Estudos de bioatividade de nanoestruturas de óxido de zinco

Mestrado em Materiais e Dispositivos BiomédicosEstudos recentes com compósitos de uma matriz polimérica biocompatível – poliuretano - com enchimento de nanopartículas de óxido de zinco indicaram que, para além de não citotóxicos, estes compósitos apresentavam a capacidade de induzir a precipitação de compostos relevantes para o processo de mineralização, quando imersos em fluido fisiológico sintético. Dada a ausência de bioatividade das matrizes de PU, associou-se essa propriedade à presença das nanoestruturas de ZnO nos compósitos. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar o potencial bioativo de nanopartículas de óxido de zinco e a sua influência na bioatividade de compósitos de PU/ZnO. Foram sintetizadas nanopartículas de ZnO por precipitação química (ZnO P) e comparadas com nanopartículas comerciais de óxido de zinco (ZnO C), tendo-se observado que as nanopartículas de ZnO P possuíam maior área superficial específica e menor cristalinidade que as ZnO C. Foram preparados, através da técnica de evaporação de solvente, compósitos de PU com diferentes conteúdos de enchimento de nanopartículas de ZnO dos dois tipos. De modo a avaliar a respetiva capacidade bioativa, realizaram-se testes in vitro em meio acelular, por imersão das nanopartículas e dos compósitos em fluido fisiológico simulado (SBF). Nas nanopartículas (ZnO P e ZnO C) após imersão em SBF não foi possível confirmar a presença de fosfatos de cálcio típicos de materiais potencialmente bioativos, mas foram encontrados outros compostos, como fosfato de zinco, que precipitaram em competição com os outros fosfatos. A quantidade de zinco libertada para a solução a partir do pó de ZnO P foi significativamente superior à verificada com o pó comercial. Em ambos os casos ocorreu uma depleção significativa de cálcio e fósforo presentes na solução, sugerindo a sua contribuição para a precipitação de compostos com Ca e P. Os resultados do trabalho permitiram genericamente concluir que a presença de nanopartículas de ZnO, isoladamente ou como reforço em compósitos de PU/ZnO, é relevante para a precipitação de fosfatos associados ao potencial bioativo desses materiais. A elevada degradação das nanoestruturas de ZnO em meio aquoso mostrou ser controlada através da inclusão dessas nanoestruturas em compósitos de matriz de PU, o qual parece funcionar como barreira à difusão das espécies resultantes da degradação das partículas. A possibilidade de controlar, desta forma, a degradação das nanoestruturas de ZnO e a melhor compreensão dos processos de formação, à superfície desses materiais, de precipitados com potencial bioativo, contribuirão para colocar, a curto prazo, as nanopartículas de óxido de zinco precipitado no painel dos materiais com potencialidade para aplicações biomédicas, em particular na área da regeneração óssea.Recent studies with composites of a biocompatible polymer matrix - polyurethane - filled with zinc oxide nanoparticles indicated that, in addition to non-cytotoxic, these composites showed the ability to induce precipitation of relevant compounds for the mineralization process, when immersed in simulated body fluid. Due to the absence of bioactivity of PU matrices, this property was related with the presence of ZnO nanostructures in the composite. In this context, the aim of this study was to evaluate the bioactive potential of zinc oxide nanoparticles and its influence on the bioactivity of PU / ZnO composites. ZnO nanoparticles were synthesized by chemical precipitation (ZnO P) and compared with commercial zinc oxide nanoparticles (ZnO C). It was observed that ZnO P nanoparticles had a higher specific surface area and lower crystallinity than the ZnO C. PU/ZnO composites were prepared by a solvent evaporation technique, with different filler content of ZnO nanoparticles. In order to evaluate their in vitro bioactive capacity, tests were performed by immersing the nanoparticles and the composites in simulated body fluid (SBF). It wasn’t possible to confirm the presence of calcium phosphates typical of potentially bioactive materials in the nanoparticles (ZnO P and ZnO C) after immersion in SBF. Other compounds were found, such as zinc phosphate, which precipitated in competition with other phosphates. The amount of zinc released to the solution from the ZnO P powder was significantly higher than that observed with the commercial powder. In both cases, occurred a significant depletion of calcium and phosphorus present in the solution, suggesting the contribution to precipitation of Ca and P compounds. The results of the study allow to conclude that the presence of ZnO nanoparticles, alone or as reinforcement in the PU/ZnO composite is relevant for the precipitation of phosphates associated with bioactive potential of these materials. The high degradation of ZnO nanostructures in aqueous medium proved to be controlled by the inclusion of nanostructures in PU composite matrix, which appears to function as a barrier to the diffusion of species resulting from the degradation of the particles. abstract The possibility of controlling the degradation of ZnO nanostructures and a better understanding of the formation processes of surface precipitates with bioactive potential, contribute to place in the short term precipitated zinc oxide nanoparticles among the materials with potential for biomedical applications, particularly in the field of bone regeneration