Implantes de titânio são utilizados em diferentes procedimentos ortopédicos devido, entre outras características, às suas propriedades mecânicas, que resultam em uma rigidez mais próxima à do tecido ósseo em comparação aos dispositivos feitos com materiais convencionais, como o aço. Apesar do bom desempenho desses implantes no organismo, eles costumam esbarrar em um problema ainda antes de sua plena integração ao corpo: bactérias podem contaminar a superfície deles durante ou após a cirurgia, formando uma película (biofilme) que dificulta sua eliminação, com risco de causar infecções e comprometer a integração do implante.
Uma tecnologia de fabricação desenvolvida por pesquisadores da Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM) da Unicamp busca enfrentar esse problema modificando apenas a superfície das ligas de titânio utilizadas em implantes ortopédicos e odontológicos. A proposta combina cobre e prata, metais conhecidos por sua atividade antimicrobiana, a uma etapa de processamento a laser, acrescentando uma função à superfície sem alterar as propriedades mecânicas do material que compõe o interior do implante. O resultado foi protegido por meio de um pedido de patente depositado com estratégia da Agência de Inovação Inova Unicamp.
“As ligas de titânio são bastante notórias por sua aplicação biomédica, como implantes ortopédicos”, explica Kaio Niitsu Campo, docente na FEM e um dos inventores da nova técnica. Segundo ele, uma das razões para o uso do material é justamente seu módulo de elasticidade (uma propriedade que impacta a rigidez do dispositivo), mais próximo ao do osso.
“A proposta foi modificar apenas a superfície da liga, justamente na região de interesse para dificultar a formação de biofilmes, preservando, ao mesmo tempo, as propriedades e a integridade do material em seu interior”, relata Campo.
Laser na superfície
A fabricação da superfície modificada combina etapas de deposição dos metais e processamento a laser. A técnica permite incorporar cobre e prata a uma camada do titânio, controlando sua concentração e preservando as características do material em seu interior.
“Com a aplicação do laser, o cobre e a prata são incorporados ao material, estabelecendo uma integração metalúrgica com o substrato. Dessa forma, evitamos o risco de delaminação, ou seja, de desprendimento de uma camada superficial que tenha sido apenas depositada sobre o implante”, explica o docente.
Outro aspecto apontado pela equipe é a velocidade da etapa a laser. O processamento da superfície ocorre em poucos segundos, característica que pode favorecer a produtividade caso o processo venha a ser levado à escala industrial.
A rota também utiliza precursores relativamente baratos. Na etapa de deposição, são empregados sulfato de cobre e nitrato de prata. Campo ressalta que o laser representa o componente de maior custo, mas considera que o investimento é compatível com aplicações industriais, uma vez que equipamentos desse tipo já são empregados em processos de fabricação de peças metálicas.
Até o momento, o trabalho concentrou-se principalmente no desenvolvimento e na otimização da rota de fabricação da superfície modificada. A etapa seguinte é verificar se a combinação de cobre e prata incorporada ao titânio apresenta, de fato, o efeito antibacteriano esperado em condições biológicas.
“Apesar do potencial da tecnologia, ainda existem desafios importantes a serem superados”, afirma Campo. Entre eles estão a comprovação experimental da atividade antibacteriana e a identificação das condições que proporcionam o melhor desempenho biológico.
A equipe também investiga os mecanismos envolvidos na eventual ação contra as bactérias. Uma das possibilidades é a liberação de íons dos metais; outra envolve a morte delas por contato direto com a superfície modificada. O processamento a laser, por sua vez, precisa ser avaliado quanto aos efeitos provocados pela rápida solidificação do material, que pode levar, por exemplo, à formação de trincas.
Os experimentos reúnem pesquisadores de diferentes áreas da Unicamp. A etapa de processamento a laser foi realizada no Laboratório de Metalurgia Física da FEM, em colaboração com o grupo do professor Rubens Caram. Os testes biológicos são conduzidos em parceria com a professora Laís Pellizzer Gabriel, da Faculdade de Ciências Aplicadas (FCA) da Universidade.
O foco da pesquisa é a aplicação biomédica, especialmente em implantes ortopédicos e odontológicos. No entanto, a equipe também realizou testes de corrosão, nos quais a superfície modificada apresentou desempenho ligeiramente superior ao do substrato sem tratamento. O resultado sugere que a estratégia pode ter interesse em outras situações nas quais a resistência à corrosão do titânio seja uma propriedade relevante, incluindo aplicações nos setores químico, aeronáutico e automobilístico.
Busca por parceiros
Para avançar às próximas etapas de desenvolvimento e avaliar seu desempenho em condições mais próximas das encontradas no mercado, a tecnologia precisa de parceiros interessados em sua aplicação. O licenciamento é um dos caminhos para que empresas possam acessar a solução, investir em seu desenvolvimento complementar e contribuir para etapas como novos testes, adequações e validações necessárias antes de uma eventual aplicação comercial.
Na Unicamp, os processos de transferência de tecnologias desenvolvidas na Universidade são conduzidos pela Inova Unicamp, agência de inovação responsável por aproximar a propriedade intelectual protegida da Universidade de empresas e outras instituições interessadas em transformá-las em soluções aplicadas e inovação.
Empresas e instituições interessadas em conhecer mais sobre a tecnologia de modificação superficial de ligas de titânio podem entrar em contato com a Inova Unicamp por meio do formulário de conexão com empresas disponível no site da Agência.
Matéria: Isabele Scavassa, da Agência Inova Unicamp | Fotografias: Igor Alisson | Jornal da Unicamp.
