamento e abrasão
Poli(tereftalato de etileno) (PET)
apresenta uma molécula linear, e existe nas formas amorfo e cristalino. Quando amorfo, o PET étransparente; quando cristalino, ele é opacoas 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
Poliamidas
--80111108 -120Escala RDureza Rockwell
300130-85 -300
60 -300%Alongamento
550800570600630 -840Kgf / cm2Resistência à tração
PA 11PA 6PA 6.12
PA 6.10PA 6.6
TipoUnidade
Propriedades Mecânicas
Nota: PA 4.6 – Tg = 80ºC e Tm = 290ºC
-0,5 –1,5-1,2 -
1,81,5 -1,8%Contração no molde
-50--75ºCTemp. Trans. Vítrea (Tg)
185 -187
215 -225212220260 -
280ºCTemperatura de fusão (Tm)
0,41,60,250,41,5%Absorção de água
1,04 -1,05
1,12 -1,161,081,07 -
1,091,13 -1,15g/cm3Densidade
PA 11PA 6PA 6.12
PA 6.10PA 6.6
TipoUnidadePropriedades Físicas e Térmicas
Degradação de Polímeros
TérmicaImportante no processamento de polímeros
OxidativaReações de radicais livres com oxigênio
FotooxidativaLuz ultravioletaRadiação de alta energia (raios x, γImportante na esterilização de materiais
HidrolíticaAtaque de molécula da água
Efeito Geral dos polímeros no organismo
Toxicidade sistêmica:toxidez, acumulação de produtos de degradação e elevada magnitude de resposta inflamatória e imunológica
Esterilização de polímeros
Uso de pressões e temperaturas elevadasUso de ondas eletromagnéticas de elevada energia (raios x, γ)Uso de gases como óxido de etilenoUso de filtração com membrana porosa
Futuro de Polímeros
Eles devem degradar quando necessário – cinética compátivel com a regeneração de tecidosNão deve resultar na produção de produtos tóxicos durante a degradaçãoDevem interagir com proteínas – guiar o processo de adsorçãoDevem interagir com células – favorecer a adesãoDevem ser capazes de responder a algum sinal produzido no ambiente corpóreo
Estratégias
Alteração na superfície dos polímerosAlteração no volume do polímeroFormulação de polímeros capazes de responder a estímulos do corpo
Aplicação
Suportes para o crescimento in vitro e in vivode tecidosNovos sistemas de liberação controlada de drogasMembranas para o encapusalamento de células, enzimas e outras biomacromoléculas(órgãos artificiais)
Modificação na superfície de Polímeros –Interface polímero - tecido
Estratégias de se modificar a superfície estávinculada à idéia de reter as características físicas do material, ao mesmo tempo em que biointerações são manipuladas visando adequadas respostas material-tecido
Modificação na superfície de Polímeros –Interface polímero - tecido
Métodos mais comuns:RecobrimentosImplantação iônica ou difusão de uma segunda espécieDeposição de filmesUso de aditivos que migram para superfícieReações químicas de superfíciesAtaque químico ou mecânico
Alteração no volume do polímero
Objetivo: desempenho satisfatório de funções ou mecânicas, ou ópticas, ou térmicasEstratégia:
produção de compósitos e nanocompósitos;Polímeros biodegradáveis com cinéticas de biodegradação controlada
Formulação de polímeros capazes de responder a estímulos do corpo
Polímeros inteligentesRespondem 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
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
Um hidrogel é um polímero inchado em águaUm gel de polímero é uma molécula integrada por cadeias longas do polímero conectadas por reticulados (entrecruzamentos)
Os reticulados podem ser:Degradáveis ou não degradáveisInterações iônicas entre as cadeias do polieletrólito
Formação dos reticulados Durante a polimerizaçãoTratamento por radiação nas cadeias
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
Hidrogéis para aplicação em polímeros
Hidrogéis para aplicação em polímeros
Aplicação:Lentes intra-oculares e de contatoPele artificialMatriz para encapsulamentoMatriz para liberação controlada de drogasMatriz para crescimento de tecidos
Polímeros porosos
Aplicação:Produção de membranasImplantesSuportes para crescimento de tecido
Exemplos:CelulosePoli(tetrafluoretileno)Polipropilenopolissulfona
Polímeros porosos
Em geral apresentam poros de tamanhos programados ( diâmetros entre 100 e 200μm)a separar a macromolécula e/ou célulasA porosidade é criada no intuito de permitir a fixação do implante no local da implantaçãoPermite o crescimento tissular para o interior dos poros, o qual permite o ancoramentomecânico do material
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