Modificação superficial do magnésio laminado a quente para utilização em engenharia de tecidos ósseos
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Manuel Houmard
Vanessa de Freitas Cunha Lins
Fernando Cotting
Marcelo Rosa Dumont
Daniel Dornellas Athayde
Vanessa de Freitas Cunha Lins
Fernando Cotting
Marcelo Rosa Dumont
Daniel Dornellas Athayde
Resumo
O magnésio (Mg) é um material metálico não-ferroso com propriedades como baixa densidade e módulo de elasticidade próximo ao do osso humano. Trata-se de elemento essencial para o corpo humano, o que o torna um potencial candidato para produção de implantes ósseos. Contudo, sua alta taxa de corrosão e de liberação de gás hidrogênio em meios fisiológicos limitam sua utilização. Dessa forma, a investigação de estratégias para redução da taxa de corrosão do magnésio sem comprometer sua biocompatibilidade é um desafio enfrentado por diversos autores. Este trabalho consistiu em modificar a superfície do Mg com recobrimento cerâmico à base de fosfato dicálcico dihidratado (DCPD) e filme híbrido composto por álcool polivinílico (PVA) e vidro bioativo (BG). O Mg utilizado nesse estudo foi inicialmente processado por laminação a quente visando garantir que esse material possuísse resistência mecânica favorável para aplicação como implante ósseo. Os resultados obtidos nesse estudo são apresentados no formato de dois artigos científicos. O primeiro deles abordou a deposição do DCPD sobre o Mg por meio da sua imersão em banho de fosfatização. No segundo artigo se avaliou a deposição por processo dip coating de filme híbrido PVA/BG sobre o recobrimento de DCPD previamente produzido. Avaliou-se a estrutura, a resistência à corrosão em meio corpóreo simulado e a biocompatibilidade dos materiais preparados. Foi observado que a deposição do revestimento de DCPD aumenta a resistência à corrosão do Mg, além de promover uma rápida formação de hidroxiapatita (HAp) sobre o material. A formação de HAp é um importante indício da biocompatibilidade de um material, visto que se trata da fase mineral do osso humano, favorecendo a integração do biomaterial com o meio fisiológico. Ensaios de citometria de fluxo demonstraram que o material modificado com DCPD não apresentou toxicidade em células de rim de embrião humano. A posterior modificação da superfície do Mg/DCPD com filmes híbridos PVA/BG aumentaram ainda mais sua resistência à corrosão em fluido corporal simulado (simulated body fluid-SBF), alcançando valores superiores de módulo de impedância e melhor resposta de viabilidade celular (acima de 90%). Esse estudo contribui para uma aplicação mais efetiva do Mg em engenharia de tecidos ósseos.
Abstract
Magnesium (Mg) is a nonferrous metallic material with properties such as low density and
modulus of elasticity close to that of bone. It is an essential element for the human body,
making it a potential candidate to produce bone implants. However, its high rate of corrosion
and hydrogen gas release in physiological media limit its use. Thus, the investigation of
strategies to reduce the corrosion rate of magnesium without compromising its
biocompatibility is a challenge faced by several authors. This work consisted in modifying the
Mg surface with a ceramic coating based on dicalcium phosphate dihydrate (DCPD) and a
hybrid film composed of polyvinyl alcohol (PVA) and bioactive glass (BG). The Mg used in
this study was initially processed by hot rolling to ensure that this material had favorable
mechanical strength for application as a bone implant. The results obtained in this study are
presented in the format of two scientific articles. The first one deals with the deposition of
DCPD on Mg by means of its immersion in a phosphating bath. The second article evaluated
the deposition by dipcoating process of a PVA/BG hybrid film on the previously produced
DCPD coating. The structure, corrosion resistance in simulated body environment, and
biocompatibility of the prepared materials were evaluated. It was observed that the deposition
of the DCPD coating increases the corrosion resistance of Mg and promotes a rapid formation
of hydroxyapatite (HAp) on the material. The formation of HAp is an important indication of
the biocompatibility of a material since it is the mineral phase of human bone, which favors
the integration of the biomaterial with the physiological environment. Flow cytometry test
evaluated that the material modified with DCPD did not present toxicity in human embryonic
kidney cells. Therefore, the subsequent surface modification of Mg/DCPD with PVA/BG
hybrid films further increased its corrosion resistance in simulated body fluid (SBF),
achieving higher impedance modulus values and better cell viability response (above 90%).
This study contributes to a more effective application of Mg in bone tissue engineering.
Assunto
Engenharia metalúrgica, Metalurgia física, Metalurgia de transformação, Corrosão Teses, Magnésio, Revestimentos
Palavras-chave
Magnésio, Corrosão, Biocompatibilidade, Engenharia de tecidos ósseos , Revestimentos