Pesquisa busca aprimorar fabricação de próteses de titânio

Alessandra Ribeiro – Revista Minas Faz Ciência 76 - 07-01-2021
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Quarto metal estrutural mais abundante na terra, o titânio adquire propriedades anticorrosivas e grande resistência mecânica, comparável à do aço, quando combinado ao alumínio e ao nióbio. Versátil, a liga pode ser usada na fabricação de turbinas para aviões supersônicos e, também, em implantes dentários e outras próteses humanas

Nas últimas décadas, o material tem sido amplamente empregado na substituição de ossos do quadril e do joelho, em casos cirúrgicos de osteoartrose – também conhecida como artrose, a degradação do tecido elástico que recobre as extremidades ósseas e amortece os impactos. 

As próteses não são meras réplicas do osso na aparência física, mas, também, nas propriedades biológicas e mecânicas, explica Lincoln Cardoso Brandão, doutor em Engenharia Mecânica e coordenador do Centro de Inovação em Manufatura Sustentável (Cims) da Universidade Federal de São João Del Rei (UFSJ). 

“A busca para conseguir material biocompatível, apto a atuar como prótese, sempre foi um grande desafio. O desenvolvimento de ossos artificiais, por exemplo, exige o uso de materiais metálicos, ou não, que apresentem as condições de resistência do tecido ósseo natural”, diz. 

Brandão pesquisa, com o apoio da FAPEMIG, processos empregados na fabricação das próteses e dos implantes dentários tradicionais, tais como torneamento, fresamento e rosqueamento.

Diferenças

 O torneamento é um dos processos de fabricação mais usados em diversos segmentos industriais: a peça a ser fabricada se movimenta em torno do eixo fixo de uma máquina e, simultaneamente, em torno de seu próprio eixo, enquanto uma ou mais ferramentas cortantes auxiliam a produção. 

O fresamento, por sua vez, consiste na retirada do excesso de metal da superfície de uma peça, com a finalidade de obter a forma e o acabamento deseja-o. Já o rosqueamento, resumidamente, é o processo de produção de roscas. As ligas de titânio são difíceis de ser usinadas, ou seja, trabalhadas nas máquinas para ganhar forma. A razão é que tendem a reagir quimicamente com o material das ferramentas de corte, e provocam, com isso, rápido desgaste do maquinário.

Além disso, o metal não é bom condutor térmico, o que aumenta o fluxo de calor na ferramenta durante a usinagem.  Assim, o aprimoramento dos processos de produção das próteses viabiliza a fabricação de peças com maior qualidade e menores custos de produção. 

Efeito corrosão

A pesquisa também abrangeu a reprodução, em laboratório, da reação da superfície das próteses a fluidos corporais sintéticos. “As várias formas das ligas de titânio usinadas são imersas em fluidos corporais artificiais, com o mesmo pH e a mesma temperatura interna do corpo humano. Dessa forma, é possível simular o efeito de corrosão”, detalha o pesquisador.

Durante a imersão, observa-se a criação de finas películas protetoras na superfície da liga metálica, sob o estímulo de corrente elétrica. O processo, denominado passivação na cinética eletroquímica, permite calcular a durabilidade da liga com base na medição da rugosidade apresentada. 

O estudo é focado em determinadas regiões das próteses e implantes inseridos no osso e que necessitam de maior atenção no processo de osseointegração.


Matéria publicada originalmente na edição 76 da revista Minas Faz Ciência. Confira a matéria na íntegra aqui