Para finalizar nossa série de postagens sobre osseointegração, hoje abordaremos como podemos analisar e determinar a rugosidade de uma superfície de um implante e saber se ela está de acordo com as melhores práticas estudadas.
Se você perdeu as últimas duas postagens sobre o assunto, seria interessante conferir.
OSSEOINTEGRAÇÃO PARTE I: HISTÓRIA, FUNDAMENTOS E EFEITOS DE INTERFACE
OSSEOINTEGRAÇÃO PARTE II: COMO A RUGOSIDADE DO IMPLANTE INFLUENCIA NA ADESÃO CELULAR
Os métodos de análise da topografia de materiais metálicos modificados, especialmente titânio, consistem em usar a informação da oscilação do perfil da superfície em valores médios que podem ser interpretados em função do objeto de estudo. Existem três grandes grupos de instrumentos que fornecem informações quantitativas e qualitativas para avaliação topográfica da superfície e estão divididos em perfilômetros de contato mecânico, instrumentos ópticos e microscópios de varredura.
Perfilômetros de contato mecânico
O perfilômetro ou o rugosímetro mecânicos são os dispositivos de mensuração mais utilizados e são compostos por uma agulha de diamante apoiada em um cantiléver que varre a superfície da amostra na direção horizontal. A oscilação do cantiléver registra no eixo vertical o perfil da superfície em modo digital ou analógico, originando gráficos para análise. A característica da agulha de diamante acaba por influenciar a medida dependendo do raio e do ângulo da ponta.
Na pesquisa com implantes de titânio, os rugosímetros de contato são utilizados para avaliar implantes cilíndricos e amostras planas e também para medir rugosidade de implantes ortopédicos removidos do leito cirúrgico. O desenho do implante pode determinar que tipo de instrumento é o mais adequado e onde a medida pode ser feita. Discos e cilindros são bem avaliados por rugosímetros de contato, enquanto apenas algumas partes de implantes na forma de parafuso pode ser avaliadas por estes métodos.
Figura 1: Desenho esquemático do equipamento e do procedimento do ensaio de esclerometria (scratch test). Fonte: https://tricorrmat.ufes.br/microtrib%C3%B4metro-cetrbruker
Instrumentos ópticos
Os instrumentos ópticos são interessantes pelo fato de não danificar a superfície de materiais moles e vulneráveis, além de ser um método mais rápido e de fornecer melhor resolução de que os rugosímetros de contato mecânico. Dentre as possibilidades destacam-se a microscopia de varredura confocal a laser (MCL) e a microscopia de força atômica (MFA). A microscopia de força atômica utiliza uma ponta de dimensões que varia de 6 a 60 nanômetros a pressão e velocidade constantes. Tem como limitações a área de mensuração reduzida no sentido vertical máximo de 60 µm, que pode ser muito pequeno para determinadas superfícies de implantes.
Figura 2: Funcionamento de um microscópio de força atômica fonte: Cascudo, Oswaldo, et al. “Contribuição à caracterização nanoestrutural de pastas de cimento por meio da técnica de Microscopia de Força Atômica.” Matéria (Rio de Janeiro) 23.1 (2018).
Microscopia eletrônica de varredura
Uma forma mais versátil de análise qualitativa da topografia do material é através da microscopia eletrônica de varredura (MEV). Ao utilizar um feixe de elétrons de alta energia (feixe primário), o equipamento permite a obtenção de imagens com aparência tridimensional e com elevada resolução da superfície. Após incidir na amostra, o feixe primário gera sinais diferentes que são, por sua vez, captados por detectores diferentes. Dentre os sinais obtidos, os mais utilizados para o registro de imagens são provenientes dos elétrons secundários ou dos elétrons retroespalhados. Os elétrons secundários possuem energia inferior a 50 eV e o contraste na imagem é dado pela topografia da amostra. Por outro lado, os elétrons retroespalhados são os responsáveis pela formação do contraste em função do número atômico dos elementos químicos presentes na amostra.
Figura 3: Desenho do funcionamento de um MEV. Fonte: https://sites.google.com/a/unifei.net/emt/pratica
Figura 4: Diferentes topografias causadas por diferentes tratamentos superficiais, na ordem da esquerda para direita e de cima para baixo: Ataque ácido, jato de areia, anodização, plasma e ataque laser. Fonte: https://www.implante.institute/blog/quais-os-tratamentos-de-superficie-no-brasil/44
Parâmetros de medição
Quando medido por um rugosímetro, devem ser levados em consideração os seguintes parâmetros de rugosidade: Ra – Desvio médio aritmético. Média aritmética dos valores absolutos das ordenadas do perfil efetivo em relação à linha média em um comprimento de amostragem. – Ry – Altura máxima das irregularidades. Distância entre duas linhas paralelas à linha média e que tangenciam a saliência mais pronunciada e a reentrância mais profunda, medida no comprimento de 27 picos – Rz – Altura das irregularidades de dez pontos de acordo com ISO 3274:1996. Li – Definida como a diferença entre o valor médio das ordenadas dos cinco pontos mais salientes e o valor médio das ordenadas dos cinco pontos mais reentrantes, medidos a partir de uma linha paralela à linha média, não interceptando o perfil, e no comprimento da amostragem. – Sm – Espaçamento médio das irregularidades. É definido pela norma ISO 4287/1 como o valor médio do espaçamento das irregularidades dentro de um comprimento de amostragem. As variáveis são demonstradas na Figura 4.
Figura 5: Parâmetros de análise de rugosidade de superfície Fonte: ISO 3274:1996
Conclusão
Com essa postagem concluímos nossa série sobre osseointegração, fica de novo o convite para acessar os post anteriores
OSSEOINTEGRAÇÃO PARTE I: HISTÓRIA, FUNDAMENTOS E EFEITOS DE INTERFACE
OSSEOINTEGRAÇÃO PARTE II: COMO A RUGOSIDADE DO IMPLANTE INFLUENCIA NA ADESÃO CELULAR
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Sobre o Autor
M.e. Eng. Lucas Kurth de Azambuja
Lucas Kurth de Azambuja é Mestre e Engenheiro de Materiais, formado pela UFSC, especializado na área de polímeros. Também realizou intercâmbio para França na École Nationale d’ingénieurs de Saint-Étienne e estagiou na École de Mines de Saint Étinne. Desde 2017, Lucas é bolsista no Laboratório de Engenharia Biomecânica, onde realizou seu trabalho de conclusão de curso focado no estudo de degradação de implantes mamários. Posteriormente realizou sua dissertação, também no laboratório, focado na análise de insertos acetabulares após uso em in vivo. Hoje é resposável pela execução das análises poliméricas do laboratório, além de colaborar no projeto do Centro Nacional de Explantes.
Prof. Gerhard Holzapfel participa de defesa de exame de qualificação de doutorado de aluno do grupo LEBm. O professor Holzapfel (Institute of Biomechanics of the Technische Universität Graz (TUGraz) – Austria) é reconhecido com um dos maiores pesquisadores da atualidade na área de biomecânica de tecidos biológicos e está atuando em cooperação com o Professor Alberto Fancello (GRANTE e LEBm) na tese do M. Misael Dalbosco entitulada “Multiscale numerical investigation on the pathogenesis of abdominal aortic aneurysms “. A defesa contou ainda com a participação dos Professores Rogério Marczak (UFRGS) e Pablo Blanco (LNCC), tendo sido presidida pelo Prof. Rodrigo Roesler, coordenador do LEBm/UFSC. O principal objetivo da pesquisa é: fornecer uma melhor compreensão da patogênese (ou seja, formação e progressão) dos aneurismas da aorta abdominal (AAAs) para apoiar o desenvolvimento de critérios mais refinados para intervenção cirúrgica
