Funcionalização da superfície de ferro empregando a oxidação anódica para o processamento de materiais biomédicos biodegradáveis
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Data
2021-07-30
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Nos últimos anos, o desenvolvimento de metais biodegradáveis para implantes médicos temporários tem sido alvo de várias pesquisas. Os implantes degradáveis necessitam apenas de uma intervenção, evitando uma segunda operação de remoção e diminuindo potencialmente os riscos a longo prazo e efeitos colaterais causados por dispositivos permanentes. A aplicação do ferro como material biodegradável foi demonstrada por estudos in vivo, e apesar de não encontradas indicações de toxidade local ou sistêmica, a taxa de degradação do ferro puro foi considerada muito baixa. Novas técnicas de processamento e modificação de superfície, como crescimento de nanoestruturas de óxido de ferro, são utilizadas para alterar as propriedades de mecânicas e de degradação desses materiais permitindo melhor resposta. A proposta dessa pesquisa, é a modificação de superfície de uma amostra de ferro puro a partir do crescimento de nanoestruturas, empregando a oxidação anódica. Na tentativa de padronizar os parâmetros de anodização, variou-se a composição do eletrólito, tensão, tempo e também a agitação da solução. Após o tratamento de oxidação anódica as amostras foram recozidas em diferentes temperaturas. As superfícies foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX), espectroscopia Raman e ângulo de contato. Estudos in vitro, como viabilidade e adesão celular, foram realizados para avaliar a resposta desse tratamento e a degradabilidade foi avaliada por ensaio de imersão estática em solução de Hanks. O melhor filme de óxido nanoestruturado foi obtido para a condição com potencial de 50 V, tempo de 30 min, agitação de 100 rpm e após o tratamento a 350°C. Foram obtidas superfícies hidrofílicas para todas as condições de anodização e recozimento. A superfície anodizada e recozida a 350°C não apresentou efeito citotóxico. Além disso, exibiu taxa de degradação superior à do substrato de ferro puro.
In recent years, the development of biodegradable metals for temporary medical implants has been the subject of several studies. Degradable implants require only one intervention, avoiding a second removal operation and decreasing the long-term risks and side effects caused by permanent devices. The application of iron as a biodegradable material has been demonstrated by in vivo studies, and although no indications of local or systemic toxicity were found, the rate of degradation of pure iron was considered very low. New processing and surface modification techniques, such as the growth of iron oxide nanostructures, are used to alter the mechanical and degradation properties of these materials, allowing for a better biological response. The purpose of this research is to modify the surface of a pure iron sample from the growth of nanostructures, using anodic oxidation. In an attempt to standardize the anodizing parameters, the electrolyte composition, anodizing voltage, time and the solution agitation were varied. After the anodic oxidation treatment, the samples were annealed to air at different temperatures. The surfaces were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy and contact angle. In vitro studies, such as cell viability and adhesion, were performed to assess the response of this treatment and degradability was assessed by static immersion test in Hank’s solution. The best-nanostructured oxide film was obtained for the condition with a potential of 50 V, time of 30 min, agitation of 100 rpm and after treatment at 350°C. Hydrophilic surfaces were obtained for all anodizing and annealing conditions. The surface anodized and annealed at 350°C had no cytotoxic effect. Furthermore, it exhibited a higher degradation rate than the pure iron substrate.
In recent years, the development of biodegradable metals for temporary medical implants has been the subject of several studies. Degradable implants require only one intervention, avoiding a second removal operation and decreasing the long-term risks and side effects caused by permanent devices. The application of iron as a biodegradable material has been demonstrated by in vivo studies, and although no indications of local or systemic toxicity were found, the rate of degradation of pure iron was considered very low. New processing and surface modification techniques, such as the growth of iron oxide nanostructures, are used to alter the mechanical and degradation properties of these materials, allowing for a better biological response. The purpose of this research is to modify the surface of a pure iron sample from the growth of nanostructures, using anodic oxidation. In an attempt to standardize the anodizing parameters, the electrolyte composition, anodizing voltage, time and the solution agitation were varied. After the anodic oxidation treatment, the samples were annealed to air at different temperatures. The surfaces were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy and contact angle. In vitro studies, such as cell viability and adhesion, were performed to assess the response of this treatment and degradability was assessed by static immersion test in Hank’s solution. The best-nanostructured oxide film was obtained for the condition with a potential of 50 V, time of 30 min, agitation of 100 rpm and after treatment at 350°C. Hydrophilic surfaces were obtained for all anodizing and annealing conditions. The surface anodized and annealed at 350°C had no cytotoxic effect. Furthermore, it exhibited a higher degradation rate than the pure iron substrate.
Descrição
Palavras-chave
Biomateriais biodegradáveis., Ferro puro., Tratamento de superfície., Biodegradable biomaterials., Pure iron., Surface treatment., Materiais biomédicos, Metais Oxidação anódica, Biodegradação