ARTIGO DE REVISÃO
ENGELHARDT, Juliana Layber Mota [1], ENGELHARDT, Henrique [2]
ENGELHARDT, Juliana Layber Mota. ENGELHARDT, Henrique. Oxidação Eletrolítica a Plasma (PEO) na liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn: Revisão crítica. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano. 11, Ed. 10, Vol. 01, pp. 199-229. Outubro de 2026. ISSN: 2448-0959. Disponível em: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-quimica/oxidacao-eletrolitica-a-plasma
Este trabalho apresenta uma revisão crítica sobre o papel da modificação de superfície na promoção da osseointegração em ligas Ti–β, com ênfase na liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn e na aplicação da Oxidação Eletrolítica a Plasma (PEO). Embora essas ligas apresentem propriedades mecânicas mais compatíveis com o tecido ósseo e elevada resistência à corrosão, sua baixa bioatividade intrínseca pode limitar o desempenho biológico. Nesse contexto, discutem-se a influência da composição química da liga, os mecanismos físicos do PEO e o papel das características superficiais, como rugosidade, porosidade e composição química, na modulação da adesão celular, diferenciação osteoblástica e formação de matriz mineralizada. Destaca-se que o PEO possibilita a formação de revestimentos cerâmicos porosos, aderentes e bioativos, além da incorporação de elementos como cálcio e fósforo e outros dopantes bioativos, favorecendo a nucleação de hidroxiapatita e a funcionalização da superfície. Também são abordados os principais parâmetros de processamento do PEO, sua influência na microestrutura e nas propriedades dos revestimentos, bem como desafios relacionados à padronização dos processos e às perspectivas para o desenvolvimento de superfícies multifuncionais. Dessa forma, esta revisão evidencia que a associação entre ligas Ti–β e técnicas avançadas de modificação de superfície constitui uma estratégia promissora para o desenvolvimento de implantes biomédicos, embora a liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn ainda se encontre em estágio predominantemente experimental.
Palavras-chave: Biomateriais, Ligas de titânio, Ti-25Ta-25Nb-3Sn, Oxidação eletrolítica a plasma, Osseointegração.
O desenvolvimento de biomateriais para aplicações ortopédicas e odontológicas tem sido intensificado nas últimas décadas, impulsionado pela necessidade de implantes com maior desempenho mecânico e biológico. Biomateriais são definidos como materiais projetados para interagir com sistemas biológicos, com a finalidade de reparar ou substituir tecidos, devendo apresentar elevada biocompatibilidade, resistência à corrosão e propriedades mecânicas compatíveis com o ambiente fisiológico (Anene et al., 2021; Marin; Lanzutti, 2023).
Dentre os biomateriais metálicos, o titânio e suas ligas destacam-se pela elevada resistência à corrosão, estabilidade química e biocompatibilidade, características associadas à formação espontânea de uma camada passiva de óxido (Li et al., 2013; Anene et al., 2021). Entretanto, ligas convencionais, como a Ti-6Al-4V, apresentam módulo de elasticidade superior ao do osso humano, favorecendo o fenômeno de stress shielding e comprometendo a remodelação óssea. Além disso, a presença de alumínio (Al) e vanádio (V) tem sido associada à liberação de íons e a potenciais efeitos citotóxicos em aplicações de longo prazo (Kong et al., 2022; Anene et al., 2021; Manivasagam et al., 2021; Marin; Lanzutti, 2023; Kumar et al., 2016; Jagadeeshanayaka et al., 2022; Pesode; Barve, 2023).
Nesse contexto, as ligas Ti–β têm sido amplamente investigadas como alternativas por apresentarem módulo de elasticidade reduzido (50–70 GPa), mais próximo ao do tecido ósseo, aliado à elevada resistência mecânica e biocompatibilidade (Anene et al., 2021; Kong et al., 2022; Nasibi et al., 2020). Essas propriedades decorrem da estabilização da fase β por elementos como Nb, Ta, Zr e Sn, que também eliminam a necessidade do emprego de Al e V (Stráský et al., 2014; Bortolini Jr et al., 2023). Entre essas ligas, a Ti-25Ta-25Nb-3Sn destaca-se como um sistema experimental promissor devido ao baixo módulo elástico, elevada resistência à corrosão e estabilidade microestrutural, características que podem ser potencializadas por rotas de processamento como o Equal Channel Angular Pressing (ECAP) (Bortolini Jr et al., 2023).
Apesar dos avanços nas propriedades volumétricas dessas ligas, o sucesso clínico dos implantes depende principalmente das características da superfície, onde ocorrem as primeiras interações com proteínas, células e tecidos (Variola et al., 2009; Minagar et al., 2013). Embora o titânio apresente excelente biocompatibilidade, sua superfície é frequentemente considerada bioinerte, podendo limitar a adesão celular e retardar a osseointegração (Marin; Lanzutti, 2023; Alvarez; Nakajima, 2009).
A osseointegração corresponde à conexão direta e funcional entre o osso vivo e a superfície do implante e é influenciada por parâmetros como rugosidade, energia de superfície, composição química e topografia em micro e nanoescala (Park et al., 2021; Zuo et al., 2021), conforme ilustrado na Figura 1.
Figura 1 – Representação esquemática do processo de osseointegração em implantes de titânio
Nesse contexto, estratégias de modificação de superfície têm sido empregadas para aumentar a bioatividade e favorecer a resposta biológica. Entre elas, a oxidação eletrolítica a plasma destaca-se por produzir revestimentos cerâmicos fortemente aderidos ao substrato, capazes de incorporar elementos bioativos, como cálcio e fósforo. As propriedades desses revestimentos dependem diretamente dos parâmetros de processamento, como tensão aplicada, composição do eletrólito e tempo de tratamento, que controlam sua morfologia, composição química e desempenho eletroquímico e biológico (Rizwan et al., 2018; Sikdar et al., 2021; Rogov; Yerokhin; Matthews, 2017).
A bioatividade corresponde à capacidade da superfície de induzir respostas biológicas que favoreçam a formação de uma ligação funcional entre o implante e o tecido ósseo. Segundo a norma ISO 23317 (ISO, 2014), essa propriedade é tradicionalmente avaliada pela formação de apatita após imersão em Fluido Corporal Simulado (SBF). Entretanto, atualmente reconhece-se que a bioatividade envolve também adsorção de proteínas, adesão e diferenciação osteoblástica e deposição de matriz mineralizada, sendo influenciada por características superficiais como composição química, molhabilidade, energia livre de superfície e topografia (VARIOLA et al., 2009; WANG et al., 2019; PARK et al., 2021). Assim, a formação de apatita constitui um importante indicativo de bioatividade, mas sua avaliação deve ser complementada por ensaios in vitro e in vivo (ISO, 2014; Gil et al., 2021; Marin; Lanzutti, 2023).
Embora exista consenso quanto ao potencial das ligas Ti–β como alternativas às ligas convencionais contendo Al e V, ainda persistem divergências sobre quais composições químicas e condições de processamento proporcionam a melhor combinação entre propriedades mecânicas, estabilidade eletroquímica e desempenho biológico. Além disso, a maioria dos estudos aborda isoladamente a composição das ligas ou as técnicas de modificação de superfície, sendo escassas as investigações que correlacionem, de forma integrada, a composição da liga, os mecanismos físicos do PEO, as características dos revestimentos e seus efeitos sobre a resistência à corrosão, a bioatividade e a osseointegração. Essa limitação é particularmente evidente para a liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn, que permanece em estágio predominantemente experimental e conta com número reduzido de estudos quando comparada a ligas amplamente investigadas, como Ti-6Al-4V e TNTZ.
Diante desse cenário, esta revisão crítica tem como objetivo integrar e discutir sistematicamente as evidências disponíveis sobre a liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn, relacionando sua composição química, os mecanismos físicos da oxidação eletrolítica a plasma, a formação e as propriedades dos revestimentos e sua influência sobre a resistência à corrosão, a bioatividade e a osseointegração. Além de sintetizar o estado da arte, esta revisão identifica consensos, divergências, limitações metodológicas e lacunas do conhecimento, apontando perspectivas para o desenvolvimento e a futura aplicação dessa liga em implantes biomédicos.
Uma característica fundamental do titânio é sua transformação alotrópica, responsável por influenciar diretamente sua microestrutura e, consequentemente, suas propriedades mecânicas. Em temperatura ambiente, o titânio puro apresenta estrutura cristalina Hexagonal Compacta (HC), denominada fase α, estável até aproximadamente 882 °C (β-transus). Acima dessa temperatura ocorre a transformação para a fase β, de estrutura Cúbica de Corpo Centrado (CCC), estável até a fusão (Peters et al., 2003; Niinomi, 2008; Froes, 2015). A adição de elementos de liga modifica a temperatura β-transus, permitindo controlar a estabilidade das fases α e β e, consequentemente, as propriedades finais das ligas.
Os elementos de liga são classificados em α-estabilizadores, β-estabilizadores e neutros, conforme sua influência sobre a β-transus. Elementos como Al, O, N e C ampliam o campo de estabilidade da fase α, enquanto Nb, Ta, Mo e V favorecem a estabilização da fase β, reduzindo a temperatura de transformação. O Sn, embora geralmente considerado elemento neutro, atua em conjunto com Nb e Ta na estabilização microestrutural da fase β e no ajuste das propriedades mecânicas da liga (Niinomi, 2008; Froes, 2015; Peters et al., 2003). A Figura 2 ilustra a influência desses elementos na estabilidade das ligas de titânio.
Figura 2 – Influência dos elementos de liga na estabilidade das fases α, α+β e β do titânio e nas propriedades associadas
Com base nesse comportamento, as ligas de titânio são classificadas em α, α+β e β. Entre elas, as ligas β têm despertado crescente interesse para aplicações biomédicas devido ao baixo módulo de elasticidade, elevada resistência à corrosão e boa biocompatibilidade (Anene et al., 2021; Li et al., 2013). A liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn pertence a essa classe, apresentando predominância da fase β estável ou metaestável em temperatura ambiente, favorecida pela elevada concentração de Nb e Ta associada ao Sn (Stráský et al., 2014; Bortolini Jr et al., 2023).
Além da composição química, o desempenho da liga é fortemente influenciado pela microestrutura. Estudos mostram que a Ti-25Ta-25Nb-3Sn apresenta predominância da fase β, podendo ocorrer pequenas frações das fases metastáveis α″ e ω, dependendo da rota de processamento e dos tratamentos termomecânicos empregados. Essas alterações são normalmente avaliadas por Difração de Raios X (DRX), que permite identificar as fases cristalinas e acompanhar sua evolução durante laminação, tratamentos térmicos ou deformação plástica severa. A manutenção da fase β está associada a menores valores de módulo de elasticidade, enquanto o aumento das fases metastáveis pode elevar a rigidez e reduzir a ductilidade (Kuroda et al., 2019; Neto et al., 2024).
Entre as rotas de processamento, a deformação plástica severa por ECAP promove refinamento de grão, aumento da dureza e melhoria da resistência à corrosão, preservando baixos valores de módulo de elasticidade. Para a liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn, esse processamento favorece a estabilização da fase β e o desenvolvimento de uma microestrutura ultrafina, evidenciando a forte influência do processamento sobre o desempenho final da liga (Bortolini Jr et al., 2023).
Com o objetivo de contextualizar a Ti-25Ta-25Nb-3Sn em relação aos principais biomateriais metálicos empregados em implantes, a Tabela 1 apresenta uma comparação entre fase predominante, módulo de elasticidade, resistência à corrosão e biocompatibilidade.
Tabela 1 – Comparação entre biomateriais metálicos utilizados em implantes ortopédicos e odontológicos
| Material/Liga | Fase predominante | Módulo de elasticidade (GPa) | Resistência à corrosão / Biocompatibilidade | Principais características |
| Osso cortical | — | 10–30 | — | Referência fisiológica para compatibilidade mecânica. |
| Aço inoxidável 316L | Austenítica (CFC) | 190–210 | Boa / Moderada | Baixo custo e elevada resistência mecânica, porém alto módulo e risco de liberação de Ni e Cr. |
| Liga Co-Cr | CFC | 210–230 | Muito elevada / Boa | Excelente resistência mecânica e ao desgaste, porém elevado módulo de elasticidade. |
| Ti-6Al-4V | α + β | 105–115 | Elevada / Boa | Amplamente utilizada, mas contém Al e V e apresenta módulo superior ao do tecido ósseo. |
| TNTZ (Ti-35Nb-7Zr-5Ta) | β metastável | 55–65 | Elevada / Alta | Excelente compatibilidade mecânica e elevada resistência à corrosão. |
| Ti-25Ta-25Nb-3Sn | β estável/metastável | ≈ 65 | Elevada / Alta | Liga β experimental livre de Al e V, com baixo módulo e elevada estabilidade microestrutural. |
Fonte: Adaptada de Seixas et al. (2018), Anene et al. (2021), Kong et al. (2022), Niinomi (2008), Neto et al. (2024), Bortolini Jr et al. (2023) e Marin e Lanzutti (2023).
Conforme observado na Tabela 1, as ligas β de titânio apresentam módulos de elasticidade significativamente inferiores aos do aço inoxidável 316L, das ligas Co-Cr e da Ti-6Al-4V, aproximando-se do comportamento mecânico do tecido ósseo. Além disso, a substituição de elementos como Al e V por Nb e Ta contribui para maior estabilidade eletroquímica e biocompatibilidade. Apesar dessas vantagens, a Ti-25Ta-25Nb-3Sn permanece em estágio experimental, com número reduzido de estudos quando comparada às ligas já consolidadas.
A literatura apresenta consenso quanto ao potencial das ligas Ti–β para aplicações biomédicas. Entretanto, ainda persistem divergências sobre a influência da composição química, das rotas de processamento e dos tratamentos termomecânicos na estabilidade da fase β e no equilíbrio entre propriedades mecânicas, resistência à corrosão e desempenho biológico. Para a Ti-25Ta-25Nb-3Sn, essas limitações são ainda mais evidentes, uma vez que os estudos se concentram predominantemente na caracterização microestrutural, mecânica e eletroquímica. Investigações que integrem processamento, modificação de superfície e resposta biológica, especialmente em modelos in vivo, permanecem escassas, reforçando a necessidade de pesquisas que consolidem o potencial dessa liga para aplicações biomédicas.
A oxidação eletrolítica a plasma (Plasma Electrolytic Oxidation – PEO) é um processo eletroquímico de modificação de superfície realizado sob tensões superiores ao potencial de ruptura dielétrica da camada passiva de óxido formada sobre o substrato metálico. Diferentemente da anodização convencional, o PEO opera em regime de plasma, no qual microdescargas elétricas promovem a formação in situ de revestimentos cerâmicos espessos, fortemente aderidos ao substrato e com estrutura porosa, permitindo ainda a incorporação de espécies provenientes do eletrólito (Kydyrmolla; Smagulov; Ybyraiymkul, 2023; Rogov; Matthews; Yerokhin, 2025; Kovalenko et al., 2026).
Diversas técnicas têm sido empregadas para modificar a superfície de ligas de titânio, destacando-se a anodização, o plasma spray e a oxidação eletrolítica a plasma. Embora todas tenham como objetivo aumentar a bioatividade e favorecer a osseointegração, diferem quanto ao mecanismo de formação, à aderência ao substrato, à espessura do revestimento e à incorporação de espécies bioativas.
A anodização produz filmes de TiO₂ e nanotubos organizados, aumentando a molhabilidade e a adesão celular, porém gera camadas finas com limitada incorporação de espécies do eletrólito (Hott et al., 2021; Neto; Bacelar, 2019). O plasma spray permite a deposição de revestimentos espessos, principalmente de hidroxiapatita, favorecendo a bioatividade, mas pode apresentar tensões residuais, trincas e delaminação devido às diferenças entre os coeficientes de expansão térmica do revestimento e do substrato (Oliveira; Pereira, 2023; Reisdoerfer et al., 2022). Em contraste, o PEO produz revestimentos cerâmicos formados in situ, metalurgicamente aderidos ao substrato, com elevada resistência à corrosão, porosidade controlada e capacidade de incorporar espécies bioativas, como Ca e P (Capellato et al., 2020; Marin; Lanzutti, 2023).
Tabela 2 – Comparação entre as principais técnicas de modificação de superfície aplicadas a ligas de Ti
| Técnica | Princípio | Vantagens | Limitações |
| Anodização | Oxidação eletroquímica formando TiO₂ e nanotubos | Aumenta molhabilidade, área de superfície e adesão celular; permite funcionalização | Camadas finas e limitada incorporação estável de espécies bioativas. |
| Plasma spray | Deposição térmica de revestimentos (ex.: hidroxiapatita) | Elevada bioatividade; revestimentos espessos; rápida formação de apatita | Possibilidade de trincas, tensões residuais e delaminação. |
| PEO | Oxidação eletrolítica em regime de plasma | Revestimentos cerâmicos aderidos ao substrato; elevada resistência à corrosão; incorporação de Ca, P e íons; porosidade controlada | Processo dependente da otimização dos parâmetros elétricos e da composição do eletrólito. |
Fonte: Adaptada de Hott et al. (2021), Reisdoerfer et al. (2022), Capellato et al. (2020), Marin e Lanzutti (2023) e Oliveira e Pereira (2023).
De modo geral, as três técnicas apresentam aplicações complementares. Entretanto, o PEO destaca-se por reunir, em um único processo, elevada aderência, controle microestrutural e funcionalização química da superfície, características particularmente relevantes para ligas Ti–β.
O PEO ocorre por uma sequência de fenômenos eletroquímicos e termoquímicos envolvendo a formação da camada barreira, sua ruptura dielétrica, o surgimento das microdescargas, o crescimento do revestimento cerâmico e a incorporação de espécies provenientes do eletrólito.
Inicialmente forma-se uma fina camada barreira de óxido na interface metal-eletrólito. Com o aumento da tensão, o campo elétrico intensifica-se até atingir a ruptura dielétrica, originando microdescargas (sparks) responsáveis pela fusão localizada do óxido e de regiões superficiais do substrato, seguida por rápida solidificação em contato com o eletrólito (Hussein et al., 2011; Fialho; Alves; Carvalho, 2022).
Como resultado, desenvolve-se uma estrutura multicamadas constituída por uma camada barreira interna compacta, uma camada intermediária relativamente densa e uma camada externa porosa, composta predominantemente por TiO₂ nas fases anatase e rutilo. Durante esse processo, espécies presentes no eletrólito podem ser incorporadas à matriz cerâmica, conferindo propriedades como bioatividade, resistência à corrosão e atividade antibacteriana (Rogov; Matthews; Yerokhin, 2025).
A evolução das microdescargas ocorre em diferentes regimes. Nas etapas iniciais predominam descargas de menor intensidade (soft sparking), associadas ao crescimento relativamente uniforme da camada. Em tensões mais elevadas predominam descargas mais energéticas (hard sparking), responsáveis pelo rápido crescimento do revestimento, mas também pela formação de poros maiores, trincas e outros defeitos quando os parâmetros elétricos não são adequadamente controlados (Hussein et al., 2011; Kovalenko et al., 2026).
Figura 3 – Representação esquemática das principais etapas do mecanismo da oxidação eletrolítica a plasma
As características dos revestimentos produzidos por PEO são fortemente dependentes das condições de processamento. Parâmetros como tensão aplicada, densidade de corrente, tempo de tratamento, frequência, duty cycle, regime elétrico e composição do eletrólito controlam a intensidade das microdescargas e, consequentemente, a espessura, a porosidade, a rugosidade e a composição química da camada formada.
Tabela 3 – Intervalos típicos de parâmetros de processamento empregados na literatura
| Parâmetro | Intervalo típico na literatura | Influência sobre o revestimento |
| Tensão aplicada (V) | 200–600 V | Controla a ruptura dielétrica, a intensidade das microdescargas, a espessura e a porosidade do revestimento. |
| Densidade de corrente (A·dm⁻²) | 5–50 | Influencia a energia das descargas e a velocidade de crescimento da camada cerâmica. |
| Tempo de tratamento | 3–15 min (180–900 s) | Aumenta a espessura e a incorporação de espécies; tempos excessivos elevam a rugosidade. |
| Frequência (Hz) | 100–1000 | Controla a distribuição das microdescargas e a uniformidade da camada. |
| Duty cycle (%) | 10–50 | Regula o tempo de condução da corrente, reduzindo aquecimento localizado. |
| Regime elétrico | DC, AC ou PDC | Correntes pulsadas (PDC) proporcionam maior controle morfológico. |
| Eletrólitos mais empregados | Fosfatos, silicatos, hidróxidos, acetatos e glicerofosfatos | Determinam a composição química da camada e a incorporação de espécies bioativas. |
| Espécies bioativas incorporadas | Ca, P, Mg, Sr, Zn, Ag, Cu, Si | Promovem bioatividade, atividade antibacteriana e aumento da resistência à corrosão. |
Fonte: Adaptada de Hussein et al. (2011), Prando et al. (2018), Malinovschi et al. (2019), Marny et al. (2023), Sagidugumar et al. (2024), Rogov, Matthews e Yerokhin (2025) e Kovalenko et al. (2026).
Conforme apresentado na Tabela 3, as propriedades dos revestimentos resultam da interação entre os parâmetros elétricos e a composição do eletrólito. Enquanto tensão, corrente, frequência e duty cycle regulam a energia e a distribuição das microdescargas, o eletrólito determina as espécies incorporadas ao revestimento, permitindo sua funcionalização com elementos como Ca, P, Mg, Sr, Zn, Ag e Cu, capazes de aumentar a bioatividade, a resistência à corrosão e, em alguns casos, conferir atividade antibacteriana (Hussein et al., 2011; Rizwan et al., 2018; Marin; Lanzutti, 2023).
Apesar do consenso quanto à importância da otimização desses parâmetros, a ampla diversidade de ligas, eletrólitos e protocolos experimentais dificulta comparações entre estudos e a definição de condições universais de processamento. Essa limitação é particularmente evidente para a liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn, cujos estudos ainda são escassos e metodologicamente heterogêneos, reforçando a necessidade de investigações sistemáticas que correlacionem parâmetros de processamento, microestrutura e desempenho funcional dos revestimentos.
A aplicação da oxidação eletrolítica a plasma em ligas Ti–β tem se destacado como uma estratégia para superar a bioinércia de superfície e produzir revestimentos cerâmicos bioativos, aderentes e resistentes à corrosão. Entretanto, o desempenho desses revestimentos depende da interação entre os parâmetros de processamento e a composição química da liga. Nesse contexto, este capítulo discute a influência da composição da Ti-25Ta-25Nb-3Sn na formação dos revestimentos obtidos por PEO e sua relação com a resposta biológica.
A liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn diferencia-se das ligas convencionais por apresentar elevada concentração de elementos β-estabilizadores biologicamente compatíveis, especialmente Nb, Ta e Sn. Além de estabilizarem a fase β, esses elementos influenciam diretamente o comportamento eletroquímico da liga, a formação dos óxidos superficiais e o crescimento dos revestimentos produzidos por PEO (Bortolini Jr et al., 2023; Marin; Lanzutti, 2023; Anene et al., 2021).
Durante o PEO, Nb e Ta favorecem a formação de óxidos altamente estáveis, principalmente Nb₂O₅ e Ta₂O₅, que complementam a matriz de TiO₂. Esses óxidos aumentam a estabilidade química da camada passiva, reduzem sua permeabilidade e elevam a resistência à corrosão, comportamento distinto daquele observado na Ti-6Al-4V, cuja camada passiva é predominantemente constituída por TiO₂. Resultados semelhantes também têm sido observados em ligas β do sistema TNTZ, reforçando o papel desses elementos na estabilidade eletroquímica dos revestimentos (Shao et al., 2021; Bocchetta et al., 2021; Hu; Zhong; Fu, 2019).
O Sn atua principalmente na estabilização microestrutural da fase β e pode influenciar a cinética de oxidação e a evolução da camada porosa durante o PEO. Entretanto, sua contribuição específica para a bioatividade e para a microestrutura dos revestimentos ainda permanece pouco compreendida, especialmente na liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn (Reis et al., 2020; Neto et al., 2024; Bolzoni et al., 2024).
Embora exista consenso quanto ao papel benéfico de Nb e Ta na estabilidade eletroquímica dos revestimentos, ainda são escassos estudos que avaliem isoladamente a contribuição de cada elemento ou que correlacionem a formação de Nb₂O₅ e Ta₂O₅ com os parâmetros de processamento e a resposta biológica. Essa lacuna é particularmente evidente para a Ti-25Ta-25Nb-3Sn, cujo desenvolvimento permanece em estágio experimental.
Os revestimentos produzidos por PEO apresentam estrutura multicamadas composta por uma camada barreira interna compacta, uma camada intermediária relativamente densa e uma camada externa porosa, arquitetura que favorece simultaneamente a proteção eletroquímica do substrato e a interação com o tecido biológico (Marin; Lanzutti, 2023; Hussein et al., 2011).
Sua microestrutura depende da composição da liga e das condições de processamento, influenciando diretamente espessura, rugosidade, porosidade, molhabilidade, composição química e resistência à corrosão. Em aplicações biomédicas, a incorporação de elementos como Ca, P, Mg, Sr e Zn aumenta o potencial bioativo ao favorecer a nucleação de hidroxiapatita e a adesão celular.
Tabela 4 – Principais estudos experimentais sobre revestimentos obtidos por PEO em ligas de titânio para aplicações biomédicas
| Referência | Liga | Eletrólito | Parâmetros do PEO | Espessura (µm) | Principais resultados |
| Bortolini Jr et al. (2023) | Ti-25Ta-25Nb-3Sn | Na₃PO₄ + glicerofosfato e acetato de Ca | 350, 450 e 550 V; 6 min | 259–295 | Aumento da espessura em 550 V; redução da rugosidade; maior resistência à corrosão. |
| Caetano et al. (2021) | Ti comercialmente puro | Eletrólito contendo Ca e P | 300–450 V | 10–40 | Formação de hidroxiapatita, incorporação de Ca/P e aumento da bioatividade. |
| Hu, Zhong e Fu (2019) | Liga Ti-5Zr-3Sn-5Mo-25Nb | Eletrólito contendo Ca/P | 250–500 V | — | Maior adesão celular, resistência eletroquímica e nucleação de apatita. |
| Beilner et al. (2021) | Liga β-Ti (Ti-25Nb-25Ta) | Solução fosfatada | Variável | — | Influência da tensão e do eletrólito na composição química e porosidade. |
| Rizwan et al. (2018) | Ti e Mg | Eletrólitos bioativos contendo Ca/P | Variável | — | Incorporação de íons bioativos, aumento da resistência à corrosão e bioatividade. |
| Bocchetta et al. (2021) | TNTZ | Solução fosfatada | Variável | — | Formação de Nb₂O₅ e Ta₂O₅, maior estabilidade eletroquímica e resistência à corrosão. |
| Marin e Lanzutti (2023) | Revisão de ligas β-Ti | Diversos | Diversos | — | Demonstra que eletrólitos contendo Ca/P favorecem simultaneamente bioatividade e resistência à corrosão. |
Fonte: Adaptada de Bortolini Jr et al. (2023), Rizwan et al. (2018), Hu, Zhong e Fu (2019), Caetano et al. (2021), Beilner et al. (2021), Bocchetta et al. (2021) e Marin e Lanzutti (2023).
Conforme apresentado na Tabela 4, os revestimentos obtidos por PEO promovem, de forma consistente, melhorias na resistência à corrosão e na bioatividade em diferentes ligas de titânio. Entretanto, a ampla variação das condições experimentais, especialmente quanto à tensão aplicada, composição do eletrólito e tempo de tratamento, dificulta comparações quantitativas entre os estudos. Para a Ti-25Ta-25Nb-3Sn, os estudos ainda são limitados e concentram-se em poucas condições experimentais, impossibilitando a definição de parâmetros de processamento universalmente otimizados. Essa limitação evidencia a necessidade de investigações sistemáticas que correlacionem, de forma integrada, processamento, microestrutura e resposta biológica.
A resposta biológica aos implantes depende principalmente das características da superfície, que regulam processos como adsorção de proteínas, adesão celular e mineralização, determinantes para a osseointegração.
Figura 4 – Relação entre as características de superfície de implantes metálicos e a resposta biológica, destacando a aplicação da oxidação eletrolítica a plasma (PEO) em ligas Ti–β, especialmente na Ti-25Ta-25Nb-3Sn
Rugosidade, porosidade e composição química atuam de forma integrada na resposta celular. Superfícies com micro e nanotopografia favorecem a organização do citoesqueleto, a adesão celular e a diferenciação osteoblástica, enquanto porosidade controlada facilita a difusão de nutrientes, a vascularização e a nucleação de hidroxiapatita. Paralelamente, a incorporação de íons bioativos, como Ca, P, Si, Mg e Sr, intensifica a bioatividade e acelera a osseointegração (Xue et al., 2020; Wang et al., 2019; Caetano et al., 2021).
Assim, a resposta biológica resulta da atuação integrada desses fatores e não de uma única característica de superfície. Embora exista consenso quanto à importância da rugosidade, da porosidade e da composição química, ainda permanecem divergências sobre a contribuição relativa de cada parâmetro, especialmente em revestimentos produzidos por PEO sobre ligas Ti–β. Além disso, estudos que avaliem simultaneamente essas variáveis em modelos in vivo e clínicos ainda são escassos.
A resposta biológica dos revestimentos produzidos por PEO é normalmente avaliada por marcadores de osteogênese, como a Atividade da Fosfatase Alcalina (ALP), a expressão de RUNX2, Colágeno tipo I (COL-I) e Osteocalcina (OCN), indicadores da diferenciação e maturação osteoblástica.
Ensaios in vitro utilizam principalmente as linhagens MG63, MC3T3-E1 e SaOS-2 para avaliar adesão, proliferação e diferenciação celular, enquanto estudos in vivo empregam parâmetros histomorfométricos, como Bone-to-Implant Contact (BIC) e Bone Volume/Total Volume (BV/TV), para quantificar a osseointegração e a neoformação óssea ao redor do implante (Giavaresi et al., 2023; Karazisis et al., 2017; Qiao et al., 2024).
Apesar da ampla utilização desses marcadores, ainda são escassos os estudos que correlacionem sistematicamente sua expressão com a formação de óxidos ricos em Nb₂O₅ e Ta₂O₅ nos revestimentos produzidos sobre a liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn. Dessa forma, permanece pouco compreendida a influência específica da composição química dessa liga sobre a resposta biológica, reforçando a necessidade de estudos comparativos com sistemas mais consolidados, como Ti-6Al-4V e TNTZ.
O desenvolvimento de revestimentos obtidos por PEO tem evoluído de superfícies essencialmente bioativas para sistemas multifuncionais capazes de combinar resistência à corrosão, osteogênese e atividade antimicrobiana. Nesse contexto, além da incorporação convencional de Ca e P, pesquisas recentes têm explorado dopantes metálicos, como Sr, Mg, Zn, Cu e Ag, visando modular simultaneamente a resposta biológica e a estabilidade eletroquímica dos revestimentos. Enquanto Sr, Mg e Zn estão associados ao estímulo da diferenciação osteoblástica e da formação óssea, Ag e Cu destacam-se principalmente pela atividade antimicrobiana e pela redução da formação de biofilmes. Estudos recentes também indicam que estratégias de co-dopagem podem potencializar esses efeitos, conciliando bioatividade, controle da inflamação e resistência à corrosão (Zhang et al., 2025; Wen et al., 2023; Tao et al., 2025).
Paralelamente ao desenvolvimento de novos revestimentos, observa-se uma ampliação das técnicas utilizadas para sua caracterização. Além dos ensaios convencionais de microscopia e difração de raios X, a Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS) tem se consolidado como uma das principais ferramentas para avaliar a estabilidade eletroquímica, a integridade da camada passiva e os mecanismos de transporte iônico em meio fisiológico. Da mesma forma, ensaios tribológicos e de fadiga vêm sendo incorporados às avaliações de desempenho, permitindo compreender o comportamento dos revestimentos sob condições mais próximas das solicitações mecânicas encontradas em implantes ortopédicos e odontológicos. Essas abordagens ampliam a compreensão da relação entre microestrutura, resistência à corrosão e durabilidade dos revestimentos (Zhang et al., 2025; Zieliński; Bartmański, 2020; Wen et al., 2023).
Além dos avanços na engenharia de superfície, observa-se uma crescente integração entre biomateriais e tecnologias digitais. Ferramentas de Inteligência Artificial (IA) e Machine Learning vêm sendo empregadas para otimizar parâmetros do PEO, prever propriedades dos revestimentos e acelerar o desenvolvimento de novos eletrólitos e estratégias de dopagem. Paralelamente, o conceito de Digital Twins possibilita simular o comportamento de implantes em condições fisiológicas antes da fabricação, enquanto a manufatura aditiva permite produzir implantes personalizados posteriormente funcionalizados por PEO. A convergência dessas tecnologias com o desenvolvimento de superfícies inteligentes representa uma das principais tendências para a próxima geração de implantes metálicos multifuncionais (Akbarzadeh; Ghomi; Ramakrishna, 2022; Franceschini et al., 2025; Gao et al., 2025).
As evidências atuais demonstram que a evolução dos revestimentos obtidos por PEO está direcionada ao desenvolvimento de superfícies multifuncionais, capazes de integrar bioatividade, resistência à corrosão, estabilidade mecânica e atividade antimicrobiana. Entretanto, a grande variabilidade de ligas, eletrólitos, dopantes e condições de processamento ainda dificulta a comparação entre estudos e limita a padronização de protocolos. No caso específico da liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn, essas limitações são ainda mais evidentes devido ao reduzido número de investigações disponíveis, o que reforça a necessidade de estudos sistemáticos que integrem caracterização eletroquímica, desempenho mecânico, resposta biológica e validação em modelos pré-clínicos e clínicos.
Esta revisão crítica analisou os avanços relacionados às ligas Ti–β para aplicações biomédicas, com ênfase na liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn e na utilização da Oxidação Eletrolítica a Plasma (PEO) como estratégia de modificação de superfície. A análise da literatura evidencia que a combinação entre um substrato com baixo módulo de elasticidade e elevada resistência à corrosão e um revestimento bioativo obtido por PEO representa uma abordagem promissora para favorecer a osseointegração e ampliar o desempenho funcional de implantes metálicos.
Os estudos revisados demonstram consenso de que as características superficiais dos revestimentos, como rugosidade, porosidade, composição química e incorporação de espécies bioativas, exercem papel determinante na modulação da resposta biológica. Da mesma forma, parâmetros de processamento do PEO, como tensão applied, composição do eletrólito e regime elétrico, influenciam diretamente a microestrutura, a resistência à corrosão e o potencial bioativo dos revestimentos. Mais recentemente, estratégias baseadas na incorporação de dopantes, como Sr, Mg, Zn, Ag e Cu, têm ampliado as possibilidades de obtenção de superfícies multifuncionais, capazes de integrar propriedades osteogênicas, antimicrobianas e anticorrosivas.
Entretanto, esta revisão também evidencia importantes lacunas do conhecimento. Apesar do crescente interesse pelas ligas Ti–β, os estudos envolvendo especificamente a Ti-25Ta-25Nb-3Sn ainda são limitados quando comparados aos realizados com ligas consolidadas, como Ti-6Al-4V e TNTZ. Permanecem pouco compreendidos aspectos relacionados à influência da composição química da liga na formação dos revestimentos por PEO, ao papel dos óxidos Nb₂O₅ e Ta₂O₅ na resposta biológica e à definição de parâmetros de processamento capazes de produzir revestimentos reprodutíveis e com desempenho otimizado.
Outro aspecto evidenciado refere-se à elevada heterogeneidade metodológica observada na literatura, envolvendo diferenças de eletrólitos, parâmetros elétricos, protocolos experimentais e métodos de caracterização. Essa variabilidade dificulta comparações entre estudos e reforça a necessidade de protocolos padronizados, bem como de avaliações integradas que associem caracterização microestrutural, resistência à corrosão, desempenho mecânico e resposta biológica. Além disso, embora ferramentas como a Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS), ensaios tribológicos e modelos computacionais estejam ampliando a compreensão desses sistemas, sua aplicação ainda permanece restrita a um número reduzido de estudos.
Por fim, observa-se que o desenvolvimento de implantes metálicos caminha para a obtenção de superfícies multifuncionais e personalizadas, integrando técnicas de engenharia de superfície, dopagem com íons bioativos, manufatura aditiva e ferramentas digitais, como Inteligência Artificial, Machine Learning e Digital Twins. Nesse cenário, a liga Ti-25Ta-25Nb-3Sn apresenta potencial para aplicações biomédicas, porém seu desenvolvimento permanece em estágio experimental. Assim, sua consolidação dependerá da ampliação de estudos comparativos, da padronização dos processos de fabricação e da realização de investigações in vivo e clínicas de longo prazo, capazes de validar sua segurança, eficácia e aplicabilidade clínica.
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[1] Pós-graduação Lato Sensu em Engenharia de Segurança do Trabalho; Bacharel em Engenharia Metalúrgica. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8441-3563. Currículo Lattes: http://lattes.cnpq.br/1001676206125043.
[2] Especialista em Engenharia e Gerenciamento de Manutenção (Pós-graduação Lato Sensu); Bacharel em Engenharia Mecânica. ORCID: https://orcid.org/0009-0008-8435-2914. Currículo Lattes: http://lattes.cnpq.br/4523248341892791.
Contribuição dos autores:
Juliana Layber Mota Engelhardt: Concepção do estudo, definição do tema, planejamento da pesquisa, levantamento bibliográfico, análise e interpretação da literatura científica, elaboração das figuras e tabelas, redação do manuscrito e revisão final do conteúdo.
Henrique Engelhardt: Levantamento e organização das referências bibliográficas, análise crítica da literatura, interpretação dos resultados discutidos, revisão técnica e científica do manuscrito, contribuições para a redação e aprovação da versão final do trabalho.
Conflito de interesse:
N/A.
Agradecimentos:
N/A.
Financiamento:
N/A.
Nota de presença de IA:
N/A.
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Histórico da Publicação:
Material recebido: 15 de junho de 2026.
Material aprovado pelos pares: 20 de julho de 2026.
Material editado aprovado pelos autores: 18 de outubro de 2026.
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