Publicação
Multi-functional multi-material structures for orthopedic implants using laser-assisted strategies
| Resumo: | A artoplastia Total da Anca (ATA) é um procedimento largamente utilizado, que consiste na remoção e substituição da cabeça femoral e do acetábulo por uma prótese. Esta cirurgia pretende proporcionar ao paciente uma solução que restaure a funcionalidade da anca e a mobilidade sem dor. Nos últimos anos, o aumento do número de ATAs e cirurgias de revisão impulsionou a investigação de novas abordagens relativas ao design destas próteses. De todas as complicações que podem ocorrer após implantação, a principal causa de cirurgias de revisão está relacionada com a perda de fixação entre a prótese e o tecido ósseo circundante. A fraca adesão e osseointegração ao implante, a baixa resistência ao desgaste e a diferença entre os módulos de Young de implante e osso são as principais razões que levam à necessidade de recorrer a cirurgias de revisão. Idealmente, um implante deve exibir biocompatibilidade de modo a não causar reações adversas ao organismo; bioatividade para induzir uma resposta biológica para promover formação, proliferação e integração óssea e, ao mesmo tempo, exibir propriedades mecânicas adequadas, i.e., ter um módulo de elasticidade adequado ao osso e resistência à corrosão e desgaste in vivo. Neste sentido, esta tese de doutoramento foca-se no desenvolvimento de estruturas multi-funcionais multi-material com o intuito de superar os problemas acima referidos e assim aumentar a vida útil do implante. Para tal, estratégias de manufatura assistida por laser, nomeadamente ablação e fusão seletiva a laser, foram utilizadas para produzir soluções mono- e multi-material com multi-funcionalidade visando implantes de anca. Deste modo, foram produzidas soluções mono-material Ti6Al4V and NiTi, incluindo componentes estruturados ou superficialmente texturizados nos quais ainda foram incorporados novos materiais (fosfatos de cálcio ou PEEK). Esta abordagem visa adicionar novas funções a estes implantes ao introduzir conceitos como a bioatividade aliados a um desempenho mecânico e tribológico adequados. Estas soluções foram caracterizadas quanto ao seu desempenho bio-tribológico e interação biológica, demonstrando uma combinação de propriedades adequada para criar uma solução efetiva a longo prazo, de acordo com especificações locais. |
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| Autores principais: | Costa, Ana Mafalda Meneses |
| Assunto: | Fusão Seletiva a Laser Texturização Laser Prensagem Uniaxial a Quente Prensagem e Sinterização NiTi Ti6Al4V Fosfatos de Cálcio PEEK Implantes de Anca Multi-Material Selective Laser Melting Laser Surface Texturing Hot Pressing Press and Sintering Calcium Phosphates Hip Implants |
| Ano: | 2022 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | A artoplastia Total da Anca (ATA) é um procedimento largamente utilizado, que consiste na remoção e substituição da cabeça femoral e do acetábulo por uma prótese. Esta cirurgia pretende proporcionar ao paciente uma solução que restaure a funcionalidade da anca e a mobilidade sem dor. Nos últimos anos, o aumento do número de ATAs e cirurgias de revisão impulsionou a investigação de novas abordagens relativas ao design destas próteses. De todas as complicações que podem ocorrer após implantação, a principal causa de cirurgias de revisão está relacionada com a perda de fixação entre a prótese e o tecido ósseo circundante. A fraca adesão e osseointegração ao implante, a baixa resistência ao desgaste e a diferença entre os módulos de Young de implante e osso são as principais razões que levam à necessidade de recorrer a cirurgias de revisão. Idealmente, um implante deve exibir biocompatibilidade de modo a não causar reações adversas ao organismo; bioatividade para induzir uma resposta biológica para promover formação, proliferação e integração óssea e, ao mesmo tempo, exibir propriedades mecânicas adequadas, i.e., ter um módulo de elasticidade adequado ao osso e resistência à corrosão e desgaste in vivo. Neste sentido, esta tese de doutoramento foca-se no desenvolvimento de estruturas multi-funcionais multi-material com o intuito de superar os problemas acima referidos e assim aumentar a vida útil do implante. Para tal, estratégias de manufatura assistida por laser, nomeadamente ablação e fusão seletiva a laser, foram utilizadas para produzir soluções mono- e multi-material com multi-funcionalidade visando implantes de anca. Deste modo, foram produzidas soluções mono-material Ti6Al4V and NiTi, incluindo componentes estruturados ou superficialmente texturizados nos quais ainda foram incorporados novos materiais (fosfatos de cálcio ou PEEK). Esta abordagem visa adicionar novas funções a estes implantes ao introduzir conceitos como a bioatividade aliados a um desempenho mecânico e tribológico adequados. Estas soluções foram caracterizadas quanto ao seu desempenho bio-tribológico e interação biológica, demonstrando uma combinação de propriedades adequada para criar uma solução efetiva a longo prazo, de acordo com especificações locais. |
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