Study of Zr-O coatings for dental applications

Dissertação de Mestrado em Engenharia de Materiais apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaEste trabalho teve como principal objetivo o estudo de revestimentos de Zr-O para aplicações dentárias. Atualmente, a zircónia (ZrO2) é um dos materiais mais utilizados em implantes dentários, sendo comercializada por empresas de renome como é o caso da Strauman. A ausência, na bibliografia consultada, a referências a materiais com estequiometrias distintas da zircónia, e que sejam empregues na área da medicina dentária, vem reforçar o objetivo deste trabalho, no qual se pretende contribuir para o avanço do conhecimento nesta área específica da interface revestimento/material biológico.Neste contexto foram depositados, em modo reativo por pulverização catódica rf magnetrão, revestimentos com relações O/Zr inferiores (R1) e superiores (R2) à da zircónia. Os revestimentos produzidos foram comparados com um revestimento obtido a partir de um alvo de zircónia estabilizada com ítria (R3) e usado como controlo. Todos os revestimentos foram caracterizados de modo a estudar a sua morfologia/topografia, estrutura, composição química superficial, molhabilidade e potencial zeta. Por último, foram também testados in vitro, utilizando células estaminais mesenquimatosas da polpa dentária. A caracterização química das superfícies, efetuada por espetroscopia de fotoeletrão X, revelou a existência de ligações metálicas na superfície do revestimento R1, enquanto que as superfícies R2 e R3 apresentam o zircónio como estando totalmente oxidado e, de acordo com as bases de dados consultadas, sobre a forma de ZrO2. Na avaliação da molhabilidade, do potencial zeta e do desempenho in vitro dos revestimentos, os resultados demonstraram que, apesar das aparentes semelhanças químicas entre as superfícies R2 e R3, elas são distintas. Na avaliação da citocompatibilidade dos revestimentos, como potenciais candidatos para aplicações em implantes dentários, foi observado que o revestimento R2 apresenta um melhor desempenho do que o revestimento R1, exibindo bons indicadores quanto à interação e adesão celular, podendo apresentar um desempenho, no mínimo, tão bom quanto o revestimento R3.This work had as main objective to study Zr-O coatings for dental applications. Nowadays, zirconia (ZrO2) it’s one of the most used materials in dental implants, being commercialized by prestigious companies like Strauman. The absence in the bibliography of materials with stoichiometry different from that of zirconia, to be used in medical dentistry, reinforces the objective of this work, which intends to contribute for the advancement of the knowledge in this specific area of the interface coating/biologic material.In this context, coatings with O/Zr ratios lower (R1) and higher (R2) than the one of zirconia were deposited in reactive mode by rf magnetron sputtering technique. As a control, thin films obtained from a zirconia stabilized with an yttria target (R3) were also produced. All the coatings were characterized to evaluate their morphology/topography, structure, surface chemistry, wettability and zeta potential. Finally, they were also tested in vitro, using mesenchymal stem cells of the dental pulp.The analysis of the surface chemistry revealed the presence of metallic bonds in the surface of the coating R1, while R2 and R3 have their surfaces totally oxidized with zirconium in the form of ZrO2. In contrast, the evaluation of the wettability, zeta potential and in vitro performance of the coatings suggest that the surfaces of R2 and R3 could be in fact distinct from each other. Regarding to the performance as potential application’s in implants, it was found that the coating R2 present a better performance than R1 – exhibiting good indicators for cellular adhesion and cellular interaction – being at least as efficient as R3.Outro - Trabalho desenvolvido no âmbito do projeto bePIM com o apoio da Agência Nacional de Inovação (ANI