Estudo das interações de filmes finos intermetálicos do tipo Ti- Me (Me = Ag, Au, Al, Cu) com sistemas biológicos, aplicados à funcionalização de elétrodos-sensores do tipo polimérico para dispositivos biomédicos

Abstract

Nas últimas décadas tem havido uma crescente solicitação na inovação e desenvolvimento de elétrodos/sensores biomédicos capazes de detetar sinais provenientes de tecidos vivos e convertê-los em sinais mensuráveis. Neste contexto tem havido uma grande quantidade de materiais a serem desenvolvidos e aplicados para o fabrico deste tipo de sensores. Dentro desses materiais, os materiais poliméricos funcionalizados com filmes finos intermetálicos de Ti-Me (Me=Al, Au, Ag e Cu) têm demonstrado um enorme potencial na obtenção de sensores com características muito especificas, tais como: boa elasticidade, manipulação fácil, baixo custo de produção e bom comportamento elétrico e mecânico. No entanto, têm surgido preocupações sobre o impacto que os nanomateriais e este novo conceito de sensor possam ter em sistemas biológicos, levando a questões sobre o tipo de repercussões podem ocorrer a longo prazo. Neste sentido, o trabalho efetuado durante esta dissertação teve como objetivo o estudo do impacto dos filmes finos de Ti-Me em fibroblastos e queratinócitos, procurando caracterizar a influência dos filmes no comportamento in vitro destas células. Na realização deste estudo foram produzidos filmes finos de Ti-Me por pulverização catódica em magnetrão não balanceado usando diferentes áreas de metal Me, sendo depois estudada a composição química dos filmes e o seu efeito sobre a viabilidade celular metabólica, indução de stress oxidativo, e capacidade inflamatória em fibroblastos e queratinócitos. Os resultados de composição química mostraram que houve a produção de filmes finos de Ti- Me com diferentes percentagens atómicas de Me e os estudos in vitro demonstram em alguns resultados um efeito tóxico principalmente dependente da percentagem atómica, mas também dependente do tempo de condicionamento e do Me. Apesar de terem sido observados alguns efeitos a nível da indução de stresse oxidativo e inflamação em alguns dos filmes de Ti-Me produzidos, é necessário realizar estudos in vitro mais detalhados e estudos in vivo de modo a ser possível retirar conclusões sobre a segurança da aplicação destes filmes na pele humana.

In recent decades there has been a growing demand for innovation and development of biomedical electrodes/sensors capable of detecting signals from living tissue and convert them into measurable signals. In this context, a great number of materials have been developed and applied for the manufacture of this type of sensors. Within these materials the polymeric materials functionalized with intermetallic thin films of Ti-Me (Me = Al, Au, Ag and Cu) have demonstrated a great potential to obtain sensors with very specific characteristics, such as: good elasticity, easy handling, low production cost and good electrical and mechanical behavior. However, concerns have arisen about the impact that nanomaterials and this new sensor concept may have on biological systems, leading to questions about the type of cellular interactions that can be triggered and the kind of long-term efects that may occur. Given that Ti-Me thin film sensors are designed to interact with the surface of the human skin, it is important to study the cytotoxic effects that they may have when applied to cells that are characteristic of this organ. In this sense, the objective of this work was to study the impact of Ti-Me thin films on the in vitro biological behavior of fibroblasts and keratinocytes. In this study, thin films of Ti-Me were produced by unbalanced magnetron sputtering using different areas of Me metal. The chemical composition of the films and their effect on metabolic cell viability, induction of oxidative stress, and inflammatory capacity in fibroblasts and keratinocytes was evaluated. The results of chemical composition showed that Ti-Me thin films were produced with different atomic percentages of Me. The in vitro studies demonstrated some cytotoxic effect, capacity to induce oxidative stress and inflammation, dependent on the atomic percentage, time of incubation and the nature of Me atom. Although potential cytotoxic effects have been observed in some of the produced Ti-Me films, more studies have to be performed in order to draw conclusions about the safety of the application of these films on human skin.