LIGAS DO SISTEMA Ti-Nb-Si PARA APLICAÇÕES BIOMÉDICAS

MONOGRAFIA

LIGAS DO SISTEMA Ti-Nb-Si PARA APLICAÇÕES BIOMÉDICAS

Área de Concentração: Ciência e Tecnologia de Materiais

Linhas de Pesquisa:

( X ) DESENVOLVIMENTO DE MATERIAIS E LIGAS METÁLICAS

(     ) POLÍMEROS, BLENDAS E SEUS COMPÓSITOS

(     ) CERÂMICAS E SEUS COMPÓSITOS;

Curso:                                                        Período do curso: 1

( X ) MESTRADO 

(     ) DOUTORADO

DISCENTE: KÉSIA FILADÉLFIA DIONÍZIO SILVA

ORIENTADOR: WILTON WALTER BATISTA

CO-ORIENTADOR: A DEFINIR

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1. INTRODUÇÃO

Nos últimos anos, o uso de materiais metálicos na ortopedia tem sido bastante explorado no processo de restauração de funções comprometidas no sistema biológico. O interesse por estudos que consigam desenvolver e aperfeiçoar materias que apresentem melhor desempenho nos implantes ortopédicos tem crescido consideravelmente. A vida útil dos implantes é um fator importante, uma vez que a expectativa de vida da população vem aumentando e os riscos de acidentes e doenças relacionadas a problemas ósseos também seguem em crescimento (GEETHA, et al., 2009; RACK & QAZI, 2006; HSU et al., 2014).

Os materiais metálicos utilizados em implantes ortopédicos devem atender a alguns critérios como, por exemplo, a biocompatibilidade, boa resistência mecânica, elevada resistência à corrosão e baixo módulo de elasticidade (GEETHA et al., 2009).  Em termos gerais, as ligas de Ti são as mais promissoras para essa aplicação biomédica, pois quando comparadas a outros materiais metálicos como o aço inoxidável e ligas de Co-Cr as ligas de Ti apresentam maior biocompatibilidade, maior resistência à corrosão, menor módulo de elasticidade e, além disso, não são nocivas ao corpo humano (QIAL e GUO, 2010).

Dentre os requisitos exigidos para a seleção dos materiais para implantes, o baixo módulo de elasticidade merece atenção, uma vez que o módulo de elasticidade do corpo humano é baixo e o material deve ter valores aproximados (KIM et al., 2007). Nesse sentido, as ligas do sistema Ti-Nb-Si apresentam resultados promissores (KIM et al., 2006).

     

     Palavras-Chave: ligas de Ti-Nb-Si, biomateriais, implantes ortopédicos, módulo de elasticidade.

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

1. Biomateriais Ortopédicos

Biomateriais são substâncias ou misturas utilizadas para um processo de restauração de partes danificadas do corpo humano. Os biomateriais ortopédicos utilizados para a fixação de fratura óssea ou para substituição de tecidos duros podem ser de metais, polímeros, cerâmicos ou compósitos. O material escolhido depende da necessidade da aplicação (TURRER e FERREIRA, 2007).

Atualmente a medicina é provida de diversos tipos de produtos para implantes ortopédicos, tais como placas, pinos, parafusos e próteses. Porém, ainda há buscas por materiais que apresentem vida útil longa para uma boa durabilidade dos implantes, pois a cirurgia de revisão é bastante complicada e uma grande parte das pessoas necessitará de cirurgias de revisão. RACK e QAZI (2006) afirmam que a durabilidade dos implantes é cerca de 12 ou 15 anos e em média 30% das pessoas que se submetem a implantes ortopédicos tem idade inferior a 65 anos, ou seja, com o crescimento da expectativa de vida há, também, o crescimento da necessidade de cirurgia de revisão.

A história dos biomateriais preparados para implantes ortopédicos começa com os aços inoxidáveis em 1926 sendo um avanço nas tentativas de restauração de fraturas ósseas. Com o passar do tempo percebeu-se uma limitação das ligas de aço inoxidável relacionada ao desgaste causado pela fricção demasiada (RATNER et al., 2004). A história das aplicações de biomateriais segue com a substituição dos aços inoxidáveis pelas ligas de Co-Cr e próteses com o componente acetabular de polietileno (SOUZA, 2008).

A figura 1 mostra a prótese que possui maior aplicação na ortopedia nos últimos anos. Essa prótese é composta de uma haste de metal que é inserida no fêmur, uma cabeça de cerâmica ou metal e um acetábulo de polímero preso ao quadril e é utilizada na substituição total da articulação do quadril. (ALEIXO, 2009).

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Figura 1. Prótese de substituição total de articulação do quadril (ALEIXO, 2009).

1.  Propriedades dos Materiais Utilizados em Implantes Ortopédicos

Para que um material seja escolhido para implantes é necessário que este passe por uma seleção e se os requisitos forem atendidos, então poderá ser utilizado. A seleção deve ser a mais adequada possível levando em consideração ao projeto de aplicação, a fim de que o material escolhido seja apropriado em termos de desempenhar a função a que se destina (ABDEL-HADY et al., 2006).

Nesse sentido, a eficácia de um implante ortopédico mostra-se diretamente ligada as propriedades e alguns requisitos dos materiais utilizados como, por exemplo, a biocompatibilidade, resistência a corrosão, boa resistência mecânica, processabilidade e módulo de elasticidade (GEETHA et al., 2009; ABDEL-HADY e NIINOMI, 2013):

• Biocompatibilidade: O material deve apresentar uma interação apropriada com os tecidos e células. Esse fator está relacionado à composição química e à superfície do biomaterial, pois na interação implante/corpo os materiais precisam ser não tóxicos para não causar nenhum tipo de reação alérgica.
• Resistência a corrosão: Os fluidos corporais podem causar a corrosão dos materias metálicos, o que diminue a vida útil da prótese e causa a liberação de íons metálicos que podem ser acumulados no corpo humano.
• Propriedades mecânicas: As propriedades mecânicas como dureza e resistência a tração são importantes na seleção de um material para implantes. A prótese do implante fica sob uma força que o peso do indivíduo exerce e o material fica, igualmente ao osso, sujeito a esforços do tipo de tração, compressão, flexão e torção, por isso é preciso que apresentem elevada resistência mecânica.
• Processabilidade: Os materias precisam ser submetidos a deformações plásticas para ganharem o molde desejado.
• Módulo de elasticidade: O módulo de elasticidade dos materiais é um dos requisitos mais importantes para a eficácia de um implante. De acordo com CALLISTER (2008) ele é uma medida da rigidez de um material e da força de suas ligações químicas. Para que seja considerado um bom módulo de elasticidade é necessário que o seu valor seja aproximado do módulo do osso. Segundo HANADA (2005), o módulo do osso tem o valor de 10 – 30 GPa. Se o módulo do material tiver valor diferente do osso haverá uma má distribuição de esforços no implante podendo tornar o osso mais frágil. RACK e QAZI (2006) afirmam que esse processo causa o afrouxamento do implante e por isso a necessidade das cirurgias de revisão.

1. Ligas de Titânio

O titânio é classificado como um metal de transição da tabela periódica com número a atômico 22 e massa atômica 47,8 g/mol. A partir da segunda guerra mundial seu interesse vem crescendo para diversas aplicações devido a um conjunto de favoráveis propriedades como boa resistência mecanica, excelente resistência a corrosão, boa conformalidade, elevada relação resistência-peso (ORÉFICE et al., 2012).