LIGAS DO SISTEMA Ti-Nb-Si PARA APLICAÇÕES BIOMÉDICAS

...

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).

[pic 2]

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

- 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.

- 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).

Nas aplicações biomédicas o titânio passou a ser utilizado depois da limitação observada nas ligas de Co-Cr devido seu alto módulo de elasticidade (240 GPa), enquanto que o titântio apresenta módulo de 100 GPa. Com a intensão de baixar ainda mais o módulo de elasticidade as ligas de titantio passaram a ser bastante exploradas para implantes ortopéticos (GRIZA et al., 2014).

Em sua forma pura, o titânio apresenta uma caracteristica importante que é a sua transformação alotrópica, ou seja, transição de fases que ele sofre quando submetido a temperaturas elevadas. Na temperatura 882 °C, chamada de β-transus, acontece a transformação do titânio, onde passa de sua forma hexagonal compacta (HC) chamada de fase α para a fase β que tem estrutura cúbica de corpo centrado (CCC) e permanece estável até a temperatura de 1680 °C. Na figura 2 é mostrada as células unitárias referentes as fases α e β do titânio e seus planos preferenciais de deslizamento (BANERJEE & WILLIAMS, 2013).

[pic 3][pic 4]

Figura 2. Células unitárias das fases α e β do titânio e seus planos de deslizamento (BANERJEE & WILLIAMS, 2013).

A temperatura β-transus é significativamente modificada pela adição de elementos de liga. Essa modificação pode ser no sentido de diminuir ou aumentar a temperatura β-transus, Os elementos que aumentam a transformação alotrópica quando adicionados ao titânio são chamados de α-estabilizadores. Os elementos que diminuem a temperatura alotrópica são chamados de β-estabilizadores (figura 3) (BANERJEE & WILLIAMS, 2013; PETERS et al., 2003).[pic 5]

[pic 6]

[pic 7]

Figura 3. Diagramas de fases: Ligas de Titânio (PETERES et al., 2003).

Os elementos α-estabilizadores aumentam a temperatura β-transus e provocam uma ampliação do campo da fase α. Os elementos β-estabilizadores possibilitam a obtenção da fase β em temperaturas mais baixas podendo chegar a temperatura ambiente, eles são divididos em β-isomorfos e β-eutetóides. A Tabela 1 apresentada os elementos que mais se destacam em cada caso (LUTJERING e WILLIAMS, 2007; SOUZA, 2008).

Tabela 1. Elementos α e β estabilizadores das ligas de titânio (Adaptado de LUTJERING e WILLIAMS, 2007).[pic 8][pic 9]

[pic 10]

β-isomorfos

β-eutetóides

Alumínio (Al)

Vanádio (V)

Ferro (Fe)

Carbono (C)

Molibdênio (Mo)

Cromo (Cr)

Oxigênio (O)

Tântalo (Ta)