Avaliação toxicológica de ligas metálicas nanocristalinas com potenciais aplicações na área aeronáutica

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 1523 (2022) Citar este artigo

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O desenvolvimento de novas ligas candidatas com características marcantes para sua utilização na área aeronáutica é uma das principais prioridades do setor. Neste contexto, as ligas nanocristalinas (nc) são consideradas materiais relevantes devido às suas características especiais, como as suas excepcionais propriedades físicas e mecânicas. Contudo, outro ponto importante que precisa ser considerado com ligas recentemente desenvolvidas é o potencial impacto toxicológico que estes materiais podem ter em humanos e outros organismos vivos. O objetivo deste trabalho foi realizar uma avaliação toxicológica preliminar de três ligas metálicas nc (WCu, WAl e TiAl) em pó produzidas por liga mecânica, aplicando diferentes ensaios in vitro, incluindo uma mistura de pós de W-Cu com granulometria padrão. nos experimentos para estabelecer comparações. Os efeitos da exposição direta a suspensões em pó e/ou aos seus lixiviados derivados foram analisados ​​em três organismos modelo representativos de exposições humanas e ambientais (a linha celular epitelial basal alveolar humana adenocarcinómica A549, a levedura Saccharomyces cerevisiae e a bactéria Gram negativa Vibrio fischeri ). No total, os resultados obtidos fornecem novos insights sobre os potenciais efeitos nocivos das ligas nc selecionadas, mostrando que, do ponto de vista toxicológico, o nc TiAl é o candidato mais seguro nos organismos modelo e nas condições testadas.

O conceito de materiais nanocristalinos (nc), introduzido pela primeira vez por Gleiter1, no caso específico das ligas, refere-se a um metal que apresenta tamanho médio de grão na escala nanométrica, sendo este valor inferior a 100 nm. As extraordinárias propriedades mecânicas, químicas e físicas que estes materiais apresentam têm atraído a atenção da comunidade científica e, por isso, os metais nc têm sido objeto de intensa pesquisa interdisciplinar2,3,4,5,6. Entre as características marcantes que estes materiais possuem, destacam-se as excepcionais características catalíticas e térmicas, bem como a grande resistência, dureza e maior resistência ao desgaste7, todas elas dadas pelas suas propriedades estruturais específicas. Assim, a utilização de ligas nc poderá representar um impacto significativo naqueles setores onde há necessidade de aplicação de materiais com estas características especiais, como a indústria aeroespacial ou aeronáutica.

Nos últimos anos, e motivado pela forte concorrência que existe no sector, o desenvolvimento de novos materiais para aplicações aeronáuticas tem sido considerado uma das principais prioridades deste sector8. Assim, tem sido realizada uma extensa investigação para abordar esta questão, colocando esforços na procura de materiais que permitam reduzir custos, ao mesmo tempo que proporcionam uma melhoria no seu comportamento quando submetidos a condições duras (resistência ao desgaste e à corrosão, tolerância a danos…)9, 10,11. Portanto, a seleção de elementos para desenvolver uma nova liga candidata é uma etapa crítica que deve ser cuidadosamente considerada. Nesse contexto, a técnica de liga mecânica, que permite a combinação de elementos difíceis ou impossíveis de fundir por outros procedimentos convencionais12, destaca-se como metodologia relevante para a produção de novas ligas. Além disso, no caso dos nanomateriais metálicos, foi comprovado que a liga amplia significativamente a faixa de temperatura onde o engrossamento é inibido, o que é um dos efeitos prejudiciais que esses materiais podem apresentar quando estão constantemente expostos a altas temperaturas . A este respeito, várias ligas metálicas nc têm mostrado um comportamento melhorado a altas temperaturas em comparação com as suas contrapartes de metal puro .

Além das excepcionais características mecânicas e físicas que as ligas recentemente desenvolvidas devem ter para permitir a sua utilização nas áreas de interesse, deve ser considerada a sua segurança humana e ambiental. Na verdade, a toxicidade de diferentes ligas metálicas relevantes amplamente utilizadas em diferentes campos, como biomédico ou militar (fabricação de dispositivos médicos, fabricação de munições...)17,18 já foi avaliada usando métodos in vitro e in vivo19,20,21, 22. No entanto, com o surgimento da indústria de manufatura aditiva nos últimos anos, o uso de pós metálicos está atualmente muito mais difundido. Dado que os pós metálicos podem ser mais tóxicos do que os seus equivalentes a granel23, o fornecimento de informações sobre as possíveis consequências associadas ao seu manuseamento e gestão deve ser considerado de importância crítica, considerando também a potencial lixiviação devido à sua deterioração e degradação.