Estudo de biocompatibilidade in vitro de revestimentos a-C:H obtidos por pulverização catódica para ortodontia

Abstract

O desenvolvimento de materiais com aplicabilidade biomédica integra inevitavelmente a avaliação da sua biocompatibilidade. O recurso a aparelhos ortodônticos fixos é bastante frequente durante o tratamento de maloclusões dentárias. Estes aparelhos são constituídos tipicamente por bracktes, bandas, tubos e fios ortodônticos, fabricados a partir de ligas metálicas. A cavidade oral, que ao serem inseridas na cavidade oral ficam expostas a um ambiente corrosivo. O ambiente oral é responsável pela corrosão destas ligas e pela consequente libertação de iões metálicos para o organismo. Entre as espécies iónicas libertadas, o níquel é o que mais suscita problemas devido ao seu potencial alergénico e carcinogénico. A partir da funcionalização da superfície destas ligas metálicas é possível aumentar a sua resistência à corrosão (e, consequentemente, diminuir a libertação dos iões metálicos para a cavidade oral) sem alterar as suas propriedades mecânicas e tribológicasNo presente estudo produziram-se dois revestimentos diamond-like carbon, com diferentes teores de hidrogénio, por pulverização catódica em modo magnetrão reativo. Selecionou-se um substrato de aço inoxidável 316L (AISI). De forma a simular o ambiente oral, colocaram-se as amostras numa solução de saliva artificial estéril a pH 2,3 durante 30 dias. Posteriormente, procedeu-se à caracterização microestrutural e mecânica de cada revestimento antes e após imersão através das técnicas de SEM/EDS, AFM, Raman e nanoindentação. Determinou-se a concentração dos iões libertados (Ni, Cr e Fe) pelos aços revestidos através da técnica ICP OES. Por fim, de forma a avaliar a citotoxicidade in vitro dos revestimentos, o meio de cultura de fibroblastos, macrófagos e a sua co-cultura foi condicionado com os eluatos do aço polido e dos aços revestidos. Os resultados obtidos mostraram que, após o período de imersão, não houve alterações da microestrutura e das propriedades mecânicas de ambos os revestimentos. Contrariamente a estes resultados, a análise ICP-OES ficou aquém das expetativas, tendo sido observado libertação de iões metálicos em ambos os revestimentos. Os resultados do estudo da citotoxicidade in vitro indicam que inicialmente os eluatos são citotóxicos, no entanto, ao fim de 5 dias de incubação, estes efeitos já não se observam.

The use of fixed orthodontic appliances is quite frequent during the treatment of dental malocclusions. These devices are generally composed of metal alloys which when inserted into the oral cavity are exposed to a corrosive environment. The oral environment is responsible for the corrosion of these alloys and the consequent release of metal ions to the body. Among released ionic species, nickel is the most problematic due to its allergenic and carcinogenic potential. From the surface functionalization of these alloys it is possible to increase their corrosion resistance (and thus decrease the release of the metal ions into the oral cavity) without changing their mechanical properties.In the present study, two diamond-like carbon coatings with different hydrogen contents were produced by reactive magnetron sputtering. An AISI 316L stainless steel substrate was selected. In order to simulate the oral environment, the samples were immersed in a sterile artificial saliva solution at pH 2.3 for 30 days. Subsequently, the microstructural and mechanical characterization of each coating was performed before and after immersion by SEM / EDS, AFM, Raman and nanoindentation techniques. The concentration of the released ions (Ni, Cr and Fe) by the coated stainless steels was determined by ICP-OES. Finally, in order to evaluate the in vitro cytotoxicity of the coatings, the culture medium of fibroblasts, macrophages and their co-culture was conditioned with the eluates of the polished steel and the coated steels.The results showed that, after the immersion period, there were no changes in the microstructure and mechanical properties of both coatings. Contrary to these results, the ICP-OES analysis failed to meet the initial expectations, with the release of metal ions in both coatings. The results of the in vitro cytotoxicity study indicate that initially the eluates are cytotoxic, however, after 5 days of incubation these effects are no longer observed.