Desenvolvimento e produção de liga refratária de alta entropia para aplicação em implantes: propriedades mecânicas, modificação da superfície, bioatividade e comportamento de corrosão

• Processo: 21/06546-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Vigência (Início): 01 de março de 2022
• Vigência (Término): 28 de fevereiro de 2023
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
• Pesquisador responsável: Alberto Moreira Jorge Junior
• Beneficiário: Alberto Moreira Jorge Junior
• Pesquisador Anfitrião: Roche Virginie
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Local de pesquisa: Université Grenoble Alpes (UGA), França
• Assunto(s): Bioatividade Próteses e implantes Ligas de alta entropia Propriedades mecânicas Biomateriais
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bioatividade | implantes | Ligas de Alta Entropia | Modificação de superfície | Propriedades de Corrosão | Propriedades mecânicas | Biomateriais

Resumo

Os implantes convencionais têm um desempenho satisfatório em muitos casos, porém, devido sua característica inerte, não há uma interação satisfatória ao corpo, as causas frequentes são: infecções, inflamações, respostas alérgicas e de necrose, podendo levar à rejeição do dispositivo. Três importantes requisitos devem ser considerados para a correta uma interação: 1) Minimizar o stress shielding, que é devido à incompatibilidade dos módulos de Young (E) entre o implante e o osso; 2) biocompatibilidade e a ausência de componentes tóxicos, tais como V, Al, Ni, Cu, etc; e 3) ajuste da bio-atividade e taxas de corrosão, já que há uma contradição entre propriedades anticorrosivas e bioatividade aceitável para materiais implantados. Assim, urge desenvolver uma nova geração de dispositivos ortopédicos com crescente caráter biológico que se integrem facilmente no corpo, promovendo a osseointegração e que limitem os fenômenos de rejeição. Assim, para resolver as questões acima, aqui serão propostas duas abordagens: 1) Desenvolvimento e produção de ligas de alta entropia (HEA) para esta aplicação. Ligas de titânio têm sido amplamente utilizadas como biomateriais para implantes corporais tais como articulações dos quadris, implantes dentários e dispositivos médicos devido à sua excelente resistência à corrosão, elevado limite de elasticidade e boa ductilidade. No entanto, muitos dos implantes à base de ligas de Ti comercialmente utilizados exibem modulo de Young consideravelmente alto comparado a ossos humanos e o efeito de "stress shielding" resultante leva à reabsorção óssea. O módulo de Young para ligas convencionais elaboradas a partir de um elemento principal é controlado principalmente pelo elemento dominante, ex: módulo de Young de ligas à base de Fe é de ~200 GPa, de ligas à base de Ti é de ~110 Gpa e ligas à base de alumínio é de ~70 GPa. Em contraste, para as HEAs, o módulo pode ser muito diferente de qualquer um dos elementos constituintes nas ligas, cobrindo uma ampla faixa de valores. Esta observação pode indicar que os módulos de Young das HEAs pode ser mais facilmente ajustados que as ligas convencionais. 2) A primeira abordagem pode resolver os problemas de "stress-shielding" e de compatibilidade. No entanto, como mencionado anteriormente, tanto a bio-atividade quanto as taxas de corrosão devem ser ajustadas. Assim, o método mais adequado para melhorar o desempenho biológico dos materiais é a de modificar a sua superfície, a fim de melhorar a sua interação com o corpo. Isto pode ser feito a partir do crescimento de nanotubos pelo processo de deposição eletrolítica e por tratamentos ácidos da superfície. Processos intermediários e subsequentes como preparação da superfície, tratamentos químicos, crescimento ou deposição de outras fases podem ampliar as possibilidades de modificação das superfícies. A comparação entre a liga com superfície modificada e a liga não modificada atestará a eficiência das modificações superficiais feitas no comportamento bioativo da liga. A proposta tem como objetivo utilizar as instalações e conhecimentos especializados dos investigadores do Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces, LEPMI, em estreita colaboração com o Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés, SIMAP, que são Departamentos da Universidade de Grenoble Alpes, do Institut National Polytechnique de Grenoble, e também associados à Université Joseh Fourier. A pesquisa abrangerá a cooperação já histórica e sustentável entre estes dois departamentos. O LEPMI que tem forte conhecimento nas áreas de eletroquímica e caracterização e uma vasta experiência em modificação de superfícies receberá o pesquisador, que será supervisionado pela Profa. Virginie Roche. O SIMAP que tem reconhecida experiência no campo do design inovador de ligas e no estudo de suas propriedades mecânicas e tribológicas dará suporte no design e preparação de HEAs através da supervisão do Prof. Yannick Champion. (AU)

Publicações científicas

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(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)

BATALHA, WEVERSON C.; ROCHE, VIRGINIE; CHAMPION, YANNICK; MANTEL, MARC; VERDIER, MARC; MARTIN, VINCENT; KIMINAMI, CLAUDIO S.; JUNIOR, ALBERTO M. JORGE. Newly-developed pseudo-high entropy amorphous alloys: Structure/microstructure evolution, mechanical and corrosion properties. Journal of Non-Crystalline Solids, v. 613, p. 16-pg., 2023-04-29. (13/05987-8, 21/06546-1)

UCHOA, JOSE D.; SANTANA, MOISES, V; RODRIGUES, MARIA VERONICA G.; JORGE JUNIOR, ALBERTO M.; PESSOA, RODRIGO S.; VIANA, BARTOLOMEU C.; STOCCO, THIAGO; VEGA, MARIA LETICIA; DO PRADO, RENATA FALCHETE; DE VASCONCELLOS, LUANA MAROTTA REIS; et al. Optimizing surface properties of Ti13Nb13Zr alloy substrate for biomedical applications through modification with nano-alumina obtained by atomic layer deposition and hydroxyapatite coatings. SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, v. 468, p. 10-pg., 2023-06-28. (21/06546-1)

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