Funcionalização de ligas Mg-Zn-Zr por anodização assistida por plasma para aplicação biomédica

Abstract

Materiais bioabsorvíveis, como ligas de Mg, têm sido estudados com a finalidade de prevenir um novo processo cirúrgico invasivo para retirada de implantes permanentes. A dificuldade em utilizar implantes à base de magnésio e suas ligas é devido a sua alta taxa de corrosão, ocorrendo formação do gás hidrogênio e, consequentemente, uma perda precoce na resistência mecânica do dispositivo. Entretando, para promover o aumento nas propriedades destas ligas, especialmente, quanto a resistência a corrosão e ao desgaste, diferentes técnicas de modificação da superfície têm sido investigadas. A funcionalização de superfícies metálicas pelo processo de anodização assistida por plasma, mais conhecida como PEO, apresentam resultados promissores. Este trabalho tem por objetivo estudar a funcionalização da superfície por anodização assistida por plasma (PEO) visando melhorar a resistência à corrosão e ao desgaste de ligas Mg-Zn-Zr para aplicação como biomaterial. Para isso, duas ligas de Mg-Zn-Zr com teor de 3% e 6% de Zn (ZK30 e ZK60) foram avaliadas quanto a resistência à corrosão, desgaste a seco e tribocorrosão. A liga que apresentou melhores propriedades eletroquímicas e de resistência ao desgaste foi utilizada para a funcionalização da superfície pelo processo PEO. Após, foi realizada a aplicação de um filme híbrido composto de quitosana + GPTMS (Glicidoxipropiltrimetoxisilano) sobre o revestimento obtido por PEO. As amostras funcionalizadas foram avaliadas quanto à resitência ao desgaste e resistência à corrosão e quanto à citotoxicidade. Os resultados obtidos mostraram que a funcionalização por PEO promoveu uma redução significativa na liberação de H2, uma melhora na resistência à corrosão e ao desgaste. Além disso, a atividade celular foi favorecida com a funcionalização por PEO, seguida da aplicação de um filme híbrido composto de quitosana + GPTMS.

Bioabsorbable materials, such as Mg alloys, have been studied in order to prevent a new invasive surgical process for removing permanent implants. The difficulty in using implants based on magnesium and its alloys is due to their high rate of corrosion, resulting in the formation of hydrogen gas and, consequently, an early loss in the mechanical strength of the device. However, to promote the increase in the properties of these alloys, especially regarding corrosion and wear resistance, different surface modification techniques have been investigated. The functionalization of metallic surfaces by the plasma-assisted anodizing process, better known as PEO, presents promising results. This work aims to study the surface functionalization by plasma-assisted anodizing (PEO) in order to improve the corrosion and wear resistance of Mg-Zn-Zr alloys for application as a biomaterial. For this, two Mg-Zn-Zr alloys with 3% and 6% Zn content (ZK30 and ZK60) were evaluated for resistance to corrosion, dry wear and tribocorrosion. The alloy that presented the best electrochemical and wear resistance properties was used for the surface functionalization by the PEO process. Afterwards, a hybrid film composed of chitosan + GPTMS (Glycidoxypropyltrimethoxysilane) was applied on the coating obtained by PEO. Functionalized samples were evaluated for wear resistance and corrosion resistance and for cytotoxicity. The results obtained showed that the functionalization by PEO promoted a significant reduction in the release of H2, an improvement in the resistance to corrosion and wear. Furthermore, cellular activity was favored with PEO functionalization, followed by the application of a hybrid film composed of chitosan + GPTMS.