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Tipo do documento: Tese
Título: LIGAS À BASE DE COBALTO, CROMO E TÂNTALO PARA POTENCIAL APLICAÇÃO BIOMÉDICA: Da concepção ao estudo in vivo
Título(s) alternativo(s): Cobalt, chromium, and tantalum-based alloys for potential biomedical applications: From conception to in vivo study
Autor: BATISTA, Beatriz da Silva 
Primeiro orientador: ALENCAR, Luciana Magalhães Rebelo
Primeiro coorientador: SILVA, Luzeli Moreira da
Primeiro membro da banca: ALENCAR, Luciana Magalhães Rebelo
Segundo membro da banca: RODRIGUES, Samuel Filgueiras
Terceiro membro da banca: FECHINE, Pierre Basilio de Almeida
Quarto membro da banca: SILVA, Luzeli Moreira da
Quinto membro da banca: MENEZES, Alan Silva de
Resumo: As ligas à base de cobalto cromo (Co-Cr) são conhecidas e amplamente utilizadas em aplicações médicas devido a sua bioinércia, resistência à corrosão e excelentes propriedades mecânicas. No entanto, a demanda por materiais com propriedades superiores tem impulsionado a investigação de novas composições, como a adição de tântalo (Ta), conhecido por sua bioatividade e proliferação celular. Pensando nisto, este trabalho desenvolveu e caracterizou uma nova série de ligas Co(72-x)Cr(28)Ta(x) (x = 0, 3, 6 e 9 % m/m) para aplicações biomédicas. As ligas foram sintetizadas por fusão em forno a arco voltaico e analisadas por técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Raios X por Dispersão em Energia (EDS), Microdureza Vickers, Microscopia de Força Atômica (AFM), Polarização Potenciodinâmica (PDP) e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS). As amostras foram submetidas a modificação de superfície via anodização, além de medidas de molhabilidade, imersão em fluido corporal simulado, viabilidade celular e teste in vivo. Os resultados revelaram que a adição de Ta promoveu: formação dos alótropos do Co (εCo e αCo) e de uma fase extra TaCo2 (a partir de 3 % m/m); microestrutura do tipo dendrítica; aumento da Microdureza em ~ 77% na amostra com 9 % m/m (466 HV0,5); aumento na diferença de potencial local entre a matriz Co-Cr (εCo e αCo) e a fase extra (TaCo2) em ~ 1500% na amostra com 9 % m/m (687 mV); e, aumento da hidrofilicidade em ~ 7% na amostra com 9 % m/m (71 º). A combinação das técnicas de AFM, PDP e EIS revelou a matriz com natureza anódica e a fase extra com natureza catódica (maior nobreza). A anodização gerou nanoestruturas (~ 40-50 nm), poros (~ 0,8 µm) e viabilidade celular (> 100%). A liga com 6 % m/m se destacou para aplicações em contato com tecido ósseo, apresentando a maior nucleação espontânea de fosfato de cálcio (~1,3 µm), enquanto a com 9 % m/m anodizada exibiu hidrofobicidade (θ ~ 94°), ideal para superfícies antiaderentes. A nível macroscópico, a liga com 9 % m/m exibiu um perfil de resistência à corrosão semelhante às amostras comumente utilizadas na área biomédica (taxa de corrosão ~ 10-4 mm/ano), além de apresentar biocompatibilidade in vivo sem efeitos adversos. Concluiu-se que o Ta modula as propriedades das ligas Co-Cr, sendo as composições 6 e 9 % m/m as mais promissoras para aplicações específicas, combinando bioatividade, resistência mecânica e biocompatibilidade.
Abstract: Cobalt-chromium (Co-Cr) alloys are widely recognized in the medical field for their bioinertness, corrosion resistance, and excellent mechanical properties. However, the continuous demand for materials with superior properties has driven investigations into novel compositions. One promising way involves the addition of tantalum (Ta), a material known for its bioactivity and ability to promote cell proliferation. This work developed and characterized a new series of Co(72-x)Cr(28)Ta(x) (x = 0, 3, 6, and 9 % w/w) for biomedical applications. The alloys were synthesized by arc-melting and analyzed by X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Vickers Microhardness, Atomic Force Microscopy (AFM), Potentiodynamic Polarization (PDP) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Furthermore, the samples underwent surface modification via anodization, followed by wettability measurements, immersion in simulated body fluid, and in vivo testing to assess their biological response. The results revealed that the addition of Ta promoted: formation of Co allotropes (εCo and αCo) and an extra TaCo2 phase (from 3 % w/w); dendritic microstructure; increase in microhardness by ~ 77% in the sample with 9 % w/w (466 HV0.5); increase in the local potential difference between the Co-Cr matrix (εCo and αCo) and the extra phase (TaCo2) by ~ 1500% in the sample with 9 % w/w (687 mV); and, increase in hydrophilicity by ~ 7% in the sample with 9 % w/w (71 °). The combination of AFM, PDP and EIS techniques revealed the matrix with an anodic nature and the extra phase with a cathodic nature (higher nobility). Anodization generated nanostructures (~40-50 nm), pores (~0.8 µm), and cellular viability (> 100%). The 6 % w/w alloy excelled in spontaneous calcium phosphate nucleation (~ 1.3 µm), indicating high bone-contact potential, while the anodized 9 % w/w exhibited hydrophobicity (θ ~ 94 °), ideal for non-adherent applications. At the macroscopic level, the 9% w/w alloy exhibited a corrosion resistance profile similar to samples commonly used in the biomedical field (corrosion rate ~10-4 mm/year), in addition to presenting in vivo biocompatibility without adverse effects. Our findings indicate that Ta modulates the properties of Co-Cr alloys, with the 6 and 9% w/w compositions being the most promising for specific applications, combining bioactivity, mechanical strength, and biocompatibility.
Palavras-chave: Co-Cr-Ta;
Biomateriais;
Nanoestruturação;
Corrosão;
Biocompatibilidade
Co-Cr-Ta;
Biomaterials;
Nanostructuring;
Corrosion;
Biocompatibility
Área(s) do CNPq: Tecnologia de Próteses
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE FÍSICA/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS/CCSST
Citação: BATISTA, Beatriz da Silva. Ligas à base de cobalto, cromo e tântalo para potencial aplicação biomédica: Da concepção ao estudo in vivo. 2025. 123 f. Tese( Programa de Pós-graduação em Ciência dos Materiais/CCSST) - Universidade Federal do Maranhão, Imperatriz, 2025.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6701
Data de defesa: 25-Nov-2025
Aparece nas coleções:TESE DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS/CCSST

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