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

Processo: 19/25588-7
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de fevereiro de 2020
Vigência (Término): 31 de janeiro de 2021
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
Pesquisador responsável:Paulo Sollero
Beneficiário:Caio César Rocha Ramos
Instituição-sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais, AP.CEPID
Assunto(s):Modelagem em múltiplas escalas   Enxerto ósseo   Impressão tridimensional   Método dos elementos de contorno   Simulação de dinâmica molecular   Materiais compósitos   Teste de biocompatibilidade   Tomografia computadorizada

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)