Desenvolvimento de superfícies de ligas de titânio oxidadas anodicamente, modificadas com laser femtosegundo e resistentes à fadiga

• Processo: 13/06258-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2013
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2016
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica
• Pesquisador responsável: Claudemiro Bolfarini
• Beneficiário: Diego Pedreira de Oliveira
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Biomateriais Resistência à fadiga Ósseointegração Ligas de titânio
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biomateirais | laser femtosegunto | ligas de titânio | modificação superficial | osseointegração | Resistência à fadiga | Biomateriais

Resumo

A modificação de superfície de implantes visando sua osseointegração é um tema atual e permeia diversas áreas de pesquisa. Trata-se, portanto, de um grande desafio a obtenção de superfícies que garantam a fixação assintomática do material junto ao paciente em pouco tempo de pós-operatório. Vários métodos físicos, químicos e metalúrgicos são utilizados nas pesquisas para realizar de forma confiável, reprodutiva e efetiva essa modificação. Na indústria de materiais para implantes ortopédicos o estado da arte é representado pela utilização do processo de plasma spray, utilizado para recobrir os componentes implantáveis com titânio puro e com hidroxiapatita. Mais recentemente vem se pesquisando fortemente o processo a laser, que permite maior flexibilidade e maior reprodutibilidade, além de produzir superfícies nanoestruturadas, que aceleram o processo de osseointegração. Todos esses processos têm em comum, no entanto, o efeito de reduzir a vida em fadiga dos componentes, o que pode levar a fratura prematura dos implantes. A idéia desse projeto visa produzir uma superfície altamente osseointegrável e que simultaneamente mantenha a vida em fadiga dos implantes. É baseada em produzir uma superfície polida, que será primeiramente modificada com crescimento de um óxido anodicamente. Estudos de nosso grupo de pesquisa mostraram que este tipo de modificação não altera a vida em fadiga do material, pelo contrário, pode até aumentá-la pela introdução de tensões residuais compressivas na superfície do implante. Como essa superfície não garante as melhores características de osseointegração, o óxido anódico formado será modificado na seqüência do processo de modificação através da irradiação a laser de femtosegundo. Com isso tem-se a expectativa que a modificação fique restrita ao óxido anódico formado e não afete o material do substrato, principal causa da redução de vida em fadiga observada nos outros processos. Essa idéia é original e não tem ainda referências na literatura técnica.Desta forma, a aplicação de laser sobre o óxido crescido anodicamente na superfície do Ti c.p. e das ligas Ti-6Al-4V e Ti-6Al-7Nb buscaria formar estruturas nanométricas que possibilitasse a osteocondução a partir da expressão gênica dos osteoblastos. O processo de crescimento do óxido pode ser realizado por anodização em solução tampão de fosfato e em seguida o óxido pode ser modificado com laser com duração de pulso na ordem de 500 fentosegundos (laser ultrarápido). Utilizando essa metodologia pretende-se garantir a resistência a fadiga do material através da formação do filme de óxido na forma alotrópica anatásio e modificar esse filme por irradiação a laser com intuito de formar estruturas nanométricas na superfície e potencializar os efeitos dos osteoblastos.A estrutura obtida será analisada por microscopia eletrônica de varredura para verificar a morfologia de superfície, as características de superfície de interesse passaram por avaliação quanto à resistência em fadiga. Os melhores resultados serão submetidos a análises de osteocondução com ensaios in vitro utilizando osteoblastos humanos.Em suma, o objetivo é encontrar uma superfície altamente osseointegrável e que mantenha as propriedades em fadiga semelhantes às encontradas em superfícies polidas ou oxidadas anodicamente.

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DE OLIVEIRA, DIEGO PEDREIRA; TONIATO, TATIANE VENTUROTT; RICCI, RITCHELLI; MARCIANO, FERNANDA ROBERTA; PROKOFIEV, EGOR; VALIEV, RUSLAN Z.; LOBO, ANDERSON OLIVEIRA; JORGE JUNIOR, ALBERTO MOREIRA. Biological response of chemically treated surface of the ultrafine-grained Ti-6Al-7Nb alloy for biomedical applications. INTERNATIONAL JOURNAL OF NANOMEDICINE, v. 14, p. 1725-1736, 2019. (13/06258-0)

DE OLIVEIRA, DIEGO PEDREIRA; MICOCCI, KELLI CRISTINA; ALMEIDA, GUSTAVO FORESTO BRITO DE; OTUKA, ADRIANO JOSE GALVANI; MENDONCA, CLEBER RENATO; SELISTRE-DE-ARAUJO, HELOISA SOBREIRO; BOLFARINI, CLAUDEMIRO. Comparison of hydrophilic and hydrophobic nano topographic surfaces of titanium alloys on pre-osteoblastic cell interaction. BIOMEDICAL PHYSICS & ENGINEERING EXPRESS, v. 9, n. 4, p. 12-pg., 2023-07-01. (11/12399-0, 13/06258-0)