Potencial de regeneração em revestimentos multi-estruturados eletrodepositados em substrato de titânio

Abstract

Este trabalho investigou a influência da composição de revestimentos multicomponentes de TiO2(Mg), TiO2(Mg)FeOG e TiO2(Mg)FeOG/CaP, obtidos por eletrodeposição, na morfologia, composição química e nas propriedades eletroquímicas de substratos de titânio comercialmente puro de grau IV (TiCp4), com o objetivo de desenvolver materiais para implantes biomédicos, visando melhorar a resistência à corrosão e a capacidade de autorreparação. Diferentes composições de revestimentos foram obtidas pela variação das espécies presentes no banho eletrolítico. As análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersão de energia (EDS) mostraram variações significativas na morfologia e na composição dos revestimentos em função do banho eletrolítico, enquanto a difração de raios X (DRX) confirmou a presença de titânio alfa devido à espessura das camadas, além da brushita e da estrutura amorfa do biovidro. Medições de rugosidade indicaram que o TiCp4 apresentou a melhor combinação de baixa rugosidade e boa uniformidade, e os testes eletroquímicos indicaram que os revestimentos de TiO2(Mg) e TiO2(Mg)FeOG/CaP/BG apresentaram as maiores resistências à corrosão, sugerindo potencial para aplicações biomédicas devido à formação de uma camada passiva mais densa e aderente. No entanto, a adição de FeOG e CaP diminuiu a resistência à corrosão, possivelmente devido à formação de defeitos na interface metal-revestimento, facilitando a penetração de íons corrosivos; contudo, os valores de densidade de corrente ainda são considerados baixos para aplicações biomédicas. A microscopia óptica confocal corroborou a eficácia da autorreparação, mostrando que a incorporação de componentes bioativos reduziu significativamente a largura dos riscos na superfície, indicando o processo de autorreparação. A espectroscopia Raman identificou a anatase e SiO2 nos grupos de estudo. A espectroscopia de impedância eletroquímica revelou variações na resistência à corrosão ao longo do tempo, em que o revestimento TiO2(Mg)FeOG/CaP/BG apresentou inicialmente alta resistência superficial, que deteriorou com o tempo, enquanto a resistência interfacial aumentou. O grupo TiO2(Mg)FeOG/CaP/BG demonstrou a melhor capacidade de autorreparação, com potencial para aplicações em ambientes corrosivos que exigem durabilidade e integridade superficial. Esses achados abrem novas perspectivas para o desenvolvimento de biomateriais mais eficazes e autorreparáveis, que podem melhorar implantes e dispositivos médicos.

This work investigated the influence of the composition of multicomponent coatings of TiO2(Mg), TiO2(Mg)FeOG, and TiO2(Mg)FeOG/CaP, obtained by electrodeposition, on the morphology, chemical composition, and electrochemical properties of commercially pure grade IV titanium (TiCp4) substrates, aiming to develop materials for biomedical implants, with a focus on improving corrosion resistance and self-healing capacity. Different coating compositions were achieved by varying the species present in the electrolyte bath. scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) analyses showed significant variations in the morphology and composition of the coatings depending on the electrolyte bath, while X-ray diffraction (XRD) confirmed the presence of alpha-titanium due to the thickness of the layers, in addition to brushite and the amorphous structure of the bioglass. Roughness measurements indicated that TiCp4 presented the best combination of low roughness and good uniformity, and electrochemical tests indicated that the TiO2(Mg) and TiO2(Mg)FeOG/CaP/BG coatings exhibited the highest corrosion resistance, suggesting potential for biomedical applications due to the formation of a denser and more adherent passive layer. However, the addition of FeOG and CaP decreased corrosion resistance, possibly due to the formation of defects at the metal-coating interface, facilitating the penetration of corrosive ions; nonetheless, current density values are still considered low for biomedical applications. Confocal optical microscopy corroborated the effectiveness of self-healing, showing that the incorporation of bioactive components significantly reduced the width of the scratches on the surface, indicating the self-healing process. Raman spectroscopy identified anatase and SiO2 in the studied groups. Electrochemical impedance spectroscopy revealed variations in corrosion resistance over time, where the TiO2(Mg)FeOG/CaP/BG coating initially presented high surface resistance, which deteriorated over time, while interfacial resistance increased. The TiO2(Mg)FeOG/CaP/BG group demonstrated the best self-healing capacity, showing potential for applications in corrosive environments that require durability and surface integrity. These findings open new perspectives for the development of more effective and self-healing biomaterials, which can improve medical implants and devices.