Processamento de Produtos à Processamento de Produtos à

Base de Titânio por Tecnologia Base de Titânio por Tecnologia

de Pós de Pós

Marize Varella de Oliveiramarizeva@int.gov.br

DPCMDPCM – Divisão de Processamento e Caracterização de Materiais

LATEP – Laboratório de Tecnologia de Pós

LAMAP – Laboratório de Materiais Poliméricos

DEMPDEMP – Divisão de Ensaios de Materiais e Produtos

LAMED – Laboratório de Metalografia e Dureza

LAAMH – Lab. de Avaliação de Artigos Médicos-Hospitalares

DQANDQAN – Divisão de Química Analítica

LAQAM – Laboratório de Química Analítica e Metrologia

DCOR/LACORDCOR/LACOR – Divisão de Corrosão e Degradação

LACOR – Laboratório de Corrosão

DVDIDVDI – Divisão de Desenho Industrial

LABER – Laboratório de Ergonomia

LAMOT – Laboratório de Modelos Tridimensionais

ATUAÇÃO NA ÁREA DE SAÚDE - INTATUAÇÃO NA ÁREA DE SAÚDE - INT

DPCM – Divisão de Processamento e Caracterização de Materiais

LATEP – Laboratório de Tecnologia de Pós Pessoal em Projetos de Biomateriais

♦ 3 Pesquisadores/Drs

2 servidores e 1 bolsista DTI/CNPq

♦ 2 técnicos de nível médio

♦ 2 alunas de graduação

bolsistas ITI/CNPq

♦ 2 alunas de mestrado (até fevereiro de 2009)

bolsistas CNPQ-UFRJ/PEMM

♦ 1 aluno de doutorado (até 2010)

bolsista Capes-UFSC/Eng. Mecânica

Equipamentos - ProcessamentoMoinhos: orbital; de bola; Atritor Misturadores: planetário; tipo V; convectivoMatrizes de compactação: corpos de prova para ensaios a flexão, tração...Injetora de suspensões cerâmicos-poliméricas; Extrusora Prensa uniaxial a quente "HOT-PRESS” (10.000Kgf, 2300ºC)Prensa isostática a frio até 400 MPa; Prensa hidráulica - carga até 100.000KgfForno Pressurizado a gás – GPS até 10MPa e 2500ºCFornos: com e sem atmosfera controlada (1600ºC/3; 1200ºC/2), alto vácuo (1600ºC/1) Autoclave; Câmara climatizada; Banho termostatizado

Equipamentos - Caracterização de pós e produtosPorosímetro de mercúrio até 30.000Psi; Medidor de área superficial pelo método BETAnalisador de partículas à laserPicnometro de hélio – densidade realDifratômetro de raios-x; XPS – Espectroscopia de fotoeletrons-x, MEVDurômetro: escalas Vicker, Rockwell e BrinellTGA/DTA/DSC (até 1550ºC); Potencial Zeta Máquina de corte p/ amostras cerâmicas/metálicas; Retífica

DPCM – Divisão de Processamento e Caracterização de Materiais

LATEP – Laboratório de Tecnologia de Pós

Misturador com 2

movimentosMoinho de bolas “Attritor” (alta

energia)Compactação Uniaxial e Isostática a

frio

Forno a vácuo

Forno HOT-PRESS

Forno Gas Press.Sint.

Porosímetro de mercúrio

Analisador de

partículas

BET UltraPicnometro

EQUIPE MULTIDISCIPLINAR

BIOMÉDICABIOMÉDICA

Histologia Biologia

celular Testes “in vitro” Banco

de células Odontologia

BIOMATERIAISBIOMATERIAIS

SÍNTESE, PROCESSAMENTO E

CARACTERIZAÇÃO química, física,

superfície, propriedades mecânicas...

UFRJ-PEMM-EQ, CTA, CBPF, CDTN,

UEL-DF , UFSC-EM

HOSPITAIS e HOSPITAIS e BIOTÉRIOSBIOTÉRIOS

Testes “in vivo” Biocompatibilidade Estudos Pré-clínicos

e ClínicosUNESP-FOSJC, UFRJ-ICB

USP-FORP, INTO

Universidade Federal do Rio de Janeiro/UFRJ-PEMM – Prog. Eng. Metalúrgica e de Materials

Universidade Federal do Rio de Janeiro/UFRJ/Instituto de Ciências Biomédicas-Dep. Histologia e Embriologia

Centro Técnico Aeroespacial/CTA/Divisão de Materiais

Universidade Estadual de Londrina/UEL - Dept. de Física

Centro de desenvolvimento de Tecnologia Nuclear/CDTN - CNEN

Universidade de São Paulo/USP/Fac. Odontologia Ribeirão Preto

Universidade Estadual de São Paulo/UNESP/Fac. de Odontologia de São José dos Campos

Instituto Nacional de Traumato-Ortopedia/INTO

Rede Ibero-Americana de Biofabricação/CYTED 20 grupos de pesquisa - 7 países

PARCERIAS

Objetivo

Desenvolvimento de novos materiais e processos

para a área biomédica, com ênfase na inovação

tecnológica e na transferência de tecnologia para o

setor produtivo e hospitalar.

Biomateriais: cerâmicos, metálicos, poliméricos,

compósitos; Sistemas para liberação controlada de

fármacos;

Substratos inteligentes para aplicações na

engenharia de tecidos

LABIOMAT/MCT LABIOMAT/MCT – Laboratório Interinstitucional de Biomateriais do Ministério de Ciência e

Tecnologia

ENGENHARIA TECIDUALCriação de um novo tecido para

Reconstrução TerapêuticaReconstrução Terapêutica do corpo humano por meio da combinação de

células, sistemas moleculares e substratos à base de BiomateriaisBiomateriais

Matrizes (“Scaffolds”) para Engenharia Tecidual

Substratos à base de BiomateriaisBiomateriais com habilidade para comportar atividades

celulares, fármacos, genes...

Utilização em Regeneração Regeneração TecidualTecidual sem provocar

efeitos indesejáveis locais ou sistêmicos após a da

implantação

Scaffold de nanotubos de

C

Scaffold de TiO2

Scaffold de colágeno

Scaffold de biocerâmic

a

Scaffold de biovidro

A Composição QuímicaComposição Química

e a Topografia Topografia

SuperficialSuperficial (tamanho,

forma e textura)

influenciam fortemente

as reações celulares

BIOMATERIAIS - SUPERFÍCIE

CélulasCélulas do tecido adjacente migram para

a área ao redor do implante e interagem

com o BiofilmeBiofilme e o BiomaterialBiomaterial

ImplanteImplante ou EnxertoEnxerto inserido no corpo humano

Formação de um BiofilmeBiofilme (água, proteínas,

biomoléculas...) do liquido fisiológico

PROJETO♦ Deposição de Revestimento Biocerâmico em Titânio Poroso para Uso em Implantes Cirúrgicos (até 2009)

Recursos: CNPq e FAPERJ; coordenação: INT/LATEP

Substrato de Ti-6Al-7Nb/MP (CTA) e revestimento de Ti

poroso

Scaffold de Ti micro e macro-poroso com 59% de poros

5 mmPó de Ti puro

fabricado no CTA

Revestimentos de Fosfato de Cálcio/CaP por processo Biomimético

Titânio Poroso Bioativo

Osso neoformado na interface osso/implante - testes “in vivo” em

tíbia de coelho (UNESP/FOSJC)

osso

Implante- Ti

Implantes de Ti poroso para ensaios

“in vivo”

Ti poroso após 7 dias de imersão em FCS HAP carbonatada

Ti poroso antes da imersão em FCS

HAP

Ti

resina

Implante dentário de liga de Ti com

superfície porosa (Endopore-Innova

Coorp.)

AplicaçõesAplicações

Implante femoral com revestimento parcial

(Tecomet Coorp.)

revestimento

Implante para a coluna vertebral de liga

Nitinol/Ti-Ni (Actipore Biorthex)

Lesões traumáticas ou patológicas nos discos invertebrais

Componente acetabular de

implante femoral com revestimento poroso

(Zimmer)

PROJETO♦ Nanoporosidade Superficial em Implantes de Titânio para Otimização da Biocompatibilidade - 2009 a 2011

Parcerias: INT/LATEP, UFRJ/PEMM, Universidade de São Paulo-USP/FOSJC, Fac. de Medicina Odontológica da Universidade de Montreal, Instituto Nacional de Pesquisa Científica do Canadá (NRC)Objetivo - Modificação da nano-estrutura ou nano-topografia superficial de Ti poroso para melhorar a sua osseointegração e fixação.

Nanoscale Oxidative Patterning of Metallic

Surfaces to Modulate Cell Activity and Fate

NanoLetters, Fevereiro, 2009

A manifestação de genes necessários à adesão e ao

crescimento celular aumentou em contato com as superfícies

nanoporosas

escala/barra-100 nm.

PROJETO

♦ Desenvolvimento de Biocerâmicas Nanoestruturadas, para Uso Clínico como Material para Regeneração Óssea (até 2009)

Recursos: FINEP; Coordenação: CBPF/Labiomat

Micro

Macro

5 nm5 nm

Nano

Atômica

Hidroxiapatitanano-partículas; grânulos; esferas; substratos densos e porosos

Atuação do INTCaracterização– microestrutura, tamanho de grão, dureza, resistência mecânica Desaglomeração da Nano-Hidroxiapatita

N

Substrate holder

Gun #1 Gun #2E

H

S

Bombardeamento de íons por um plasma de argônio e deposição de cerâmicas em substrato

metálico• Alta taxa de deposição• Excelente adesão• Revestimento com alta pureza.• Estequiometria controlada

Produção de Filmes Finos de Bioceramicaspor Magnetron Sputtering

PROJETO

PROJETO♦ INCT - Instituto de Biofabricação

Recursos FAPESP e CNPq (até 2011)

Participação do INT: 3 laboratórios LATEP, LAMAP, LAMOTAtuação:

1. Desenvolvimento de implantes densos e porosos (scaffolds) “near net shape” à base de Titânio e Bioceramicas por meio de técnicas de prototipagem rápida e metalurgia do pó

2. Modificação da superfície dos biomateriais com o objetivo de melhorar a sua biocompatibilidade dos produtos: revestimento biomimético, revestimento por implantação iônica, tratamentos químicos, nanoporosidade...

3. Caracterização de propriedades físicas, químicas, mecânicas, microestruturais e superficiais dos produtos

Osso de um maxilar, construído por

prototipagem rápida com pós de Titânio

(Fraunhofer/IFAM)