Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: Utilização do compósito P(VDF- TrFE)/Batio3 como revestimento de implantes da liga Ti-30Ta para aplicações biomédicas
Autor(es): RIBEIRO, Larissa Mayra Silva
Primeiro Orientador: GIMENES, Rosano
metadata.dc.contributor.advisor-co1: CAPELLATO, Patrícia
Resumo: O titânio e suas ligas são amplamente utilizados como biomateriais para fixação e substituição do tecido ósseo devido às suas propriedades mecânicas e à sua biocompatibilidade. No entanto, o titânio comercialmente puro é considerado como um material bioinerte e seu módulo de elasticidade (110 GPa) é muito superior quando comparado ao módulo do tecido ósseo, o qual corresponde a faixa de 10-30GPa. Por este motivo, busca-se adicionar elementos ao titânio mantendo suas características biocompatíveis. Assim, a liga Ti-30Ta foi escolhida para a realização deste estudo, a qual possui módulo de elasticidade próximo mais próximo ao do osso quando comparado ao titânio cp. Não obstante, para promover características bioativas ao implante, é possível recobrir sua superfície utilizando filmes biocompatíveis e biofuncionais. Por este motivo, biomateriais com propriedades piezoelétricas, como o copolímero P(VDF TrFE) e a cerâmica BaTiO3, foram adotados com o intuito de recobrir a liga de titânio a fim de promover a eletroestimulação das células ósseas e favorecer o processo de osteogênese. Para tal, o material foi sintetizado e depositado no substrato de Ti-30Ta através da técnica de pulverização à baixas temperaturas. A caracterização do compósito foi realizada através das técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difração de Raios-X (DRX), Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Análise Termogravimétrica (TG), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), Energia de Superfície e Molhabilidade. Já para a avaliação da adesão do filme no substrato foi utilizado a técnica de Esclerometria (ou Scratch Test) e o comportamento mecânico do material foi avaliado pela Microdureza Vickers e Módulo de Elasticidade. Já a resistividade elétrica foi obtida através do Ensaio de Impedância em corrente alternada. Para avaliar a atividade microbiológica do material, foram realizados os ensaios utilizando cepas de bactérias Staphylococcus aureus e Staphylococcus epidermidis. O comportamento das células sanguíneas quando em contato com o material foi avaliado pelo ensaio de hemocompatibilidade. Os resultados obtidos por meio das técnicas citadas anteriormente indicam que o material de recobrimento indica características de superfície como molhabilidade – com superfície hidrofílica correspondente a um ângulo de contato de 80°, rugosidade média de 0,24µm e energia de superfície correspondente a 40,7 mN/m2 , as quais são consideradas adequadas para promover a interação entre célula-implante. Além disso, também foi constatado que o material de recobrimento possui estabilidade térmica até 450°C e apresenta fase piezoelétrica até aproximadamente 140°C. Em relação a adesão do filme no substrato, foi observado que através da técnica de lixamento realizado na superfície, o filme se comportou de forma superior às demais amostras, sendo a carga crítica para ocasionar falha no recobrimento correspondente a 8MPa. Os ensaios biológicos mostraram que o material apresenta características hemocompatíveis quando em contato com as células sanguíneas. Já o ensaio microbiológico mostrou que para a bactéria Staphylococcus aureus o crescimento bacteriano na liga recoberta não mostrou diferenças significativas quando comparada com a liga sem recobrimento. Já no caso da Staphylococcus epidermidis, houve um crescimento considerável na liga recoberta em relação a liga sem recobrimento, indicando que a superfície do filme pode ter propiciado o crescimento bacteriano. No entanto, com base nos resultados apresentados, pode-se concluir que a liga Ti-30Ta recoberta com P(VDF-TrFE)/BaTiO3 é promissora para aplicações biomédicas, principalmente quando utilizada como implantes odontológicos e faciais.
Abstract: Titanium and its alloys are widely used as biomaterial for fixation and replacement of bone tissue due to their mechanical properties and their biocompatibility, which can promote to the patient a fast recovery. However, commercially pure titanium is considered as bioinert material and his Young’s modulus (110GPa) is higher when compared to the bone tissue modulus, which corresponds to the range of 10-30 GPa. For this reason, it is sought to add elements to the titanium while maintaining its biocompatible characteristics. Thus, the Ti-30Ta alloy was chosen for this study, which has Young’s modulus more compatible with the bone when related to titanium. Nevertheless, in order to promote osseointegrative properties to the implant, it is possible to cover its surface using biocompatible and biofunctional films. Therefore, biomaterials with piezoelectric properties, such as P(VDF-TrFE) copolymer and BaTiO3 ceramics, were adopted with purpose of covering Ti-30Ta substrates in order to promote the electrostimulation of bone cells and favor the osteogenesis process. For this research, the material was synthesized and deposited on the Ti-30Ta substrate using the spray technique at low temperature. The characterization of the composite was carried out using Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TG), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Surface Energy, Wettability and Roughness. For the evaluation of the adhesion of the film in the substrate was used the technique of Scratch Test and the mechanical behavior of the material was evaluated by the Microhardness Vickers and Modulus of Elasticity. The electrical resistivity was obtained through the Impedance Test (AC). In order to evaluate the microbiological activity of the material, were used Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis bacteria. The behavior of blood cells when in contact with the material was evaluated by the hemocompatibility test. The results obtained by means of the techniques mentioned above indicate that the coating film demonstrate surface characteristics as wettability – with hydrophilic surface corresponding to a contact angle of 80°, average roughness of 0,24 µm and surface energy corresponding of 40,7 mN/m2 , which are considered adequate to promote cell-implant interaction. In addition, it has also been found that the coating material has thermal stability up to 450°C and presents the piezoelectric phase up to approximately 140°C. Regarding the adhesion of the film on substrate, was observed that through the sanding technique performed on surface, the film behaved in a superior way to the other samples, being the critical load to cause failure in the covering corresponding to 8MPa. Biological assays have shown that the material presents hemocompatible characteristics when in contact with blood cells. The microbiological assay showed that for the Staphylococcus aureusthe bacterial growth in the coated did not present significant differences when compared with de uncoated alloy. In the case of Staphylococcus epidermides, there was a considerable growth in coated alloy in relation with the uncoated alloy. These results can indicate that the film surface may have provided bacterial growth. However, based on the results presented, it can be concluded that the Ti-30Ta alloy coated with P(VDF-TrFE)/BaTiO3 is promising for biomedical applications, especially when used as dental and facial implants.
Palavras-chave: Liga Ti-30Ta
P(VDF-TrFE)/BaTiO3
Modificação de superfícies
Recobrimento de substratos
Recobrimento de substratos
Osseointegração
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA::MATERIAIS PARA ENGENHARIA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Ciência e Engenharia de Materiais
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2651
Data do documento: 15-Fev-2019
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