Desenvolvimento de superfícies de ligas de titânio oxidadas anodicamente, modificadas com laser femtosegundo e resistentes à fadiga

Resumo

A modificação de superfície de implantes visando sua osseointegração é um tema atual e permeia diversas áreas de pesquisa. Trata-se, portanto, de um grande desafio a obtenção de superfícies que garantam a fixação assintomática do material junto ao paciente em pouco tempo de pós-operatório. Vários métodos físicos, químicos e metalúrgicos são utilizados nas pesquisas para realizar de forma confiável, reprodutiva e efetiva essa modificação. Na indústria de materiais para implantes ortopédicos o estado da arte é representado pela utilização do processo de plasma spray, utilizado para recobrir os componentes implantáveis com titânio puro e com hidroxiapatita. Mais recentemente vem se pesquisando fortemente o processo a laser, que permite maior flexibilidade e maior reprodutibilidade, além de produzir superfícies nanoestruturadas, que aceleram o processo de osseointegração. Todos esses processos têm em comum, no entanto, o efeito de reduzir a vida em fadiga dos componentes, o que pode levar a fratura prematura dos implantes. A idéia desse projeto visa produzir uma superfície altamente osseointegrável e que simultaneamente mantenha a vida em fadiga dos implantes. É baseada em produzir uma superfície polida, que será primeiramente modificada com crescimento de um óxido anodicamente. Estudos de nosso grupo de pesquisa mostraram que este tipo de modificação não altera a vida em fadiga do material, pelo contrário, pode até aumentá-la pela introdução de tensões residuais compressivas na superfície do implante. Como essa superfície não garante as melhores características de osseointegração, o óxido anódico formado será modificado na seqüência do processo de modificação através da irradiação a laser de femtosegundo. Com isso tem-se a expectativa que a modificação fique restrita ao óxido anódico formado e não afete o material do substrato, principal causa da redução de vida em fadiga observada nos outros processos. Essa idéia é original e não tem ainda referências na literatura técnica.Desta forma, a aplicação de laser sobre o óxido crescido anodicamente na superfície do Ti c.p. e das ligas Ti-6Al-4V e Ti-6Al-7Nb buscaria formar estruturas nanométricas que possibilitasse a osteocondução a partir da expressão gênica dos osteoblastos. O processo de crescimento do óxido pode ser realizado por anodização em solução tampão de fosfato e em seguida o óxido pode ser modificado com laser com duração de pulso na ordem de 500 fentosegundos (laser ultrarápido). Utilizando essa metodologia pretende-se garantir a resistência a fadiga do material através da formação do filme de óxido na forma alotrópica anatásio e modificar esse filme por irradiação a laser com intuito de formar estruturas nanométricas na superfície e potencializar os efeitos dos osteoblastos.A estrutura obtida será analisada por microscopia eletrônica de varredura para verificar a morfologia de superfície, as características de superfície de interesse passaram por avaliação quanto à resistência em fadiga. Os melhores resultados serão submetidos a análises de osteocondução com ensaios in vitro utilizando osteoblastos humanos.Em suma, o objetivo é encontrar uma superfície altamente osseointegrável e que mantenha as propriedades em fadiga semelhantes às encontradas em superfícies polidas ou oxidadas anodicamente.