Modelagem multiescala e otimização de implantes ósseos fabricados por manufatura aditiva de material compósito utilizando o método dos elementos de contorno e dinâmica molecular

Resumo

Implantes ósseos são convencionalmente feitos de materiais metálicos, como aço inoxidável e ligas de titânio, devido à sua capacidade satisfatória de suportar cargas mecânicas e resistência à corrosão. Entretanto, a incompatibilidade entre as propriedades mecânicas do osso e do implante metálico pode provocar a blindagem de tensão nos tecidos ósseos adjacentes e, como consequência, conduzir a um quadro de reabsorção do osso e eventual folga ou falha do implante. Os implantes metálicos podem ainda apresentar outros problemas, como a liberação de íons metálicos nocivos, reações inflamatórias e incompatibilidade com exames de ressonância magnética. O uso de materiais compósitos é atraente em virtude da excelente relação entre resistência mecânica e peso que apresentam e da possibilidade de ajustar suas propriedades para atender a requisitos específicos do projeto. Além disso, técnicas de manufatura aditiva de material compósito podem ser utilizadas para produzir geometrias complexas de forma rápida e precisa. No entanto, a aplicação dessas técnicas na fabricação de implantes ósseos ainda é um campo de pesquisa completamente novo. Este trabalho utilizará uma nova abordagem multiescala para investigar o comportamento termomecânico de implantes fabricados por manufatura aditiva de material compósito. Os modelos resultantes abrangerão as escalas contínua e atomística aplicando, respectivamente, o método dos elementos de contorno e dinâmica molecular. Nosso principal objetivo é otimizar implantes ósseos para reproduzir as propriedades do tecido receptor, melhorando a biocompatibilidade, reduzindo a blindagem de tensão e minimizando o desconforto do paciente. A geometria e as propriedades mecânicas do osso hospedeiro serão extraídas a partir de imagens de tomografia computadorizada. (AU)