Preparazione e caratterizzazione del romanzo come

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 11874 (2022) Citare questo articolo

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Il Ti e le sue leghe sono i dispositivi biomateriali metallici più utilizzati grazie alla loro eccellente combinazione di proprietà chimiche e meccaniche, biocompatibilità e non tossicità per il corpo umano. Tuttavia, le leghe attualmente disponibili presentano ancora diversi problemi, come la citotossicità di Al e V ed elevati valori di modulo elastico, rispetto all’osso umano. Le leghe di tipo β, rispetto alle leghe di Ti di tipo α e (α + β), hanno un modulo elastico inferiore e una resistenza meccanica maggiore. Quindi, si stanno sviluppando nuove leghe biomediche di tipo β con elementi di lega non citotossici, come Mo e Nb. Pertanto, le leghe del sistema Ti-5Mo-xNb sono state preparate mediante fusione ad arco di argon. La composizione chimica è stata valutata mediante analisi EDS e le misurazioni della densità sono state eseguite mediante il metodo di Archimede. La struttura e la microstruttura delle leghe sono state ottenute mediante diffrazione di raggi X e microscopia ottica ed elettronica a scansione. Sono stati analizzati i valori di microdurezza e sono stati eseguiti i test MTT e cristalvioletto per valutarne la citotossicità. All’aumentare della concentrazione di Nb, cresce anche la presenza della fase β-Ti, con la lega Ti-5Mo-30Nb che presenta un’unica fase β-Ti. Al contrario, la microdurezza delle leghe diminuisce con l'aggiunta di Nb, ad eccezione della lega Ti-5Mo-10Nb, la cui microdurezza aumenta probabilmente a causa della precipitazione della fase ω. Test biologici in vitro hanno dimostrato che le leghe non sono citotossiche.

Al giorno d’oggi, il numero degli anziani è in aumento in tutto il mondo. Di conseguenza, aumenta anche la richiesta di materiali per sostituire i tessuti duri, come le protesi dell’anca e del ginocchio, per fornire una migliore qualità della vita e un trattamento clinico per le malattie legate all’età1,2. Grazie alle loro eccellenti proprietà, come elevata resistenza meccanica, buona resistenza alla corrosione, basso modulo elastico ed eccellente biocompatibilità, le leghe di Ti sono ampiamente utilizzate nelle applicazioni biomediche3. Le leghe CP-Ti e Ti-6Al-4 V sono ampiamente utilizzate come materiali per impianti4. Tuttavia, gli studi hanno dimostrato che gli ioni V sono citotossici e possono causare reazioni avverse nell'organismo, mentre gli ioni Al possono indurre disturbi neurologici, come il morbo di Alzheimer2,5. Si stanno quindi sviluppando nuove leghe prive di Al e V, mantenendo le proprietà già note delle leghe di Ti. Per superare questo problema vengono utilizzati elementi β-stabilizzanti non tossici e anallergici, come Ta, Zn, Sn, Nb e Mo. Questi elementi producono leghe di Ti con elevata resistenza meccanica e basso modulo elastico6.

Sebbene alcuni studi indichino che il rilascio di ioni Mo può essere tossico7,8, altri mostrano che le leghe di Ti contenenti Mo presentano un'eccellente biocompatibilità9, come Ti-15Mo10, Ti-15Mo-5Mn11 e Ti-12Mo-6Zr-2Fe (TMZF)12 . Altri studi hanno dimostrato che le leghe di Ti contenenti Mo presentano una buona compatibilità meccanica13, come Ti-Mo14 e Ti-Mo-Ta15. Inoltre, Karthega et al.16, Oliveira et al.17 e Zhou et al.18 hanno dimostrato che le leghe Ti-Mo hanno un'eccellente resistenza alla corrosione contro i fluidi corporei simulati13. Altri studi hanno dimostrato che le leghe Ti-Mo-Nb presentavano buone proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione19,20,21 e un'adeguata biocompatibilità in vitro22. Il Mo è anche un elemento fortemente β-stabilizzante. Pertanto, elevate concentrazioni possono portare ad un aumento dell'energia di legame atomico, tendendo ad aumentare il modulo di elasticità delle leghe23. Pertanto, a causa del basso numero di studi con leghe ternarie di Ti-Mo-Nb con bassa concentrazione di Mo, variando il contenuto di Nb da basso ad alto, e mirando ad evitare un aumento del modulo di elasticità delle leghe e la possibile citotossicità di Mo, si è scelto di lavorare con solo il 5% in peso di elemento Mo nelle leghe.

Inoltre, il Brasile possiede circa il 90% delle risorse mondiali di niobio, pari a circa il 95% della produzione mondiale. In questo modo, da una prospettiva economica e strategica, è fondamentale investire nella ricerca relativa alla lavorazione e allo sviluppo di leghe contenenti niobio, poiché il Brasile è leader mondiale nelle risorse di questo metallo24,25.