Influência do Agente Dopante na Resposta Biológica de Filmes Finos de Hidroxiapatite

Dissertação de Mestrado em Engenharia de Materiais, na especialidade de Biomateriais, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.A rejeição e a infeção bacteriana são dois dos maiores problemas em implantes ortopédicos, e por isso osteointegração e efeitos antibacterianos devem ser dois requisitos deste tipo de implante. O objetivo deste trabalho é a deposição de filmes finos de hidroxiapatite (HA) dopados com prata (HA/Ag), com flúor através da utilização de poli(tetrafluoretileno) (HA/PTFE) e ambos os materiais (HA/PTFE/Ag) e, após caracterização físico química avaliar da sua capacidade combinada de ser osteointegrador e ter efeito antibacteriano perante Escherichia coli, Staphylococcus epidermidis, Bacillus cereus. Simultaneamente foi avaliada a influência da composição química e da rugosidade dos substratos usando para o efeito o aço inoxidável 316L e o Ti cp4 com rugosidade nanométrica e micrométrica. Os filmes finos, com espessuras entre os 160 e os 450 nm foram depositados por pulverização catódica r.f. magnetrão. O teor de elemento dopante foi de 7%at. Ag, 50%at. F e 6%at. Ag/50%at. F. A análise estrutural evidenciou o facto de quase todos os revestimentos serem nanocompósitos, com matriz amorfa de HA, com uma distribuição das fases cristalinas nem sempre uniforme. Os filmes que foram codepositados com PTFE como fonte de F apresentam como fase maioritária o fluoreto de cálcio. Os filmes finos têm maior capacidade osteointegradora, de acordo com os testes in vitro com solução de Hank, do que qualquer um dos substratos não revestidos, sendo que o melhor desempenho foi conseguido com as superfícies contendo F: HA/PTFE e HA/PTFE/Ag. Os testes microbianos evidenciaram que a única estirpe de bactérias contra a qual as superfícies foram eficazes foi a Staphylococcus epidermidis e que o revestimento com melhor desempenho foi o HA/Ag, seguido pelo filme fino HA/PTFE/Ag. No global, o revestimento que, com sucesso, consegue conjugar uma boa capacidade osteointegradora com atividade antimicrobiana é o HA/PTFE/Ag.infection and biological rejection are two major problems in orthopedic implants and therefore osteointegration and antibacterial effects should be two major requirements of the implant. The objective of this work is the deposition of hydroxyapatite thin films (HA) doped with silver (HA/Ag), fluorine from poly(tetrafluoroethylene) (HA/PTFE) and both (HA/PTFE/Ag) by sputtering. After an extensive physic chemical characterization the modified surfaces were tested in their ability to cause osteointegration (by in vitro tests in Hanks solution) as well their ability to inhibit bacterial proliferation with three starins Escherichia coli, Staphylococcus epidermidis, Bacillus cereus. Simultaneously it was assessed the influence of substrate chemical composition and roughness by using 316L stainless stell and Ti cp4 with nano and micro rough surface. The thin films, thickness between 160 and 450 nm were deposited by r.f magnetron sputtering. The amount of doped element was of 7 at% Ag, 50 at% F and 6 at% Ag/50 at% F. The microstructural analysis revealed the fact that almost all coatings are nanocomposites with an amorphous matrix of HA and that the distribution of the crystalline phases is not always homogenous. The coatings codeposited with PTFE, as the source of F, present as major component calcium fluoride. All the modified surfaces are better osteointegrator than any of the uncoated substrates. The best performance was achieved by the surfaces with F: HA/PTFE and HA/PTFE/Ag. The microbiological tests showed that the only bacterial strain to be inhibit by the modified surfaces was Staphylococcus epidermidis and that the coating with the best result was HA/Ag followed by HA/PTFE/Ag. Considering the overall characterization the coating that, simultaneously, is able to induce osteiointegration and antibacterial activity is HA/PTFE/Ag