AbstractOs desafios e as exigências dos projetos de separaç ão isotópica a laser, desenvolvidos na Divisão de F otônica do IEAv, habilitaram seus pesquisadores com capacitações ímpares. Graças a essas

capacitações, diversas aplicações de lasers e de óp tica e óptica foram desenvolvidas e colaborações in terinstitucionais, efetivadas. Dentre essas aplicaç ões, vale destacar: o diagnóstico a laser de combustão, os processos de sinterização a laser, os processamentos a laser de materiais (corte, furaçã o, marcação e solda) e as aplicações de lasers em m ateriais biológicos e biocompatíveis(tecnologias de áreas biológicas que têm aplicação dual e que podem ser adaptadas para emprego na Defe sa Nacional, de acordo com o SisCTID1 – Ciência, Tec nologia e Inovação de Interesse da Defesa Nacional, Ministério da Defesa, Brasília, 2003). Ne ste trabalho, são mostradas algumas dessas atividad es de grande importância, do ponto de vista de ciên cias de materiais, que são as pesquisas envolvendo o laser de Cu-HBr (totalmente construído nos laboratórios da Div. Fotônica) com a odontologi a e na ablação do titânio, que, devido à sua biocomp atibilidade e às suas propriedades mecânicas, é amplamente utilizado em implantes ósseos e dentári os.

Walter Miyakawa , Milton S. F. Lima, Rudimar Riva, Álvaro Damião

Instituto de Estudos Avançados /CTA - São José dos Ca mpos – SP

Aplicações de lasers em materiais biológicos e biocompatíveis

Ablação de titânio usando o laser de Cu-HBr

Figure 2: photo of the sample surface after laser machining using argon (left square) and ambient air (right square). Eleven line damages surrounded by a larger square were drawn with argon flux (left) and ambient air (right). Each line shape resembles a “tie” and is approximately 1 cm long.

1 cm

(a) ambient air

(b) with argon

Figure 3: light micrographs of the line damages without (a) and with (b) argon flux. The tie-shape of the line damages can be more clearly seen. At the focal point (central part of the line damage), the ablated width is larger and the heat affected area is smaller. At the edges, larger beam spots imply extended heat affected area. The oxidation is considerably more pronounced when the experiment was performed in ambient air.

Figure 6: comparison between experimental and theoretical profile of the ablation area, calculated using the damage radius equation of the geometrical method [3]:

(1)

where w(z) is the beam radius, P0 is the laser pulse power and It is the ablation threshold intensity (9.4x1010

W/cm2).

])(

2ln[

2

)()( 0

2

2

tI

P

zw

zwz

πρ =

laser

F

f

Samplex

y

z

CNC machine

mirror

Figure 1: schematic diagram of the experimental setup used for the titanium ablation. An optical filter F was used to separate the wavelengths by reflecting the 578 nm and transmitting the 510 nm line. A thin lens f (BK7 focusing lens, 10 cm of focal depth) was attached to the vertical z-axis in order to control the focus position.

12 3

321

32

1

0 1 2 3 4 5

-4

-2

0

2

4

z (mm)

ρ (m

m)

1,0E-6

1,0E-5

1,0E-4

1,0E-3

1,0E-2

1,0E-1

1,0E0enamel dentine

Aplicação de lasers em tecidos dentais duros

(a) (b)

Figura 1: micrografias de esmalte dental humano (a) natural e (b) fundido com laser de CO2-TEA, obtidos por MFA.

(a)

(b) (c)

Figura 2: (a) limiar de ablação térmica; (b) mosaico com micrografias de força atômica de uma seção transversal na região central da cavidade gerada por ablação do esmalte dental humano e (c) análise de perfil ao longo de três linhas, escolhidas aleatoriamente, para mostrar as diferenças de altura relativas entre as regiões 1, 2 e 3 indicadas no mosaico.

1122

33

Figura 3: cálculo teórico de deposição de energia e variação de temperatura devido a um pulso (0,5 mJ) na linha verde do laser de Cu-HBr.

(a) (b)Figura 4: tratamento de superfície de esmalte dental humano com a linha verde do laser de Cu-HBr, para induzir aumento de resistência à ataque ácido: micrografias ópticas

(a) antes e (b) após o ataque ácido, mostram que a metade tratada com o laser, praticamente, ficou inerte ao ataque ácido.