Funcionalização de pós de magnésio para aplicações biomédicas

Abstract

Atualmente, os defeitos ósseos consequência de fraturas ou doenças (osteoporose, periodontite) são um crescente problema de saúde. Como alternativa aos auto e hétero enxertos, novos biomateriais que potenciam a regeneração óssea têm vindo a ser desenvolvidos: biomateriais com capacidade de se degradarem ao longo do tempo no organismo como é o caso do magnésio (Mg). O Magnésio apresenta inúmeras vantagens como o módulo de elasticidade (semelhante ao do osso) e a biocompatibilidade. No entanto, existem vários desafios como a rápida degradação, e a taxa de libertação de hidrogénio, o que poderá causar a falha na integridade do implante e impedir a viabilidade celular dos novos tecidos. Atualmente algumas soluções permitem contornar estas desvantagens do Mg, como a adição de elementos de liga, funcionalização, tratamentos térmicos, entre outros. O estudo aqui presente tem como principal objetivo a funcionalização do magnésio de forma a reduzir a taxa de dissolução no organismo humano. A solução apresentada consiste no revestimento de pós de magnésio com zinco utilizando a técnica da eletrodeposição. Nesta técnica foram controlados os parâmetros voltagem e tempo, de forma a controlar a espessura do revestimento. A caracterização consistiu na análise de imagens obtidas no microscópio eletrónico de varrimento. Foram analisados oito parâmetros com voltagens e tempos diferentes que originaram diferentes resultados quanto à camada formada. O conjunto de parâmetros 12V, 120 segundos e com uma intensidade de corrente de 0,41A, apresentou resultados promissores, o revestimento apresenta maior uniformidade e maior percentagem de superfície totalmente revestida (83%). Foram utilizados pós de magnésio funcionalizados utilizando este conjunto de parâmetros para o fabrico de amostras maciças por sinterização assistida por pressão uniaxial (Hot-pressing) e concluiu-se que os parâmetros mais adequados são de 30 minutos sob a pressão de 20 bar a 350ºC. O arrefecimento foi efetuado de forma controlada.

Nowadays, bone defects resulting from fractures or diseases (osteoporosis, periodontitis) are a growing health problem. As an alternative to auto and heterografts, new biomaterials that enhance bone regeneration have been developed: biomaterials with the ability to degrade over time. These allow degradation in the body without any toxicity, as is the case with magnesium (Mg). Magnesium has numerous advantages such as its modulus of elasticity (similar to bone) and biocompatibility. However, there are several challenges such as rapid degradation, and the rate of hydrogen release, which could cause failure of the implant integrity and prevent the cell viability of new tissues. Currently, some solutions allow to overcome these disadvantages of Mg, such as the addition of alloying elements, functionalization, heat treatments, among others. The main objective of the present study is the functionalization of magnesium to reduce the dissolution rate in the human body. The solution presented consists of coating magnesium powders with zinc using the electrodeposition technique. In this technique, the voltage and time parameters were controlled to control the thickness of the coating. The characterization consisted of the analysis of images obtained in the scanning electron microscope. Eight parameters were analyzed with different voltages and times, which originate different results regarding the layer formed. The set of parameters 12V, 120 seconds and with a current intensity of 0.41A, showed promising results, the coating has more uniformity and a higher percentage of completely coated powder (83%). Functionalized magnesium powders were used handling this set of parameters for the manufacture of massive samples by uniaxial pressure-assisted sintering (Hot-pressing) and it was concluded that the most suitable parameters are 30 minutes under a pressure of 20 bar at 350ºC. The cooling was carried out in a controlled manner.