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Mecânica

Liga metálica superelástica pode substituir ossos humanos com vantagens

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/05/2022

Liga metálica superelástica pode substituir ossos humanos com vantagens
A resistência ao desgaste do material à base de cromo e cobalto surpreendeu os engenheiros.
[Imagem: Tohoku University]

Metais para implantes

Uma nova liga metálica à base de cromo e cobalto imita a flexibilidade dos ossos humanos e ainda possui excelente resistência ao desgaste.

Os metais são amplamente utilizados para substituir ou servir como suporte para os ossos danificados devido à sua resistência e ductilidade. No entanto, como consequência de sua força, sua flexibilidade diminui.

Essa eliminação mútua de propriedades é praticamente superada pelo novo biomaterial, o que o deixa com propriedades ideais para ser usado em implantes biomédicos, como próteses de quadril ou joelho e placas ósseas, aliviando problemas associados aos materiais convencionais de implante.

Até o momento, a maioria dos biomateriais metálicos são mais rígidos do que os ossos humanos, de modo que usá-los como implantes leva à atrofia óssea - uma condição em que a densidade óssea é reduzida devido a uma quebra na substância e na estrutura ósseas. Enquanto isso, biomateriais com flexibilidade elevada perdem sua resistência ao desgaste.

Existem também os materiais superelásticos, feitos de ligas de níquel e titânio (Ni-Ti), que são comumente usados em stents e fios ortodônticos. Eles apresentam uma alta flexibilidade e uma boa capacidade de recuperação da tensão, mas o níquel apresenta grande incidência de alergias, e as ligas sem níquel não conseguem alcançar a mesma superelasticidade.

Liga metálica superelástica pode substituir ossos humanos com vantagens
Várias amostras sintetizadas pela equipe, que conseguiu fazer cristais únicos de grandes dimensões.
[Imagem: Tohoku University]

Liga metálica que imita ossos

Takumi Odaira e seus colegas do Japão e da República Tcheca concentraram-se em diminuir o hiato do módulo de Young entre os implantes metálicos e os ossos humanos - quando um material é flexível, ele tem um baixo módulo de Young; quando ele é rígido, tem um módulo de Young alto.

"Como o módulo de Young depende da orientação do cristal, desenvolvemos cristais únicos com uma orientação cristalina específica," disse o professor Xiao Xu, da Universidade de Tohoku.

Usando uma técnica de tratamento térmico cíclico, a equipe preparou cristais únicos de tamanhos surpreendentemente grandes, com vários centímetros.

Uma das ligas desenvolvidas pela equipe, chamada CCAS (Co-Cr-Al-Si: cobalto, cromo, alumínio e silício) apresentou uma taxa de recuperação de deformação de 17%, o que é o dobro das ligas comerciais de memória de forma Ti-Ni. Além disso, o módulo de Young da CCAS é extremamente baixo, assemelhando-se à flexibilidade dos ossos humanos.

Sintetizados os cristais, a equipe agora irá se dedicar a aprimorar sua técnica, uma vez que eles acreditam ser possível alcançar propriedades ainda superiores. A médio prazo, eles esperam colocar no mercado um material biomédico de próxima geração, com propriedades superiores a tudo o que está disponível hoje.

Bibliografia:

Artigo: Flexible and Tough Superelastic Co-Cr Alloys for Biomedical Applications
Autores: Takumi Odaira, Sheng Xu, Kenji Hirata, Xiao Xu, Toshihiro Omori, Kosuke Ueki, Kyosuke Ueda, Takayuki Narushima, Makoto Nagasako, Stefanus Harjo, Takuro Kawasaki, Lucie Bodnárová, Petr Sedlák, Hanu Seiner, Ryosuke Kainuma
Revista: Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.202202305
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