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Document Type: Dissertação
Title: Nanotubos de TiO2 incorporados com prata e zinco sobre substratos de titânio: uma revisão sistemática e uma análise eletroquímica
Authors: Mendes, Douglas Thainan Silva Lima
Issue Date: 10-Feb-2022
Advisor: Resende, Cristiane Xavier
Co-advisor: Macedo, Michelle Cardinale Souza Silva
Resumo : Falhas prematuras em implantes relacionadas à formação de biofilmes e pela corrosão do implante são um problema de saúde mundial. Em vista disso, revestimentos de TiO2 obtidos via anodização (NTT) podem aumentar a resistência à corrosão do titânio comercialmente puro (Ti-CP) e a taxa de mineralização de Ca-P, diferentemente da camada de TiO2 formada naturalmente, que é irregular e pouco espessa. Somado a isso, várias cepas bacterianas, associadas a formação de biofilmes, têm se mostrado resistentes aos antibióticos, reduzindo a eficácia desse tratamento. Dessa forma, a inclusão de metais ao TiO2, a exemplo do Zn, pode ser capaz de promover ação bactericida, sendo um substituto as terapias antibióticas. No entanto, a efetividade do mesmo frente a infecções ainda é contraditória. Portanto, os objetivos deste trabalho foram: (i) realizar uma revisão sistemática da literatura para responder se, “A incorporação do Zn em revestimento de TiO2 sobre implantes de titânio inibe o crescimento bacteriano in vitro?”; (ii) produzir revestimentos híbridos nanoestruturados de TiO2, por anodização, incorporados, individualmente, com nanopartículas (NP) de zinco (Zn.NTT) e prata (Ag.NTT) para avalia-los em relação a resistência à corrosão, bioatividade e atividade bactericida frente ao Ti-CP. A revisão sistemática mostrou, com a metanálise, que existe um alto grau de certeza que o Zn proporciona o efeito bactericida. Contudo, os revestimentos produzidos por anodização, para formar nanotubos de TiO2, e incorporados com NP de ZnO, usando a síntese hidrotérmica, forneceram homogeneidade dos resultados estatísticos, em comparação aos demais métodos de síntese. Em relação aos dados experimentais desse estudo, os resultados mostraram que as amostras NTT, Ag.NTT e Zn.NTT apresentaram maior energia superficial em relação ao Ti-CP. Além disso, o Ti-CP não propiciou a formação de Ca-P, enquanto que a análise de EDS sugere que houve a formação de Ca-P nos revestimentos. Nos ensaios eletroquímicos foi possível estimar que Zn.NTT e Ag.NTT apresentaram um comportamento mais resistivo, frente ao SBF, em comparação com NTT e Ti-CP, indicando que a presença do Zn e da Ag sobre o TiO2 potencializam o efeito barreira contra a corrosão. Ainda, os revestimentos híbridos apresentaram mais de uma constante de tempo que auxilia na manutenção do TiO2 tornando o revestimento ainda mais resistivo. Por fim, os resultados dos ensaios antibacterianos mostraram que houve formação de halos para Ag.NTT e Zn.NTT frente S. aureus, indicando o potencial antimicrobiano desses revestimentos.
Abstract: Premature implant failures related to biofilm formation and implant corrosion are a worldwide health problem. Because of these issues, TiO2 coatings obtained by anodization can increase the corrosion resistance of the commercially pure titanium (CPTi) and the rate of Ca-P mineralization, unlike the naturally formed TiO2 layer, which is irregular and thin. Added to this, several bacterial strains, associated with biofilm formation, are resistant to antibiotics, reducing the effectiveness of this treatment. Thus, the inclusion of metals in TiO2, such as Zn, may be able to promote bactericidal action, being a substitute for antibiotic therapies. However, its effectiveness against infections is still contradictory. Therefore, the objectives of this work were: (i) to carry out a systematic review of the literature to answer whether, “Does the incorporation of Zn in TiO2 coating on titanium implants inhibit bacterial growth in vitro?”; (ii) to produce hybrid nanostructured TiO2 coatings, by anodization, individually incorporated with Zn (Zn.NTT) and Ag (Ag.NTT) nanoparticles to evaluate their capacity concerning corrosion resistance, bioactivity and bactericidal activity against CP-Ti. The systematic review showed, through meta-analyses, that there is a high degree of certainty that Zn provides the bactericidal effect. However, the coatings produced by anodizing to form TiO2 nanotubes and incorporated with NP of ZnO, using hydrothermal synthesis, provided homogeneity of statistical results, compared to other synthesis methods. The experimental results showed that the samples NTT, Ag.NTT and Zn.NTT presented higher surface energy concerning CP-Ti. Besides, CP-Ti did not promote the formation of Ca-P, while the EDS analysis suggests that there was the formation of Ca-P in the coatings. In the electrochemical tests, it was possible to estimate that Zn.NTT and Ag.NTT presented a more resistive behavior, in SBF, in comparison with NTT and CP-Ti, indicating that the presence of Zn and Ag on TiO2 potentiate the barrier effect against the corrosion. Furthermore, the hybrid coatings had more than one time constant that helps to maintain TiO2, making the coating even more resistive. Finally, the results of the antibacterial assays showed the formation of halos for Ag.NTT and Zn.NTT against S. aureus, indicating the antimicrobial potential of these coatings.
Keywords: Dióxido de titânio (TiO2)
Corrosão e anticorrosivos
Bactericidas
Titânio
Bioatividade
Resistência à corrosão
Atividade bactericida
Titanium
Bioactivity
Corrosion resistance
Bactericidal activity
Subject CNPQ: ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Sponsorship: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
Language: por
Institution: UFS
Program Affiliation: Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Citation: MENDES, Douglas Thainan Silva Lima. Nanotubos de TiO2 incorporados com prata e zinco sobre substratos de titânio: uma revisão sistemática e uma análise eletroquímica. 2022. 142 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2022.
URI: http://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/15862
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