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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.74.2020.tde-13042021-132215
Document
Author
Full name
Kátia Helena dos Santos
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Pirassununga, 2020
Supervisor
Committee
Pallone, Eliria Maria de Jesus Agnolon (President)
Alves Junior, Clodomiro
Colnago, Luiz Alberto
Lobo, Anderson de Oliveira
Osiro, Denise
Title in Portuguese
Influência do tratamento por plasma frio na formação de fosfatos de cálcio sobre a superfície do nanocompósito de Al2O3/ZrO2
Keywords in Portuguese
Al2O3/ZrO2
Nanocompósito
Plasma frio
Recobrimento biomimético
Tratamento superficial
Abstract in Portuguese
Devido à natureza bioinerte do nanocompósito de alumina/zircônia (Al2O3/ZrO2), recobrimentos superficiais com fosfatos de cálcio são utilizados para melhorar a sua interação com o tecido hospedeiro quando implantado. Visando melhorar a interface nanocompósito/fosfatos, tratamentos superficiais antes do recobrimento são realizados. Nesse sentido, o tratamento por plasma frio se destaca por promover modificações apenas nas propriedades químicas e físicas superficiais do nanocompósito, sem comprometer as suas características intrínsecas. Assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar a influência do tratamento por plasma frio na formação de fosfatos de cálcio sobre a superfície do nanocompósito de Al2O3/ZrO2. Para isso, nanocompósitos de Al2O3 contendo 5 % em volume de inclusões nanométricas de ZrO2 foram conformados por prensagem isostática e sinterizados à 1500 °C por 2 h. Em seguida, foram tratados superficialmente usando diferentes proporções de fluxo dos gases de nitrogênio (N2) e oxigênio (O2). O fluxo do gás de hidrogênio (H2) foi mantido constante 50 %. Após essa etapa, os nanocompósitos tratados e não tratado superficialmente foram recobertos biomimeticamente com fosfatos de cálcio durante 14 dias, e então caracterizados usando diferentes técnicas. Os resultados obtidos mostraram que o prévio tratamento, independentemente da atmosfera gasosa, afetou quimicamente aos grupos funcionais superficiais da ZrO2 e da Al2O3 nos nanocompósitos. Observou-se ainda que apesar das espécies ativas do gás N2 ser predominante, as espécies ativas do gás O2 também promoveram alterações nesses grupos funcionais superficiais. Ressalta-se que o tratamento favoreceu a formação de três fases de fosfatos de cálcio: α e β-fosfato tricálcico (α e β-TCP) e hidroxiapatita (HA). Além disso, o percentual dessas fases variou em função das diferentes proporções gasosas usadas no tratamento superficial por plasma frio. Dentre as condições estudadas, as superfícies tratadas com maior proporção do fluxo do gás N2 apresentaram maior formação de fosfatos de cálcio. Os testes in vitro demonstraram que os nanocompósitos tratados e recobertos são biocompatíveis, se mostrando promissores para serem usados como substitutos ósseos.
Title in English
Influence of cold plasma treatment on the formation of calcium phosphates on the surface of the Al2O3/ZrO2 nanocomposite
Keywords in English
Al2O3/ZrO2
Biomimetic coating
Cold plasma
Nanocomposite
Surface treatment
Abstract in English
Due to the bioinert nature of the alumina/zirconia (Al2O3/ZrO2) nanocomposite, surface coatings with calcium phosphates are used to improve their interaction with the host tissue when implanted. In order to improve the nanocomposite/phosphate interface, surface treatments before coating have been carried out. In this sense, cold plasma treatment stands out for promoting changes only in the surface chemical and physical properties of the nanocomposite, without compromising its intrinsic characteristics. Thus, the objective of this work was to evaluate the influence of cold plasma treatment on the formation of calcium phosphates on the surface of the Al2O3/ZrO2 nanocomposite. For this, Al2O3 nanocomposites containing 5 % by volume of ZrO2 nanometric inclusions were formed by isostatic pressing and sintered at 1500 °C for 2 h. Then, they were superficially treated using different flow rates of nitrogen (N2) and oxygen (O2) gases. The H2 gas flow was maintained at 50 %. After this stage, the nanocomposites treated and untreated superficially were coated biomimetically with calcium phosphates for 14 days, and then characterized using different techniques. The results obtained showed that the previous treatment, regardless of the gaseous atmosphere, chemically affected the surface functional groups of ZrO2 and Al2O3 in the nanocomposites. It was also observed that although the active species of N2 gas are predominant, the active species of O2 gas also promoted changes in these superficial functional groups. It should be noted that the treatment favored the formation of three phases of calcium phosphates: α-tricalcium phosphate (α-TCP), and β-tricalcium phosphate (β-TCP) and hydroxyapatite (HA). In addition, the percentage of these phases varied according to the different gas proportions used in the cold plasma surface treatment. Among the conditions studied, the surfaces treated with a greater proportion of the N2 gas flow showed greater formation of calcium phosphates. In vitro tests have shown that the treated and coated nanocomposites are biocompatible, showing promise for use as bone substitutes.
 
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Publishing Date
2021-04-13
 
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