Síntese e caracterização dos filmes de titanato de cálcio sobre substrato metálico de titânio

Os implantes utilizados na medicina ortopédica e na odontologia são desenvolvidos para apresentarem biocompatibilidade e bioatividade, restaurando, com esses dispositivos, funções estruturais e proporcionando segurança e qualidade de vida ao paciente. O titânio, por ser biocompatível e possuir boa resistência (mecânica e à corrosão), é amplamente utilizado para constituir esses implantes. Não obstante, modificações de superfície podem ser feitas a fim de agregar a osteoindução e a osteocondução às referidas propriedades. Modificações com a hidroxiapatita (HAp) são preferidas para esse propósito, entretanto, essa biocerâmica apresenta falhas na adesão à superfície do titânio, além de apresentar baixa resistência mecânica. O titanato de cálcio em contrapartida possui a característica de promover o crescimento de apatitas sobre sua superfície e, desde que apresente boa adesão ao titânio, otimizaria o tempo de fixação óssea ao atuar como uma camada intermediária para melhorar a adesão de apatitas a implantes metálicos. O presente trabalho teve por objetivo recobrir a superfície do titânio com o titanato de cálcio, utilizando o método sol-gel associado à técnica de imersão, e otimizá-lo de tal modo a favorecer a precipitação espontânea de HAp. A otimização envolveu a variação da razão Ca/Ti no sol precursor e temperatura de calcinação após imersão. O método utilizado se mostrou eficaz na obtenção de revestimentos cristalinos de titanato de cálcio. As concentrações de Ca/Ti e os tratamentos térmicos influenciaram na composição e cristalinidade das fases dos revestimentos. O teste de adesão mostrou que, de maneira geral, todas as amostras dos filmes têm boa adesão ao substrato. Os ensaios biológicos (viabilidade e adesão celular), realizados por contato indireto com células pré-osteoblásticas, revelaram que os revestimentos não são citotóxicos. O ensaio de mimetização em fluido corpóreo simulado (SBF) mostrou a formação de aglomerados de fosfatos de cálcio nas superfícies de todas as amostras. Assim, os revestimentos de titanato de cálcio apresentam propriedades físico-químicas e biológicas favoráveis, com potencial para aplicação em superfícies de implantes ortopédicos e odontológicos para otimizar o tempo de fixação óssea.

Resumo (inglês)

Implants used in orthopedic and dental applications are designed to be biocompatible and bioactive, enabling to restore structural function and providing safety and quality of life for patients. Due to its biocompatibility and high mechanical and corrosion resistances, titanium is widely used in the manufacture of these implants. Nevertheless, surface modifications can be made in order to provide osteoinduction and osteoconduction to these properties. Modifications using hydroxyapatite (HAp) are preferred for this purpose. However, this bioceramic has poor adhesion to the titanium surface and low mechanical strength. In contrast, calcium titanate promotes apatite growth on its surface and, since it exhibits good adhesion to titanium, it can optimize bone fixation time by acting as an intermediate layer that enhances the adhesion of apatites to metallic implants. This study aimed to coat the titanium surface with calcium titanate using the sol-gel method combined with the dip coating technique, and to optimize the coating to promote the spontaneous precipitation of HAp. The optimization involved varying the Ca/Ti ratio in the precursor sol as well as the calcination temperature applied after coating. The method used proved to be effective in producing crystalline calcium titanate coatings. The Ca/Ti ratios and heat treatments influenced the composition and crystallinity of the coatings. The adhesion test showed that, in general, all film samples exhibit good adhesion to the substrate. Biological assays (viability and cell adhesion), performed through indirect contact with preosteoblastic cells, demonstrated that the coatings are non-cytotoxic. The simulated body fluid (SBF) mimicking assay demonstrated the formation of calcium phosphate nuclei on the surfaces of all samples. Thus, calcium titanate coatings exhibit favorable physicochemical and biological properties, showing potential for application on orthopedic and dental implant surfaces to optimize bone fixation time.

Palavras-chave

Modificação superficial , Titanato de cálcio , Titânio , Método sol-gel , Apatita

Idioma

Português

Citação

BUCCI, Júlia. Síntese e caracterização dos filmes de titanato de cálcio sobre substrato metálico de titânio. 2026. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Materiais) - Instituto de Biociências, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Botucatu, 2026.