Produção e caracterização de um biocompósito de aço inox 316L com β-TCP utilizando a técnica de gradação funcional (FGM)

Abstract

A incessante busca pela melhoria da qualidade e expectativa de vida da população de modo geral tem despertado cada vez mais o interesse de pesquisadores, com relação ao aperfeiçoamento e otimização dos biomateriais já existentes no mercado. O aço inoxidável 316L é um dos biomateriais metálicos mais utilizados no mundo para a fabricação de implantes ortopédicos, principalmente pelo sistema único de saúde brasileiro (SUS), devido a sua bioinércia, boa resistência mecânica e relativo baixo custo se comparado as ligas de titânio. Em contrapartida, este material pode apresentar rejeição após determinado tempo de implantação (em média 10 anos), o que gera grande transtorno ao paciente. As cerâmicas a base de fosfato de cálcio, mais especificamente o beta fosfato tricálcico (β-TCP), são amplamente utilizadas para reparação óssea devido a suas altas propriedades osteocondutoras e osteoindutoras. Porém, estas cerâmicas apresentam baixa resistência mecânica, o que limita seu uso na forma monolítica. Desta forma, esta pesquisa busca melhorar as características biológicas da superfície do aço inoxidável 316L associando-o à cerâmica de β-TCP pela técnica de gradação funcional (FGM), confeccionando assim um compósito inovador para possível aplicação na área ortopédica (em pinos de fixação óssea). A melhor osteointegração que pode ser obtida com esta rota se deve à transição gradual das camadas de material, que simulam as condições naturais do osso. Para a confecção do biocompósito aço inox 316L/β-TCP, o β-TCP foi obtido através de reação no estado sólido utilizando pós de carbonato de cálcio e fosfato de cálcio. Em seguida, os materiais precursores foram analisados microestruturalmente por microscopia eletrônica de varredura, granulometria a laser e difração de raios x. A determinação da temperatura ideal de sinterização (1000 ou 1100 ºC) foi realizada por análise microestrutural (microscopia óptica e porosidade) e mecânica (microdureza e resistência à compressão) em amostras de aço inoxidável 316L e β-TCP puros. As composições mistas utilizadas na confecção do compósito FGM foram definidas com graduação de 20 em 20 %. Estas foram homogeneizadas em moinho planetário de alta energia, prensadas uniaxialmente, sinterizadas e analisadas microestruturalmente (por microscopia óptica e porosidade) e mecanicamente (por microdureza e resistência a compressão). Os resultados obtidos indicam que a melhor temperatura de sinterização encontrada nos testes foi de 1100 ºC, tanto para o aço inoxidável 316L quanto para o β-TCP puros, pois apresentou melhores condições microestruturais e mecânicas. De forma geral, foi observado que quando se reduz o teor de aço inoxidável 316L das composições, os valores de densidade, porosidade e propriedades mecânicas também diminuem gradativamente. Da mesma forma que para as composições puras, para as composições mistas e para o compósito FGM, a prensagem e sinterização ocorreram de forma eficiente, sendo os resultados microestruturais e mecânicos condizentes com os materiais precursores puros e com a literatura. Com relação à molhabilidade e a hemocompatibilidade, as composições individuais e o compósito FGM demonstraram comportamento hidrofílico e alta hemocompatibilidade. Isto indica que a produção destes materiais via metalurgia do pó não gera contaminações que venham a comprometer ou inviabilizar o uso desta técnica para fins biológicos.