Experimental calcium phosphate ceramic with titanium dioxide nanoparticles: manufacturing, characterization, mechanical and chemical properties analysis.

Este estudo propôs o desenvolvimento e caracterização de uma nova cerâmica para uso odontológico feita a partir de hidroxiapatita (HA). A HA foi extraída de ossos bovinos, com a intenção de reaproveitar esses resíduos sólidos e transformá-los em um material sustentável e de baixo custo. Além disso, a adição de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) (5 e 8%) a este material foi realizada na tentativa de melhorar suas propriedades mecânicas e químicas. Discos (Ø 14 ± 2 mm; espessura = 1.2 ± 0.2 mm) foram obtidos por prensagem uniaxial e isostática a partir de um pó de hidroxiapatita bovina e nanopartículas de TiO2 e sinterizados a 1300ºC por 2 horas. Três grupos experimentais foram desenvolvidos (HA, HA+5%TiO2 e HA+8%TiO2) e caracterizados microestruturalmente por difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia por energia dispersiva (EDS). Para análise mecânica e química dos materiais, os testes de tenacidade à fratura pelo método da indentação, de resistência à flexão biaxial (RFB) e de solubilidade química foram realizados. Os espectros de DRX revelaram, para o grupo HA, o aparecimento de um pico correspondente ao beta-tricálcio fosfato (ß-TCP). Para HA+5%TiO2 e HA+8%TiO2, toda a composição de HA e TiO2 foi convertida em ß-TCP e titanato de cálcio (CaTiO3). A tenacidade à fratura foi maior para HA+5%TiO2 (1,34 ± 0,26 MPa.m1/2) e HA+8%TiO2 (1,28 ± 0,21 MPa.m1/2) do que para HA (0,65 ± 0,10 MPa.m1/2). HA apresentou resistência característica significativamente maior (295,8 MPa) em relação aos grupos com 5% (235,1 MPa) e 8% (214,4 MPa) de nanopartículas de TiO2. Os valores de módulo Weibull dos três grupos foram estatisticamente semelhantes. Os resultados de solubilidade indicaram que todas as cerâmicas experimentais estavam acima do limite de 2000 ug/cm2 permitido pela International Organization for Standardization (ISO) 6872:2015. A cerâmica experimental de fosfato de cálcio com adições de 5% e 8% de TiO2 alcançou propriedades mecânicas desejáveis, mas valores de solubilidade química muito elevados.The following study proposed the development and characterization of a new ceramic for dental use made from hydroxyapatite (HA) extracted from bovine bones, with the intention of reusing these solid wastes and turning them into a sustainable and low-cost material. Furthermore, the addition of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles to this material was carried out in an attempt to improve its mechanical and chemical properties. Disks (Ø = 14 ± 2 mm; thickness = 1.2 ± 0.2 mm) were obtained through uniaxial and isostatic pressing from bovine hydroxyapatite powder and TiO2 nanoparticles and sintered at 1300ºC for 2 hours. Three experimental groups were developed (HA, HA+5%TiO2 and HA+8%TiO2) and microstructurally characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). For mechanical and chemical analysis, indentation fracture (IF), biaxial flexural strength (BFS) and chemical solubility tests were performed. XRD spectra revealed the appearance of a peak corresponding to btricalcium phosphate (ß-TCP) for HA group. For HA+5%TiO2 and HA+8%TiO2, the entire composition was converted into ß-TCP and calcium titanate (CaTiO3). IF toughness was higher for HA+5%TiO2 (1.34 ± 0.26 MPa.m1/2) and HA+8%TiO2 (1.28 ± 0.21 MPa.m1/2) than for HA (0.65 ± 0.10 MPa.m1/2). HA showed significantly higher characteristic stress (295.8 MPa) in relation to groups with 5% (235.1 MPa) and 8% (214.4 MPa) TiO2 nanoparticles. The Weibull modulus values of the three groups were statistically similar. The solubility results indicated that all experimental ceramics were above the 2000 ug/cm2 limit set by the International Organization for Standardization (ISO) 6872:2015. The experimental calcium phosphate ceramic with additions of 5% and 8% of TiO2 achieved desirable mechanical properties, but very high chemical solubility values