Os ossos são órgãos complexos cuja função é manter a estabilidade corporal e oferecer proteção aos órgãos internos. Doenças e lesões traumáticas podem afetar as funções ósseas, portanto é muito importante tratar recuperar essas funções de maneira rápida e eficiente. O uso de transplantes autógenos, que são aqueles extraídos do próprio paciente, é o “padrão ouro” no quesito de recuperação de funções, porém sua baixa disponibilidade e risco de transmissão de doenças limita o seu uso. Nessas condições o desenvolvimento de enxertos sintéticos tem grande importância no desenvolvimento de tratamentos com desempenhos similares aos autógenos sem os riscos associados.

Dentro os tipos de materiais utilizados para a incorporação de íons estão as cerâmicas, que tem como vantagens a grande semelhança de alguns compostos, como a hidroxiapatita, com os materiais encontrados em ossos naturais. Como desvantagem desses materiais está a sua baixa taxa de degradação e reabsorção devido a sua alta cristalinidade.

Entre os polímeros mais utilizados para aplicação biomédica estão os polissacarídeos como alginato e proteínas naturais como o colágeno, porém alguns tipos de polímeros são menos suscetíveis a incorporar íons em sua composição.

Os metais são mais suscetíveis a incorporação de íons, que geralmente são metálicos também, devido à natureza metálica de ambos materiais. Contudo as interações entre os íons liberados e o ambiente úmido em que se encontram podem levar a problemas de corrosão que precisam ser controlados.

Alguns íons que normalmente são adicionados fazem parte da composição natural dos ossos. A adição de íons de Ca2+, Cu2+, Sr2+, Mg2+, Zn2+, e B3+ em biomateriais causou uma melhoria na osteogênese e uma melhor regeneração óssea em geral. Entre alguns efeitos, a adição de cobre melhorou a diferenciação osteogênica em estudos in vitro. O cobalto também estimulou a angiogênese, que é o processo de formação de vasos sanguíneos, contribuindo com o processo de osteogênese. O silício apresentou efeitos significativos na mineralização óssea e na osteogênese. A figura 1 apresenta uma ilustração dos efeitos dos íons nas diferentes fase da osteoblastogênese e osteoclastogênese.

Em geral, diferentes íons apresentaram efeitos diversos no processo de osteogênese e os recentes desenvolvimentos em materiais biomédicos que incorporam esses íons demonstraram um grande potencial para estimular a regeneração de tecidos ósseos, porém ainda é necessário desenvolver mecanismos para efetuar uma liberação controlada e sob demanda desses íons.

Os materiais piezoelétricos podem produzir carga elétrica a partir de uma tensão mecânica. Esta propriedade é muito procurada em peças cerâmicas altamente compactas e geometricamente complexas devido à sua estabilidade mecânica e amplo campo de aplicação devido ao seu alto efeito de acoplamento eletromecânico, propriedades mecânicas estáveis e baixo custo. 

Um grupo de cientistas em vez de usar a impressão 3D para fazer isso porque é impossível imprimir corpos cerâmicos verdes geometricamente complexos em um alto volume de componentes cerâmicos e boa compactação, também porque é difícil para a peça ter uma geometria complexa e alto desempenho piezoelétrico ao mesmo tempo. Portanto, eles usaram o processo de sinterização por gravidade (GDS) para conseguir isso.

Como mostrado na figura 1, o processo GDS consiste na colocação de um compacto verde prensado de pós precursores de titanato de zirconato de chumbo (PZT) em duas plataformas de suporte de alumina com baixa expansão térmica e alta condutividade térmica, para uma melhor estabilidade térmica. No início do processo de sinterização há um equilíbrio de forças, mas com o calor o corpo sólido torna-se quase líquido, então ocorre uma certa deformação causada pela força da gravidade, estabelecendo um novo equilíbrio de forças. No final do processo, pode ser obtido um corpo curvo mecanicamente estável.

Figura 1: Esquema do processo de sínteses de GDS. Fonte: SHAN, Y. et al. 2021.

A estratégia GDS é uma via universal e fácil para fabricar piezocerâmicas curvas e outras cerâmicas funcionais sem comprometer suas funcionalidades, bem como seu uso para produção em larga escala.

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