Ossos

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Fornecem estrutura aos demais tecidos do corpo, constituem o mais duro de todos os tecidos conjuntivos. O osso é formado de 1/3 de fibras colágenas e 2/3 de sais minerais primariamente cristais de hidroxiapatita de cálcio.

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Os ossos a serem tratados no corpo humano são: osso cortical (mais duros e resistentes) e os ossos trabeculares (esponjosos).​

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Algumas propriedades dos ossos:

Osso cortical longitudinal E= 17.7 GPa, σt= 13,0 MPa.

Osso cortical transversal E=12,8 GPa, σt= 52,0 (90 -140 podendo alcançar conforme Minagar, 2012).

Osso trabecular E=0,4 GPa, σt=7,4 MPa. (Villarinho, D.J.; 2013)

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Trazendo o texto para a mecânica, são ossos de diferentes propriedades, tais como módulo de Young, tensão de escoamento, tensão de tração, torção, cisalhamento, dureza, que devem ser considerados e comparados com as propriedades do metal, na fabricação do implante. As propriedades mecânicas bem aplicadas irão conferir qualidade biomecânica ao implante. O sucesso de um implante implica que ele não deve se degradar nem afrouxar na aplicação para reabilitação do membro afetado. As superfícies metálicas tratadas irão proporcionar boa adesividade celular. As células na superfície do implante precisam encontrar ambiente propício ao seu espraiamento e fixação, caso contrário entram em apoptose (morte programada da célula). As primeiras órteses e próteses eram projetadas para uma vida útil de até 15 anos. Com o resultado das análises nas primeiras próteses, os pesquisadores observaram que atenção especial deve ser dada à fadiga do material metálico, por isso, hoje em dia, essas órteses e próteses são projetadas para 30 anos ou mais. Isso também exigiu pesquisas de novas famílias de ligas.

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Quanto às superfícies para dar maiores condições às células se aderirem, são intensamente estudadas as superfícies em nanotubos ou em nanoporos. As pesquisas mostraram que nessas características as células podem se espraiar, “caminhar” sobre o implante e se fixar nos tubos ou poros através de seus lamelipodios (extensões da célula sadia que provocam o movimento “ameboide” movimento de ameba sobre as superfícies).

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Titânio

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Titânio: ponto de fusão 1668ºC, massa específica do metal puro 4,5 g/cm3. Coeficiente de Poisson 0,34. Há ligas de titânio que podem apresentar a temperatura ambiente até 1400 MPa em resistência à tração. (Callister Jr.)

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O titânio, a partir dos anos 1950, tem sido largamente produzido e aplicado devido as suas propriedades. Comparado ao aço é quase 50% mais leve, baixa rigidez, excelente resistência à corrosão, alta resistência mecânica e apresenta ligas tratáveis e não-tratáveis termicamente. Excelente biocompatibilidade na medicina e na odontologia. A partir dos anos 1960, Brannemark popularizou o titânio cp grau 2 e grau 4 (comercialmente puro), com os implantes dentários e, na mesma época, a liga Ti6Al4V começou a ser utilizada com frequência nas próteses de fêmur, (THA Total Hip Arthroplasty) e em outras próteses e órteses na ortopedia e traumatologia.

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Segundo Okasaki, 1995, novas ligas de titânio foram desenvolvidas após verificação de efeito tóxico do alumínio e do vanádio no corpo humano. Atualmente as pesquisas se concentram nas ligas com menor módulo de elasticidade, mais próximos ao módulo de elasticidade dos ossos.

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|Minerais do titânio:  rutilo, anatase, ilmenita, leucoxênio, perovskita, esfeno e titanita. (Cetem.gov.br).

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O titânio é material reativo com a água e oxigênio formando uma fina camada de óxido na superfície. Um dos tratamentos de superfície é aumentar a camada de óxido através da anodização. A anodização é um método eletroquímico capaz de produzir filmes com diferentes propriedades sobre a superfície dos materiais. (Zhu 2001, 2004, Sul 2001).

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Os óxidos TiO2, TiO e Ti2O3, em análise da superfície de titânio Sul et al verificaram que o óxido nativo, camada passivada, tem estrutura cristalina amorfa.  O TiO2 apresenta três diferentes formas cristalográficas. O rutilo e a anatase com estrutura tetragonal e a broquita de estrutura ortorrômbica (Sul et al 2001). Fases alotrópicas do titânio; α , β ,  quase α, α + β.

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Acima de 883ºC (β) o titânio tem estrutura cristalina CCC cúbica de corpo centrado e abaixo dessa temperatura HC hexagonal compacto. (α).

 

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Tabela de Titânio e suas ligas