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Influência de modificações superficiais na bioatividade e (tribo)corrosão de ligas beta de Ti-Nb-(Zr) de baixo módulo de elasticidade para aplicação como implantes

Processo: 21/03865-9
Modalidade de apoio:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de fevereiro de 2022
Situação:Interrompido
Área do conhecimento:Interdisciplinar
Pesquisador responsável:Conrado Ramos Moreira Afonso
Beneficiário:Mariana Correa Rossi
Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:18/18293-8 - Ligas de titânio: transformações de fases e manufatura aditiva aplicadas na obtenção de materiais com gradientes funcionais, AP.TEM
Bolsa(s) vinculada(s):23/04654-7 - Estudo tribológico e de liberação iônica de ligas beta de Ti de baixo módulo de elasticidade modificadas por anodização e MAO, BE.EP.PD
Assunto(s):Anodização   Módulo de elasticidade
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:anodização | Corrosão e tribocorrosão | Ligas beta-Ti para implantes | Modificações superficiais | Módulo de Elasticidade | Oxidação por plasma eletrolítico | Ligas beta de titânio para implantes

Resumo

Objetiva-se comparar duas rotas de modificação de superfície de ligas de titânio do tipo beta (Ti-Nb-(Zr), a fim de melhorar as propriedades eletroqupimicas e biológicas para melhor aceite no setor biomédico. As ligas de Ti-Nb-(Zr), obtidas por fusão, serão modificadas superficialmente pelas técnicas de anodização e por oxidação por plasma eletrolítico (PEO). A modificação por PEO será realizada por uma solução eletrolítica com 0,1% de fluoreto de sódio (NaF) e outros produtos à base de Ca e P. O tratamento será realizado em 25A/dm2. Já a anodização, será utilizado um eletrólito a base de NH4F+Glicerol+H2O. Será utilizada uma célula eletrolítica contendo dois eletrodos, contendo um fio de platina que agirá como o cátodo e as ligas agirão como ânodo. Será aplicado um potencial de 20 V por 6h, para a formação dos óxidos metálicos. Um difratômetro de raios X, será usado para a quantificação e identificação das fases presentes, pelo método do ângulo rasante. A fim de confirmar e distinguir os tipos de óxidos formados pelos tratamentos superficiais e também a sua composição elementar, será utilizado um espectroscópio de fotoelétrons de raios X. Na caracterização microestrutural das modificações superficiais, será utilizado MEV, acoplado com EDS e MET. A molhabilidade das superfícies será investigada por medidas do ângulo de contato, e sua rugosidade pelas técnicas de microscopia de força atômica e por um perfilômetro. A resistência a corrosão será estudada com o auxílio de um potenciostato/galvanostato, sendo investigada em duas soluções que simulam o fluido corpóreo (solução Ringer Hartmann e HANK), à 37ºC. O comportamento tribocorrosivo será investigado, utilizando uma esfera de alumina de 4 mm de diâmetro, com uma frequência de oscilação de 1Hz por 1600 ciclos. Os eletrólitos utilizados serão os mesmos testados no ensaio de corrosão. Ao final do experimento, as superfícies serão avaliadas por um MEV-EDS e o volume do desgaste será determinado pelo perfilômetro. Os ensaios de bioatividade e biocompatibilidade serão realizados nos materiais que apresentarem maior resistência a corrosão e a tribocorrosão. No ensaio de bioatividade, será empregada uma solução de composição iônica que simula o fluido corpóreo (SBF). Esta solução junto com os materiais serão mantidos incubados à 37ºC e a formação da camada de apatita será estudada nos tempos 7, 14 e 28 dias com o auxílio de um microscópio eletrônico de varredura com emissão de campo criogênico (crio-FESEM). O efeito biológico, como a biocompatibilidade, avaliação da adesão celular, bem como os padrões de morfologia celular serão investigados, utilizando células-tronco mesenquimais (CTMs) depositadas na superfície das ligas e serão mantidas por 24 h incubados em condições ideais de cultivo. Em seguida, as características biológicas celulares serão estudadas através do MEV-EDX. O processo de diferenciação osteogênico das CTMs, se dará pelo ensaio de mineralização celular, marcando-se depósitos de cálcio formados corados com vermelho de alizarina. As CTMs serão semeadas nas superfícies das ligas e mantidas em cultivo por até 21 dias, recebendo meio de cultivo com moléculas que induzem o processo osteogênico. Após este tempo e coradas, serão avaliadas por MEV-EDX, a fim de confirmar os depósitos de cálcio, como também mudança em sua morfologia, que comprovará a sua diferenciação em células ósseas. Espera-se que estas modificações promovam melhorias frente a corrosão e a tribocorrosão e que permitam melhor aderência celular e estímulo para a sua proliferação e diferenciação osteogênica.

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Publicações científicas (6)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
OTTANI, VINICIUS C.; PEREIRA, MARIANA S.; ARRUDA, MATHEUS S. T.; ROSSI, MARIANA C.; AFONSO, CONRADO R. M.. Influence of Alloying Elements and Solution Heat Treatment on Microstructure and Microhardness of the Ni-Nb-M System (M = Al, Ti, Cr, Fe). MATERIALS RESEARCH-IBERO-AMERICAN JOURNAL OF MATERIALS, v. 26, p. 9-pg., . (21/03865-9, 20/06392-1)
ROMERO-RESENDIZ, L.; EL-TAHAWY, M.; ZHANG, T.; ROSSI, M. C.; MARULANDA-CARDONA, D. M.; YANG, T.; AMIGO-BORRAS, V.; HUANG, Y.; MIRZADEH, H.; BEYERLEIN, I. J.; et al. Heterostructured stainless steel: Properties, current trends, and future perspectives. MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING R-REPORTS, v. 150, p. 55-pg., . (21/03865-9)
DOS SANTOS, RAFAEL FORMENTON; ROSSI, MARIANA CORREA; VIDILLI, ANDRE LUIZ; BORRAS, VICENTE AMIGO; AFONSO, CONRADO RAMOS MOREIRA. Assessment of b stabilizers additions on microstructure and properties of as-cast b Ti-Nb based alloys. JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH AND TECHNOLOGY-JMR&T, v. 22, p. 14-pg., . (18/18293-8, 21/11537-1, 21/03865-9)
GOUVEA, EBER DE SANTI; ROSSI, MARIANA CORREA; ESCUDER, ANGEL VICENTE; AFONSO, CONRADO RAMOS MOREIRA; BORRAS, VICENTE AMIGO. Relation between Mechanical Milling Parameters in Phase Transformation and Oxygen Content in Ti-Nb-Mo Powders for Posterior Sintering. METALS, v. 12, n. 8, p. 19-pg., . (21/03865-9)
KURODA, PEDRO A. B.; DOS SANTOS, RAFAEL F. M.; ROSSI, MARIANA C.; CORREA, DIEGO R. N.; GRANDINI, CARLOS R.; AFONSO, CONRADO R. M.. Influence of Zr addition in β Ti-25Ta-xZr alloys on oxide formation by MAO-treatment. VACUUM, v. 217, p. 12-pg., . (21/03865-9, 18/18293-8, 19/26517-6)
ROMERO-RESENDIZ, L.; ROSSI, M. C.; SEGUI-ESQUEMBRE, C.; AMIGO-BORRAS, V. Development of a porous Ti-35Nb-5In alloy with low elastic modulus for biomedical implants. JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH AND TECHNOLOGY-JMR&T, v. 22, p. 14-pg., . (18/18293-8, 21/03865-9)

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