Tratamento superficial do nitinol para aplicação biomédica

Abstract

A liga níquel-titânio equiatômico (NiTi ou Nitinol) apresenta um grande potencial para fabricação de implantes biomédicos, devido as suas propriedades físicas, e mecânicas, que incluem superelasticidade e memória de forma que o torna muito atraente. Uma desvantagem dessa liga é o alto teor de níquel (aproximadamente 55% em peso), que pode afetar na sua biocompatibilidade. Apesar de estar presente nas reações biológicas do organismo humano, quando em concentrações elevadas, o níquel pode causar reações indesejáveis. Nesse contexto, estudos relacionados com tratamentos eletroquímicos de superfície têm sido desenvolvidos com o objetivo de diminuir ou eliminar a migração do níquel para tecidos adjacentes e paralelamente melhorar a morfologia da superfície, a fim de que a adesão celular e osseointegração possam ser mais eficazes. Dessa forma, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a influencia dos tratamentos eletroquímicos de eletropolimento e anodização do nitinol quanto à eliminação do níquel na superfície, caracterizando as superfícies obtidas quanto à morfologia, quanto à adesão e proliferação celular e quanto à toxicidade. O eletropolimento foi realizado a partir de uma solução contendo glicerina, ácido sulfúrico e ácido fluorídrico e a anodização foi realizada a partir de uma solução de ácido fosfórico. A caracterização morfológica das superfícies foi realizada por microscopia de força atômica (AFM), perfilometria de contato e microscopia eletrônica de varredura. Além disso, as superfícies obtidas foram caracterizadas quanto à molhabilidade (ensaio da gota séssil), e quanto à composição química por espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS), difração de raios-X por ângulo rasante. Os resultados mostraram que o eletropolimento não teve influencia no empobrecimento do níquel da superfície, ainda que uma nanotexturização da superfície possa ser obtida por esse processo. A anodização promoveu o empobrecimento do níquel independentemente do prétratamento empregado (polimento mecânico ou polimento eletroquímico). Nas amostras anodizadas as células mostraram uma orientação preferencial de acordo com o alinhamento superficial dos sulcos resultantes do lixamento mecânico e o crescimento celular foi um pouco mais acentuado do que na amostra como recebida. Houve um ganho de viabilidade de 66% para 75% para as amostras que foram anodizadas comparativamente às amostras como recebidas.

Equiatomic nickel-titanium alloy (NiTi or Nitinol) has great potential for fabrication of biomedical implants, due to its physical properties, and mechanical properties, including superelasticity and shape memory which makes it very attractive. A disadvantage of this alloy is the high nickel content (about 55% by weight), which can affect the biocompatibility. Despite being present in biological reactions of the human organism, when in high concentrations, nickel can cause undesirable reactions. In this context, studies related to electrochemical surface treatments have been developed with the goal of reducing or eliminating nickel migration to adjacent tissues and parallel improve the surface morphology, in order that the cell adhesion and osseointegration can be more effective. Thus, this study aims to evaluate the influence of electrochemical treatments of nitinol electropolishing and anodizing on the elimination of nickel on the surface, characterizing the surfaces obtained on the morphology, as the cell adhesion and proliferation and for toxicity. The electropolishing was carried out from a solution containing glycerine, sulfuric acid and hydrofluoric acid and anodization was performed from a solution of phosphoric acid. Morphological characterization of the surfaces was performed by atomic force microscopy (AFM), contact profilometry and scanning electron microscopy. Moreover, the surfaces obtained were characterized for wettability (sessile drop test) and chemical composition by energy dispersive spectroscopy X-ray (EDS) X-ray diffraction by grazing angle. The results showed that the electropolishing had no influence on elimination of the nickel surface, although a nanotexturized surface can be obtained by this process. The anodization promoted the removal of nickel irrespective of pretreatment employed (mechanical polishing or electrochemical polishing). In samples anodized cells showed a preferential orientation according to the alignment surface of the grooves resulting from mechanical grinding and cell growth was slightly more pronounced than in the sample as received. A gain of viability of 66% to 75% for samples that were anodized as compared to samples received.