Polarização elétrica de biomateriais baseados em hidroxiapatite, como filmes em substratos metálicos, para aumento da bioatividade

Abstract

Foi desenvolvido de raiz um sistema experimental que permite carregar amostras através de uma descarga controlável num tríodo de corona. O sistema desenvolvido permite produzir uma descarga de polaridade positiva ou negativa, aplicar o método de carregamento com corrente de carga constante, seguir em tempo real o aumento do potencial de superfície da amostra, controlar a temperatura de descarga até 200 ºC e possui uma atmosfera reprodutível de baixa humidade. O sistema foi desenvolvido com o intuito de carregar com uma descarga de corona negativa revestimentos bioactivos de hidroxiapatite depositados por dois processos: spray de plasma e CoBlast, este último um processo relativamente recente. Foram estudados os seguintes parâmetros de processo do CoBlast: razão mássica entre abrasivo e dopante, distância de ejeção e pressão de ejeção. Mostrou-se que razões mássicas de 50/50 e distâncias inferiores a 30 mm são vantajosas. O método de carregamento com corrente de carga constante não é possível ser aplicado nos revestimentos produzidos por CoBlast, pois estes são caracterizados como tendo regiões onde substrato metálico está directamente exposto à descarga. Os revestimentos produzidos por spray de plasma, com uma espessura média de 70 m, foram carregados negativamente a 200 ºC com sucesso, atingindo potenciais de superfície na gama dos - 1400-1800 V, traduzindo-se em campos eléctricos nas amostras praticamente impossíveis de serem atingidos por polarização convencional de contacto. O controlo de corrente de carga é melhor para mais baixas correntes de carga. Ensaios e medidas complementares feitas em pastilhas de hidroxiapatite revelaram densidades de carga armazenada na gama dos 10-5 - 10-4 C/cm2, bem como uma estabilidade temporal da carga armazenada muito promissora. Os testes biológicos in vitro revelaram uma maior proliferação osteoblástica nos revestimentos carregados comparativamente com os revestimentos de controlo não carregados, indicando também um estágio mais avançado de formação de nova hidroxiapatite em solução simuladora de fluido corporal.

A corona triode experimental system was developed “from scratch”. The developed system is able to produce a negative or positive discharge, to apply the constant charging current method, to follow in real-time the surface potential buildup of the sample, to control the discharge temperature up to 200 ºC and a low humidity, reproducible atmosphere is maintained in all the charging experiments. The system was developed in order to charge with a negative corona discharge hydroxyapatite bioactive coatings produced by two processes: plasma spray and CoBlast, the former being a relatively recent process. The following CoBlast process parameters were studied: the weight ratio between the abrasive and dopant, the blasting distance and the blasting process. It was shown that a weight ratio of 50/50 and distances lower than 30 mm are preferable. The constant charging current method cannot be applied in the coatings produced through the CoBlast process, because they are characterized by having regions where the metallic substrate is directly exposed to the discharge. The coatings produced through the plasma spray process, with an average thickness of 70 m, were successively charged at 200 ºC, reaching surface potentials in the - 1400-1800 V range, translating in electric fields across the samples which are practically impossible of being reached through conventional contact polarization. The charging current controllability is better for lower charging current values. Complementary experiments performed in hydroxyapatite coatings revealed stored charge densities in the 10-5 – 10-4 C/cm2 range, as well as a very promising temporal stability of the stored charge. The in vitro biological tests revealed an increased osteoblastic proliferation in the charged coatings compared to non-charged control coatings, also indicating a more advanced stage of new hydroxyapatite development in a simulated body fluid solution.