Seriam os Nanotubos de Titânio os Edifícios do Reino Quântico? (V.5, N.3, P.4, 2022)

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#acessibilidade: homem formiga, a esquerda, correndo sobre tubos em direção à tela

Você certamente já deve ter ouvido falar de algum filme da Marvel, e talvez possa até não ter reparado, mas muitas explicações para as maiores tecnologias do filme são atribuídas à nanotecnologia, por exemplo todo o reino quântico presente no filme Homem Formiga! Realmente, pode parecer muito complicado, mas é possível entender, então antes de falarmos sobre os nanotubos de titânio, vamos conversar um pouquinho sobre o que seria a nanotecnologia.

A nanotecnologia é a ciência que estuda os materiais em uma escala nanométrica, que é absurdamente pequena. Para compararmos, um microscópio simples, sempre presente em laboratórios escolares, consegue obter um aumento de até mil vezes, sendo que para se chegar nessa escala nanométrica, seria necessário um aumento de 1 milhão de vezes, o que só é possível em microscópios eletrônicos extremamente caros.

Quando estudamos os materiais que estão nessa escala minúscula, suas propriedades são diferentes daquelas observadas na escala macroscópica, portanto, é possível por meio de diversos procedimentos, alterar as propriedades de materiais nanométricos para que consequentemente consigamos também alterar suas propriedades macroscópicas.

Bom, com essa breve introdução, finalmente chegamos aos nanotubos de titânio, que nada mais são que um conjunto de tubos de dióxido de titânio (TiO2), de escala nanométrica formados sobre uma plaquinha de titânio.

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Três imagens uma ao lado da outra aparecem acima. A primeira mostra uma chama de titânio sendo segurada por uma pinça, onde ocorreu a formação de nanotubos de titânio, a chapa possui uma cor prata metálica fosca, e um circulo no meio por onde foi formado os nanotubos, sendo esta região bem cinza e totalmente fosca. A segunda imagem mostra os nanotubos vistos de cima, em uma escala de 10 micrômetros toda a imagem, com diversos poros indicando a boca dos nanotubos, os nanotubos aparecem em cinza claro enquanto que seus poros são pretos. A terceira imagem mostra diversos tubos tombados em uma foto de perfil, sendo uma estrutura bastante deformada e colapsada em algumas partes.

Ok, mas por ser uma nanotecnologia, esses nanotubos devem precisar de uma tecnologia absurda e extremamente cara para serem feitos, certo?

Por incrível que pareça, não. O processo de formação dos nanotubos ocorre por anodização, que é uma técnica geralmente barata e simples, que poderia ser improvisada aí mesmo no conforto do seu lar – isso mesmo, você pode ter seus próprios nanotubos! Tudo que você você precisaria é de uma fonte de computador, um pouco de água filtrada e de água sanitária, um grafite de lapiseira e o principal, sua chapinha de titânio. Ligando o ânodo (fio vermelha) da fonte de computador ao titânio, e o cátodo (fio azul) ao grafite e mergulhando os dois em um copo com água sanitária e água, você teria sua célula eletrolítica. Pronto, agora é só ligar essa fonte na tomada e deixar a eletricidade correr, e em alguns minutos você teria seus próprios nanotubos do reino quântico, infelizmente, totalmente invisíveis a olho nu (Não tente fazer em casa, este é apenas um exemplo e não especifica dados).

Ou seja, para obtenção de alguma nanotecnologia, nem sempre é necessário um laboratório do Tony Stark. Mas então você pode estar se questionando qual seria a utilidade desses tubos…

Então, embora existam diversas aplicações para os nanotubos de titânio, irei focar em apenas uma, que são os implantes biomédicos – afinal de contas, é bem conhecido que o titânio domina o mercado de implantes, portanto, qual seria a necessidade de misturar nanotubos aí no meio?

Bom, o titânio possui sim algumas propriedade muito interessantes, como sua alta resistência a corrosão (ele não enferruja), possui uma dureza elevada (é mais fácil um osso quebrar que uma prótese de titânio), sendo também um metal leve. Apesar disso, sua principal propriedade é ser bastante compatível com o corpo humano, e melhor que isso, ele possui outra propriedade chamada de osseointegração, que é a capacidade de ser recoberto por osso, fazendo com que a própria prótese seja reconhecida pelo organismo e envelopada com osso.

Mas embora o titânio aparentemente seja perfeito para implantes, seu principal problema é o tempo que pode demorar até o corpo aceitar completamente sua instalação, o que pode levar a dores intensas, inchaços e desconfortos durante os 3 a 6 meses de adaptação após a cirurgia.

Com a adição de uma fina camada de nanotubos ao longo de todo o implante de titânio, esse processo de adaptação do corpo pode ser facilitado, reduzido drasticamente para algumas semanas o período de recuperação, além de manter as boas propriedades já mencionadas do titânio.

Como comentei anteriormente, as propriedades na escala nanométrica do material alteram o seu comportamento macroscópico, e é exatamente o que ocorre no caso dos nanotubos. Já que uma pequena chapinha de titânio, do tamanho de uma unha pode possuir mais de 50 bilhões de nanotubos, a área de contato aumenta muito quando comparada com a mesma chapinha só que sem os nanotubos, pois irá considerar também toda a superfície das paredes internas dos tubos.

No caso dos implantes, para que a osseointegração ocorra (bioaceitação do implante), uma grande quantidade de hidroxiapatita – que é uma molécula que constitui o osso, deve recobrir todo o implante, e como os nanotubos aumentam a área onde essa molécula pode se fixar, o processo de osseointegração é muito mais rápido, podendo ocorrer até mesmo em semanas, sendo bastante vantajosa a formação de nanotubos de titânio sobre implantes biomédicos.

Fontes:

DURDU, S. et al. Characterization and mechanical properties of TiO2 nanotubes formed on titanium by anodic oxidation. Ceramics International, 2021. v. 47, n. 8, p. 10972–10979. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.12.218.

REGONINI, D. et al. A review of growth mechanism, structure and crystallinity of anodized TiO2 nanotubes. Materials Science and Engineering R: Reports, 2013. v. 74, n. 12, p. 377–406.

SEVIERI, L.; FILHO, A. De A. M. Anodization parameters and applications of TiO2 nanotubes: a review. 2021. v. 3.

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