Liga metálica superelástica pode substituir ossos humanos com vantagens

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/05/2022

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.

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 (entre 10 e 30 GPa), 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.

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