Compósito de polietileno de ultra-alto peso molecular reforçado com hidroxiapatita e bentonita organofílica para aplicações biomédicas

Abstract

A substituição das articulações naturais por articulações artificiais tem melhorado significativamente a vida dos pacientes com articulações danificadas por doenças ou por injúrias causadas por acidentes de tráfego ou prática de esportes. O polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) é um dos polímeros termoplásticos largamente usados para aplicações a resistência mecânica e ao desgaste. Este polímero possui propriedades excelentes tais como boa estabilidade química, baixo coeficiente de atrito e mínima absorção de água quando comparado com os outros polímeros. Devido a estas características é aplicado para produzir materiais para substituição total da articulação. Contudo, o seu módulo de Young e a sua dureza são baixos. E como consequência o desempenho a logo prazo desses materiais fica comprometido conduzindo a uma série de falhas. Por este motivo o presente trabalho tem como objetivo desenvolver o compósito de UHMWPE reforçado com HA e bentonita organofílica com vista a obter melhores propriedades mecânicas e tribológicas, sem, no entanto, afetar significativamente as propriedades biológicas do material. Para tal, algumas etapas metodológicas foram seguidas a saber: organofilização da bentonita, processamento do compósito, caracterização mecânica, tribológica e biológica in vitro. Por fim pode-se concluir que hipótese levantada no inicio do trabalho foi confirmada pois a bentonita organofílica melhorou as características interfaciais entre UHMWPE e HA compatibilizando desta forma as duas fases e como consequência as propriedades mecânicas e tribológicas foram significativamente melhoradas. Além disso, a adição da bentonita organofílica diminuiu adesão e agregação das plaquetas e também conseguiu manter o porcentual da hemólise dentro dos parâmetros normais estabelecidos. Pelo ensaio de degradação em SBF, concluiu-se que o compósito UHMWPE/HA/BO apresentou uma baixa degradação e mineralizou apatitas na sua superfície que é um indicativo útil na predição da bioatividade in vivo e da regeneração óssea. Com base nestes resultados, o material desenvolvido é promissor para aplicações biomédicas.

Abstract : The replacement of natural joints with artificial joints have significantly improved the lives of patients with joints damaged by diseases or injuries caused by traffic accidents or sports. The ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) is a thermoplastic polymer widely used for applications in mechanical strength and wear resistance. This polymer has excellent properties such as good chemical stability, low coefficient of friction and minimum water absorption compared with other polymers. Due to these characteristics is applied to produce materials for total joint replacement. However, its Young's modulus and hardness are low. And as a consequence the right term performance of these materials is compromised leading to a range of fails. For this reason the present work aims to develop the UHMWPE composite reinforced with hydroxyapatite and organophilic bentonite in order to obtain composite with better mechanical and tribological properties, however without significantly affect the biological properties of the material. To this end, some methodological steps will be followed to know: organophilization bentonite, composite processing, mechanical, tribological and in vitro biological characterization. Finally, we conclude that the hypothesis raised at the beginning of the work was confirmed because the organophilic bentonite improved the interfacial characteristics between UHMWPE and HA, thus making the two phases compatible and as a consequence the mechanical and tribological properties were significantly improved. In addition, the addition of organophilic bentonite decreased platelet adhesion and aggregation and also maintained the percentage of hemolysis within normal established parameters. By the degradation test in SBF, it was concluded that the UHMWPE / HA / BO composite showed low degradation and mineralized apatites on its surface which is a useful indicator in predicting in vivo bioactivity and bone regeneration. Based on these results, the material developed is promising for biomedical applications.