Dissertação/Tese CARACTERIZAÇÃO ELETROQUÍMICA E BIOLÓGICA DO FILME DE ZnO DEPOSITADO VIA PVD (HiPIMS) EM LIGAS DE MAGNÉSIO PARA POTENCIAL BIOMATERIAL ÓSSEO MARCOS JUNIO ALVES DOS SANTOS - PPGQ

As ligas de magnésio tem demostrado significante alternativa nas aplicações em dispositivos de implantes biodegradáveis no organismo humano, eliminando uma segunda cirurgia para sua remoção, como ocorre com os demais materiais metálicos utilizados. Entretanto, a taxa de degradação uniforme das ligas de magnésio deve ser aprimorada, adicionando revestimentos a superfície do material, de preferência com agentes antimicrobinaos e biocompatíveis, a fim de incrementar as propriedades no material final. Neste trabalho, utiliza-se ligas de magnésio ZK60 (Magnésio, Zinco e Zircônio) e ZK60-Mm (Magnésio, Zinco e Zircônio com adição de 1,5% em peso de elementos terras raras - mischmetal), que possuem potencial uso como material ortopédico pela sua relação de densidade muito próxima a densidade óssea. Sua superfície foi recoberta por ZnO (óxido de zinco) via PVD (Physical Vapor Deposition) no modo HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering). Para realizar a caracterização biológica deste recobrimento, foram estudadas a ação bactericida e a biocompatibilidade das superfícies recobertas e não recobertas, através de ensaios biológicos como o teste de disco difusão em ágar e a avaliação da formação de biofilme bacteriano na superfície do material. Além disso, foram avaliadas a resistência à corrosão e a degradação das ligas por meio de ensaios eletroquímicos e de imersão em solução de Fluido Corpóreo Simulado (SBF - Simulated Body Fluid). Por fim, análises microestruturais foram realizadas através da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDS) e Difração de Raios-X (DRX). Os resultados demonstram que o recobrimento de ZnO incrementou propriedades bactericidas às ligas, e é propício a osteointegração com a formação de hidroxiapatita após imersão em SBF. Os resultados exibem ainda um aumento na resistência a corrosão e degradação pelas análises eletroquímicas, onde a taxa de corrosão do ZnO, em relação as ligas sem recobrimento, é potencialmente maior.

Magnesium alloys have demonstrated a significant alternative in applications in biodegradable implant devices in the human body, eliminating a second surgery to remove itc, contrary to what happens with the other metallic materials used. However, the uniform degradation rate of magnesium alloys must be improved, a proposed approach is to add coatings to the material surface, preferably with bactericidal and biocompatible agents, in order to increase the properties of the final material. In this work, magnesium alloys ZK60 (Magnesium, Zinc and Zirconium) and ZK60-Mm (Magnesium, Zinc and Zirconium with the addition of 1.5% by weight of rare earth elements - mischmetal) are used, which have potential use as orthopedic material because of its density, very close ratio to bone density. The surface was coated with ZnO (zinc oxide) via PVD (Physical Vapor Deposition) in HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) mode. The bactericidal action and biocompatibility of coated surfaces and substrate were studied by biological assays with disc diffusion in agar and biofilm formation, targeting candidates for bone tissue engineering. The resistance to corrosion and degradation of the alloys were evaluated by electrochemical and immersion tests, in a Simulated Body Fluid (SBF) solution. For microstructural analysis, Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), X-Ray Diffraction (XRD) are used. The results have shown that ZnO coating increased the samples' bactericidal properties and is conducive to osseointegration with hydroxyapatite formation after immersion in SBF. The results have also demonstrated an increase in resistance to corrosion and degradation by electrochemical analysis, where the corrosion rate of ZnO, in relation to the alloys without coating, is potentially higher.