O titânio é o metal perfeito para substituir peças do corpo humano

Mar 05, 2024

Professor de Engenharia Mecânica, Universidade Edith Cowan

Laichang Zhang recebe financiamento do Conselho Australiano de Pesquisa por meio de Projetos de Descoberta.

A Edith Cowan University fornece financiamento como membro da The Conversation AU.

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Para marcar o Ano Internacional da Tabela Periódica dos Elementos Químicos, vamos dar uma olhada em como os pesquisadores estudam alguns dos elementos em seu trabalho.

Hoje é o titânio, um metal conhecido pela sua resistência e leveza, por isso é ideal para substituir quadris, joelhos e outras partes do corpo, mas também é utilizado em outras indústrias.

O nome do titânio vem dos Titãs da mitologia grega antiga, mas este material totalmente moderno é adequado para uma enorme variedade de aplicações de alta tecnologia.

Com o símbolo químico Ti e um número atômico de 22, o titânio é um metal prateado valorizado por sua baixa densidade, alta resistência e resistência à corrosão.

Estudei titânio pela primeira vez através de um mestrado no Instituto de Pesquisa de Metais da Academia Chinesa de Ciências em 1999. Um dos meus projetos foi investigar a formação de ligas de titânio por suas características de alta resistência.

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Desde então, as aplicações deste metal cresceram exponencialmente, desde a sua utilização (como dióxido de titânio) em tintas, papel, pasta de dentes, protetores solares e cosméticos, até à sua utilização como liga em implantes biomédicos e inovações aeroespaciais.

Particularmente emocionante é o casamento perfeito entre o titânio e a impressão 3D.

Os materiais de titânio são caros e podem ser problemáticos quando se trata de tecnologias de processamento tradicionais. Por exemplo, seu alto ponto de fusão (1.670°C, muito superior ao das ligas de aço) é um desafio.

A precisão de custo relativamente baixo da impressão 3D é, portanto, uma virada de jogo para o titânio. A impressão 3D é onde um objeto é construído camada por camada e os designers podem criar formas incríveis.

Isso permite a produção de formas complexas, como peças de reposição de osso da mandíbula, calcanhar, quadril, implantes dentários ou placas de cranioplastia em cirurgia. Também pode ser usado para fabricar tacos de golfe e componentes de aeronaves.

A CSIRO está a trabalhar com a indústria para desenvolver novas tecnologias em impressão 3D utilizando titânio. (Até fez um dragão de titânio.)

Os avanços na impressão 3D estão abrindo novos caminhos para melhorar ainda mais a função de implantes corporais personalizados feitos de titânio.

Esses implantes podem ser projetados para serem porosos, tornando-os mais leves, mas permitindo a passagem de sangue, nutrientes e nervos e podem até promover o crescimento ósseo.

O titânio é considerado o metal mais biocompatível – não prejudicial nem tóxico para os tecidos vivos – devido à sua resistência à corrosão dos fluidos corporais. Essa capacidade de resistir ao ambiente corporal hostil é resultado da película protetora de óxido que se forma naturalmente na presença de oxigênio.

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Sua capacidade de se unir fisicamente ao osso também dá ao titânio uma vantagem sobre outros materiais que exigem o uso de um adesivo para permanecerem fixados. Os implantes de titânio duram mais e são necessárias forças muito maiores para quebrar as ligações que os unem ao corpo em comparação com as suas alternativas.

As ligas de titânio comumente usadas em implantes de suporte de carga são significativamente menos rígidas – e têm desempenho mais próximo do osso humano – do que o aço inoxidável ou as ligas à base de cobalto.

O titânio pesa cerca de metade do aço, mas é 30% mais resistente, o que o torna ideal para a indústria aeroespacial, onde cada grama é importante.

No final da década de 1940, o governo dos EUA ajudou a iniciar a produção de titânio, pois pôde ver o seu potencial para “aeronaves, mísseis, naves espaciais e outros fins militares”.

O titânio tem se tornado cada vez mais o material de compra para voar para projetistas de aeronaves que se esforçam para desenvolver aeronaves mais rápidas, mais leves e mais eficientes.