Fosfatos de cálcio formados em templates de celulose bacteriana - Ciência e Engenharia de Materiais

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quinta-feira, 27 de agosto de 2020

Fosfatos de cálcio formados em templates de celulose bacteriana



Resumo: Membrana de celulose bacteriana foi utilizada como template para deposição de fosfato de cálcio via imersão em soluções de nitrato de cálcio e fostato de amônio. O material produzido passou por avaliações composicionais e morfológicas.

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A engenharia de tecidos busca obter novas alternativas para problemas médicos recorrentes, melhorar o desempenho de soluções já conhecidas e acelerar o processo de cura visando melhorar a qualidade de vida dos pacientes. No campo da recuperação de tecidos osseos são utilizados principalmente estruturas cerâmicas na forma de scaffolds, revestimentos ou preenchimentos. Scaffolds são estruturas porosas que sustentam seu próprio peso e podem ser compostas de um sistema unitário ou compósito, onde a fase cerâmica está associada a uma fase polimérica ou mineral.


Fosfatos de cálcio têm uma composição que é muito semelhante ao osso natural e, por isso, são muito utilizados em aplicações de regeneração óssea devido a sua alta bioatividade e biocompatibilidade. Dentro dessa família, hidroxiapatita e fosfato tricálcio são os mais utilizados e os scaffolds produzidos podem ser somente cerâmicos ou compósitos com a presença de polímeros. Outro material muito estudado é a celulose bacteriana, um polímero natural produzido por microrganismos que possui boas propriedades mecânicas, estruturais e biológicas. Devido a isso, a celulose bacteriana tem sido integrada em diversos compósitos para atuar como template para a síntese de materiais inorgânicos.


Para a produção do material, membranas de celulose bacteriana foram imersas e agitadas com auxílio de um dispositivo de ultrassom em um Becker com uma solução de nitrato de cálcio e depois em solução de fosfato de amônio. O processo foi realizado novamente e algumas amostras para verificar a influência do número de imersões no produto final.  O material compósito obtido foi submetido à liofilização para consolidar a estrutura porosa e passou posteriormente por um tratamento térmico visando à remoção da fase polimérica e a formação de estruturas bem cristalizadas. Houve variação na temperatura, taxa de aquecimento e duração dos tratamentos térmicos para avaliar o comportamento do material. A composição e morfologia das amostras foram analisadas antes e após serem submetidas ao tratamento térmico e suas propriedades magnéticas também foram avaliadas para verificar a possibilidade de utilizar o material obtido para o desenvolvimento de scaffolds magnéticos.


As amostras foram submetidas à análise térmica onde foi constatado que ocorre uma deposição cerca de 38% maior nos corpos de provas que passaram por dois ciclos de imersão. A avaliação por difração de raios x e FTIR, realizados a amostras antes de serem submetidas ao tratamento térmico, demonstraram que fosfatos de cálcio realmente se depositaram na celulose bacteriana e imagens do MEV reforçaram essa constatação. Após o tratamento térmico, a difração de raios x indicou a formação de pirofosfato de cálcio com estrutura tetragonal em tratamentos térmicos abaixo de 1000°C e ortorrômbica para tratamento realizado a 1200°C. Imagens do MEV revelaram que a taxa de aquecimento e a duração do tratamento térmico alteram a porosidade e a dimensão dos grãos, influenciando as propriedades mecânicas do scaffold. A análise magnética revelou que o material produzido contém resposta magnética intrínseca e ajustável de acordo com o tratamento térmico.


Esse estudo demonstrou a possibilidade de produzir compósitos híbridos carregando quantidades controladas de fosfatos de cálcio em um template de celulose bacteriana. Essa técnica de sintetização gerou um biomaterial cujas propriedades podem ser modificadas alterando parâmetros de produção e que possui características interessantes para aplicação em áreas ortopédicas e ortodônticas.

Referência:

BUSUIOC, C.; GHITULICA, C. D.; STOICA, A.; et al. Calcium phosphates grown on bacterial cellulose template. Ceramics International, v. 44, n. 8, p. 9433–9441, 2018. Elsevier Ltd.


Redação: Gustavo Peres - UTFPR