Processos de funcionalização de substratos de titânio pela técnica layer-by-layer para aplicações em odontologia

Abstract

A colocação de implantes é um método de reparo importante em odontologia. Esforços crescentes têm se concentrado na otimização das propriedades de biocompatibilidade e osseointegração de titânio (Ti) e ligas de Ti devido ao envelhecimento da população e das complicações que podem surgir em pacientes com comorbidades. Neste trabalho, a superfície de uma liga de Ti utilizada comercialmente foi modificada pela simples e versátil técnica Layer-by-Layer (LbL). Foram crescidas multicamadas LbL de dióxido de titânio (TiO2), material bastante utilizado em implantes dentários, com poli (4-estirenossulfonato de sódio) (PSS), um polieletrólito com vasta utilização em filmes LbL, inclusive na área biomédica. A morfologia e a estrutura química dos filmes LbL de nanopartículas de PSS com TiO2 foram inicialmente caracterizadas empregando espectroscopias de absorção no ultravioleta-visível (UV-VIS) e infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), bem como microscopia de força atômica (AFM), para posterior aplicação em implantes de liga à base de Ti. As alterações provocadas pelo filme LbL PSS/TiO2 nas superfícies da liga de Ti foram então investigadas por AFM, microscopia eletrônica de varredura e micro-Raman. Por fim, testes in vivo (imunomarcação e análise biomecânica) realizados com implantes do tipo parafuso em ratos sugeriram que as multicamadas PSS/TiO2 promovem alterações tanto na topografia quanto nas propriedades químicas da superfície do implante, proporcionando efeitos benéficos para a atividade dos osteoblastos. O revestimento desenvolvido nesse trabalho é particularmente vantajoso para implantes posicionados em áreas com densidade óssea muito baixa ou locais que requerem um procedimento rápido de regeneração óssea.

Implant placement is an important repair method in dentistry. Increasing efforts have focused on optimizing the biocompatibility and osseointegration properties of titanium (Ti) and Ti-based alloys and due to the aging population and complications that can arise in patients with comorbidities. In this work, a Ti-based alloy surface used was modified by the simple and versatile Layer-by-Layer technique (LbL). The LbL multilayers were grown made of titanium dioxide (TiO2), a material widely used in dental implants, and poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS), a polyelectrolyte vastly used in LbL films, including the biomedical area. The morphology and chemical structure of LbL multilayers of PSS and TiO2 nanoparticles were first characterized employing ultraviolet–visible (UV-VIS) and Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopies as well as atomic force microscopy (AFM), for further application in Ti-based alloy implants. The changes provoked by the LbL PSS/TiO2 film on the Ti-based alloy surfaces were then investigated by AFM, scanning electron microscopy and micro-Raman techniques. Finally, in vivo tests (immunolabeling and biomechanical analysis) performed with screw implants in rats suggested that PSS/TiO2 multilayers promote changes in both topography and chemical surface properties of the screw, providing beneficial effects for osteoblast activity. The coating developed in this work is particularly advantageous for implants placed in areas with very low bone density or places that require a rapid bone regeneration procedure.