Desenvolvimento e produção de superfícies de PEEK funcionalizadas com grafeno para implantes dentários

Abstract

Os implantes dentários têm cada vez mais importância na vida humana, sendo a melhor solução para a substituição de dentes perdidos. O titânio e as suas ligas são atualmente os materiais mais utilizados nos implantes dentários, no entanto apresentam algumas desvantagens, tais como a libertação de iões metálicos, casos de recessão gengival, e possui um modo de elasticidade diferente do osso humano, o que pode levar a problemas no implante o que pode levar a problemas no implante. Assim, continua a ser necessário desenvolver soluções alternativas. O poli-éter-éter-acetona é um material polimérico biocompatível que tem vindo a ser estudado para aplicações biomédicas, e que tem revelado ser promissor devido ao módulo de elasticidade semelhante ao do osso, o que na adequação das cargas da mastigação e na transmissão dos mesmos ao osso adjacente ao implante dentário pode ser melhor do que as soluções atualmente existentes. Apesar das suas propriedades, o PEEK é um material inerte biologicamente, e como tal a sua superfície precisa de ser modificada. Neste contexto, neste trabalho foram desenvolvidas, produzidas e avaliadas superfícies de PEEK funcionalizado com grafeno para aplicação nos implantes dentários devido às propriedades do grafeno. Para tal foram produzidas 3 camadas de compósitos de PEEK, com diferente teor de grafeno (0.25, 0.5, e 1% em massa/volume) sobre um substrato de PEEK via prensagem a quente (hot pressing), funcionalizando assim a sua superfície. Foram testados diferentes processos para promover a adesão da camada desde sinterização a laser, prensagem a baixa temperatura e prensagem a quente. A prensagem revelou ser o processo mais eficaz na funcionalização da superfície de PEEK. A força da adesão da camada de compósito foi avaliada através de ensaios tribológicos na configuração utilizando uma bola de alumina como contra-corpo, em condições que simularam o ambiente oral, com a amostra imersa numa solução de PBS. Além da adesão, foram avaliados o coeficiente de atrito e a taxa de desgaste específico. Os resultados demonstraram que é possível finalizar a superfície do PEEK com compósitos de PEEK com grafeno em diferentes percentagens através da prensagem a quente. Após os ensaios tribológicos não houve destaque/laminação da camada e que a adição de grafeno melhora o comportamento tribológico. As amostras contendo a camada de PEEK com grafeno a 1% foram as que apresentaram melhores resultados. Os resultados obtidos revelaram ser promissores e que podem melhorar o desempenho de implantes dentários.

Dental implants are increasingly important in human life, being the best solution for replacing missing teeth. Titanium and its alloys are currently the most widely used materials in dental implants, however they have some disadvantages, such as the release of metal ions whose effects on the human body are not yet fully known, the possibility of darkening in case of thin gums or even in case of gingival recession, and it has a different mode of elasticity than human bone, which can lead to problems in the implant which can lead to problems in the implant. Therefore, there is still a need to develop alternative solutions. Poly-ether-ether-acetone is a biocompatible polymeric material that has been studied for biomedical applications, and that has shown to be promising due to the modulus of elasticity similar to that of bone, which in the adequacy of mastication loads and in the transmission of them to the bone adjacent to the dental implant may be better than the currently existing solutions. Despite its properties, PEEK is a biologically inert material, and as such its surface needs to be modified. In this context, in this work, PEEK surfaces functionalized with graphene were developed, produced and evaluated for application in dental implants due to the properties of graphene. For this purpose, 3 layers of PEEK composites were produced, with different graphene content (0.25, 0.5, and 1% by mass/volume) on a PEEK substrate via hot pressing, thus functionalizing its surface. Different processes have been tested to promote layer adhesion from laser sintering, low-temperature pressing and hot pressing. Pressing proved to be the most effective process in functionalizing the PEEK surface. The strength of the adhesion of the composite layer was evaluated through tribological tests in the configuration using an alumina ball as a counterbody, under conditions that simulated the oral environment, immersed in a PBS solution. In addition to adhesion, the coefficient of friction and the specific wear rate were evaluated. The results showed that it is possible to finish the PEEK surface with PEEK composites with graphene in different percentages through hot pressing. After the tribological tests there was no detachment/lamination of the layer and that the addition of graphene improves the tribological behavior. The samples containing the PEEK layer with 1% graphene were the ones with the best results. The results obtained proved to be promising and can improve the performance of dental implants.