Síntese e caracterização de revestimento de fosfato de cálcio dopado com magnésio sobre substrato de titânio

Abstract

Biomateriais aplicados em implantes ortopédicos e dentários devem apresentar biocompatibilidade, resistência mecânica e interação adequada com os tecidos biológicos. Revestimentos cerâmicos de monetita (CaHPO4), especialmente quando dopados com magnésio (Mg), podem potencializar essas propriedades, otimizando o desempenho biológico do material. Este trabalho teve como foco o desenvolvimento e caracterização de revestimentos de monetita dopada com Mg sobre superfícies de titânio comercialmente puro (Ti-c.p.), visando a melhoria das propriedades estruturais, morfológicas e biocompatíveis do substrato. O método hidrotermal mostrou-se eficaz na obtenção de revestimentos homogêneos e cristalinos, sem formação de fases secundárias, mesmo com a incorporação de Mg. A análise morfológica revelou superfícies compostas por plaquetas lamelares e partículas arredondadas, cuja presença aumentou com a concentração de Mg. A dopagem promoveu aumento da hidrofilicidade, com redução significativa do ângulo de contato, favorecendo maior interação com fluidos biológicos. Apesar disso, a dopagem reduziu a força de adesão do revestimento ao substrato, especialmente em maiores concentrações, indicando interferência na estabilidade mecânica da interface. Os ensaios biológicos com células pré-osteoblásticas demonstraram ausência de citotoxicidade e revelaram estímulo à adesão, proliferação, diferenciação osteogênica e angiogênese, além de uma remodelação equilibrada da matriz extracelular. Os testes antimicrobianos não evidenciaram atividade contra Escherichia coli e Staphylococcus aureus. O tratamento térmico a 700 °C promoveu a transformação da monetita em β-pirofosfato de cálcio (β-CPP), mantendo a estabilidade estrutural do revestimento e aumentando ainda mais sua hidrofilicidade. Conclui-se que os revestimentos de monetita dopada com Mg apresentam propriedades físico-químicas e biológicas favoráveis, com potencial para aplicação em superfícies de implantes ortopédicos e odontológicos. A metodologia empregada permite reprodutibilidade, síntese simplificada e abre possibilidades para a obtenção de novos compostos com aplicações biomédicas.

Biomaterials used in orthopedic and dental implants must exhibit biocompatibility, mechanical strength, and effective interaction with biological tissues. Ceramic coatings based on monetite (CaHPO4), especially when doped with magnesium (Mg), can enhance these properties by improving the biological performance of the material. This study focused on the development and characterization of Mg-doped monetite coatings on commercially pure titanium (c.p. Ti) surfaces, aiming to improve the structural, morphological, and biocompatibility properties of the substrate. The hydrothermal method proved effective in producing homogeneous and crystalline coatings, with no formation of secondary phases, even with Mg incorporation. Morphological analysis revealed surfaces composed of lamellar platelets and rounded particles, whose presence increased proportionally to Mg concentration. Doping enhanced hydrophilicity, significantly reducing the water contact angle and promoting better interaction with biological fluids. However, Mg addition reduced the adhesion strength of the coating to the substrate, particularly at higher concentrations, indicating interference in the mechanical stability of the coating–substrate interface. Biological assays using preosteoblastic cells showed no cytotoxicity and revealed stimulation of cell adhesion, proliferation, osteogenic differentiation, angiogenesis, and balanced extracellular matrix remodeling. Antimicrobial tests showed no bactericidal activity against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Heat treatment at 700 °C promoted the transformation of monetite into β-calcium pyrophosphate (β-CPP), maintaining coating structural stability while further improving surface hydrophilicity. It is concluded that Mg-doped monetite coatings exhibit favorable physicochemical and biological properties, showing promise for application on orthopedic and dental implant surfaces. The proposed methodology allows for reproducibility, simple synthesis, and opens opportunities for obtaining new compounds with biomedical applications.