Funcionalização da liga Ti6Al4V via polimerização por plasma frio empregando óleo essencial de Eucalyptus globulus como precursor atividade antibacteriana, adesão e viabilidade de células-tronco mesenquimais

Abstract

A adesão e formação de biofilmes em superfícies metálicas de implantes biomédicos estão relacionadas a múltiplos casos de infecções em ambientes hospitalares e causam sérias preocupações à saúde pública. Nesse sentido, a funcionalização dessas superfícies visando ação antibacteriana têm sido estudadas. Além disso, é desejável que os revestimentos sejam obtidos a partir de precursores com baixo impacto ambiental, e nesse contexto, os precursores naturais (eco-friendly), têm despertado o interesse. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a atividade antibacteriana, adesão e viabilidade de células-tronco mesenquimais em filmes obtidos a partir de óleo essencial de Eucalyptus globulus, sobre a liga Ti6Al4V através da polimerização por plasma a frio, bem como, o efeito da esterilização sobre as propriedades do mesmo. Pelo processo de plasma a frio foi obtido um filme fino (espessura determinada por elipsometria, na ordem 105 nm), com grupos funcionais oxigenados (O-H e C=O), que foram identificados por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia Raman. O filme obtido apresentou uma topografia uniforme, conforme foi observado por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Com baixos valores de rugosidade, revelados pelas medidas de microscopia de força atômica (AFM) e perfilometria óptica. A partir da análise de molhabilidade observou-se um ângulo de contato na ordem de 85°, o que caracteriza essa superfície como moderadamente hidrofóbica. Considerando-se que implantes devem ser submetidos a processo de esterilização prévio, no presente estudo, foi avaliado o efeito dos processos da esterilização por radiação ultravioleta (UV-C), óxido de etileno (ETO), autoclave e plasma de ar, sobre a composição química e a morfologia do filme. Dentre esses processos a esterilização por radiação ultravioleta (UV-C) foi aquela que causou menos danos ao filme. A formação de biofilme por Staphylococcus aureus foi significativamente reduzida na superfície funcionalizada, que também não apresentou toxicidade para as células-tronco mesenquimais. Esses efeitos podem ser atribuídos à retenção de grupos funcionais oxigenados no filme polimérico obtido, aliados ao seu baixo valor de rugosidade superficial e comportamento moderadamente hidrofóbico. O comportamento antimicrobiano e não citotóxico da liga Ti6Al4V funcionalizada por plasma a frio, empregando como precursor o óleo essencial de Eucalyptus globulus, sugere um potencial para a aplicação desses filmes em biomateriais.

The adhesion and formation of biofilms on metal surfaces of biomedical implants are related to multiple cases of infections in hospital environments and cause serious concerns to public health. In this sense, the functionalization of these surfaces aiming at antibacterial action has been studied. Furthermore, it is desirable that coatings be obtained from precursors with low environmental impact, and in this context, natural precursors (eco-friendly) have aroused interest. This work aims to evaluate the antibacterial activity and cytotoxicity of films obtained from essential oil of Eucalyptus globulus, on the Ti6Al4V alloy through cold plasma polymerization, as well as the effect of sterilization on its properties. By the cold plasma process, a thin film was obtained (thickness determined by ellipsometry, in the order of 105 nm), with oxygenated functional groups (O-H and C=O), which were identified by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy. The film obtained showed a uniform topography, as observed by scanning electron microscopy (SEM). With low roughness values, revealed by atomic force microscopy (AFM) and optical profilometry measurements. Considering that implants must be submitted to a previous sterilization process, in the present study, the effect of the sterilization processes by ultraviolet radiation (UV-C), ethylene oxide (ETO), autoclave and air plasma, on the chemical composition and morphology of the film. Among these processes, sterilization by ultraviolet radiation (UV-C) was the one that caused less damage to the film. From the wettability analysis, a contact angle of around 85° was observed, which characterizes this surface as moderately hydrophobic. Biofilm formation by Staphylococcus aureus was significantly reduced on the functionalized surface, which also showed no toxicity to mesenchymal stem cells. These effects can be attributed to the retention of oxygenated functional groups in the obtained polymeric film, combined with its low surface roughness value and moderately hydrophobic behavior. The antimicrobial and non-cytotoxic behavior of the Ti6Al4V alloy functionalized by cold plasma, using Eucalyptus globulus essential oil as a precursor, suggests a potential for the application of these films in biomaterials.