Caracterização reológica

A figura 5 mostra as curvas de viscosidade das suspensões TCP, TCP- Mn, HA sintética, HA comercial e HA comercial-Mn. Como pode ser visto no gráfico, as amostras apresentaram um comportamento muito similar em relação a sua reologia. As curvas obtidas demonstram uma diminuição brusca da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento, o que caracteriza um comportamento pseudoplástico das composições. O gráfico mostra que embora as composições sejam de pós cerâmicos diferentes o comportamento reológico é o mesmo para todas. Observando as curvas, de um modo geral, tem-se que no início da colagem de fita, a tensão de cisalhamento tem origem na resistência interna do alongamento das cadeias poliméricas, pois apresentam repulsão eletrostática, e da separação dos aglomerados de partículas, o que resulta em um aumento na viscosidade da suspensão total. O aumento da tensão de cisalhamento afeta a suspensão de modo que ela consegue fluir sem quaisquer obstáculos, diminuindo assim a viscosidade da suspensão (JABBARI et al., 2016). Ao trabalhar com taxas de viscosidades relativamente baixas, obtêm-se uma boa fluidez e maior facilidade para produzir um filme plano e com espessura regular (SPANIOL, 2018). Pode-se relacionar a velocidade de colagem da fita e altura ajustada para aferir a taxa de cisalhamento durante este processo. A velocidade em que as fitas são coladas deve ser alta suficiente para que a taxa de cisalhamento esteja no intervalo do gráfico onde o declive da curva seja menos íngreme. Isso porque, na faixa mais íngreme da curva, pequenas mudanças na

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taxa de cisalhamento geram grandes mudanças na viscosidade e, portanto, nas condições mecânicas da suspensão (BITTERLICH, LUTZ, ROOSEN, 2002).

Figura 5- a) Comportamento das fitas de TCP, HA sintética e HA comercial

Fonte:autor

Figura 5- b) Comportamento das fitas de TCP- Mn e HA comercial- Mn

Fonte:autor

As curvas de reologia que podem ser observadas nas figuras 5 a) e b) demonstram o comportamento pseudoplástico necessário para a produção das fitas cerâmicas, em conformidade com o encontrado por Spaniol,2019. Na figura 6 estão demonstrados os comportamentos reológicos observados em suspensões.

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Fonte: HOTZA, 1997

A reologia da barbotina é determinada pelas características dos seus componentes. Os ligantes, por exemplo, aumentam a viscosidade e mudam o comportamento de escoamento de newtoniano para pseudoplástico (HOTZA,1997). A figura 6 mostra o comportamento da velocidade pela taxa de cisalhamento. À medida que a taxa de cisalhamento aumenta, a sua viscosidade diminui e, no final, mantém-se quase constante. Esse é o comportamento esperado das fitas cerâmicas.

6.2 Difração de Raios X (DRX)

Os padrões de difração de Raios X para os pós cerâmicos estão ilustrados na figura 7, os resultados revelaram a presença da fase β- TCP para o pó de TCP, cuja fórmula é C3(PO4)2, de estrutura

ortorrômbica, segundo ficha padrão (JCPDS 98- 008-2984), conforme encontrado por Spaniol, 2018. É possível observar através dos gráficos obtidos que nenhuma outra fase cristalina é encontrada, para o pó de TCP. Os parâmetros de rede, volume da célula unitária e tamanho de cristalito obtidos da fase β- TCP foram obtidos através do refinamento de Rietveld com o intuito de observar as fases presentes no pó comercial utilizado com o pó comercial com a adição do manganês presente no Nitrato de Manganês, neste difratograma foi possível observar a fase Mn(NO3)2, segundo ficha padrão (JCPDS INSERIR NÚMERO). No difratograma da

Hidroxiapatita foi possível observar a fase Hidroxiapatita, segundo ficha padrão (JCPDS INSERIR NÚMERO) e quando houve uma mistura de reagentes entre a HA e o Nitrato de Manganês, houve a presença da fase Nitrato de Manganês e Hidroxiapatita, como pode ser observado no difratograma presente na figura 7.

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Fonte:autor

6.3 Grau de Intumescimento

O grau de intumescimento é uma medida relacionada tanto à hidrofilicidade quanto à presença de poros e microvazios na rede polimérica. A hidratação dos filmes poliméricos começa a partir dos grupos hidrofílicos mais polares, denominado de hidratação primária. A hidratação secundária são quando as moléculas do solvente, começam a ocupar os interstícios e poros da rede polimérica. Este grau analisa a quantidade de água absorvida por cada amostra (PACHECO, 2016). A inserção de manganês nos fosfatos de cálcio reduz os parâmetros da unidade celular. O manganês faz a diminuição dos parâmetros de rede, tanto no β- tricálcio fosfato da hidroxiapatita que em condições semelhantes encontraram uma diminuição dos parâmetros da rede com a concentração de Manganês (OLIVEIRA, 2020). Essa mudança na célula unitária causa a diferença das amostras sem manganês, que apresentam todos o mesmo comportamento, e com manganês, sendo o fator que este provoca uma mudança no seu grau de intumescimento assim como de sua estrutura. No gráfico 7 é possível ver o grau de intumescimento:

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Fonte: autor

No gráfico 7, é possível perceber que todas as amostras que contêm manganês apresentam menor grau de intumescimento, assim, enquanto as amostras de TCP e HA sem o manganês apresentam aproximadamente 90% de absorção, as amostras com manganês chegam a 70%. Isso ocorre devido às mudanças na redução da célula unitária e mudanças no parâmetro de rede, diminuindo a entrada de água, o que demonstra conformidade com estudos realizados por Oliveira, 2013.

6.5 Ensaio de Bioatividade

Foi analisada a bioatividade das fitas de TCP e HA, com e sem adição do Manganês. Nesse ensaio, as fitas se degradam e formaram uma camada de fosfato de cálcio ao contato com o SBF, fluido que simula o sangue. Nesse ensaio, são analisadas as respostas do sistema hospedeiro ao implante. Os precipitados de fosfato de cálcio resultantes de um experimento de dissolução/precipitação são usados na prática como uma indicação do potencial ósseo para biomateriais. As fitas feitas foram submetidas a um ensaio em contato com SBF e foram analisados pela varredura de microscopia eletrônica em 1 e 7 dias. A figura 8 mostra três momentos do ensaio de bioatividade ao longo dos 7 dias. A primeira é o MEV da hidroxiapatita no dia inicial, o segunda no dia 1 e o terceira no 7° dia.

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Fonte: autor

Na figura 8, é possível observar a formação de um precipitado de fosfato de cálcio, o que garante que a solução seja bioativa. No dia 0, a hidroxiapatita encontra-se em sua forma natural e ao longo do tempo ela vai interagindo com o meio e formando um precipitado de fosfato de cálcio. Com isso, o osso deve se regenerar ao longo do tempo e a hidroxiapatita se degradar.

A seguir, a figura 9 mostra o comportamento da hidroxiapatita com adição de manganês. Foi analisada a amostra submersa pelo SBF por 7 dias e registado a partir do MEV.

Figura 9- MEV de fita de hidroxiapatita com adição de manganês para ensaio de bioatividade. a) o dias b) 1 dia c) 7 dias

Fonte: autor

Na figura 9, o pó utilizado é a hidroxiapatita com adição do manganês. Na imagem 9-c, é possível observar a degradação do PVA no corpo humano. Essa amostra também é bioativa e se degrada formando fosfato de cálcio, que se liga ao osso e auxilia sua regeneração. É observado que o manganês aumenta a bioatividade por causa de suas propriedades nanomagnéticas. O aumento da bioatividade comparada com a imagem 8 é percebida pelo aumento da formação de

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precipitado de fosfato de cálcio. A figura 10 mostra as fitas de TCP imersas por SBF por um período de sete dias, observando sua bioatividade:

Figura 10- MEV de fita de TCP para ensaio de bioatividade. a) o dias b) 1 dia C 7 dias

Fonte: autor

Na figura 10, é observada uma amostra com TCP, ela é mais bioativa que a hidroxiapatita, degradando-se mais rapidamente e formando uma precipitado de fosfato de cálcio que liga-se ao osso e ajuda sua regeneração. No dia 0 é visto a amostra no seu ponto inicial e como a amostra reage ao meio do SBF que simula o corpo humano. Dessa forma, a amostra forma um precipitado de fosfato de cálcio e ajudando na regeneração óssea com a bioatividade. Abaixo está o ensaio com o TCP com adição de manganês:

Figura 11- MEV de fita de TCP com adição de manganês para ensaio de bioatividade. a) o dias b) 1 dia C 7 dias

Fonte: autor

Na figura 11, é observado o TCP com a adição de manganês, tornando esse ainda mais bioativo do que o TCP puro. Do 1º ao 7º dia, observa-se o TCP se degradando e a regeneração tecidual.

O manganês foi usado como aditivo nas fitas. Esse composto é essencial ao corpo humano e é encontrado em fase cúbicas de corpo centrados, sendo fundamental para o crescimento e desenvolvimento do esqueleto e ações enzimáticas. Estudos realizados mostraram o manganês em

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ligas de titânio melhorou a resistência a corrosão e propriedades mecânicas (reduzindo a elasticidade e aumentando a dureza), além de ser menos citotóxico que o alumínio e vanádio (LOURENÇO, 2018).

Estudos de biocompatibilidade confirmaram que os osteoblastos eram capazes de proliferar na superfície de vidro dopada com manganês e, crucialmente, a introdução de manganês tem um efeito benéfico. Portanto, o fato dele induzir estímulo biológico significa que o vidro bioativo dopado com o elemento é um material promissor para os ossos e procedimentos de regeneração. O teste de bioatividade in vitro em fluido corporal simulado (SBF) mostrou uma ligeira diminuição na cinética de reatividade de vidros dopados com Manganês com bom grau de bioatividade (MIOLA, 2014).

O TCP atua com sua natureza reabsorvível, fazendo com que parte do material seja dissolvida, fornecendo matéria-prima para o crescimento do osso, enquanto a HAp de natureza bioativa, promove uma excelente fixação, permanecendo no local para dar sustentação ao implante. Cristalograficamente, a HAp é mais similar ao osso natural do que o p-TCP, porém, a razão de reabsorção da HAp é extremamente baixa comparada com a do P-TCP. A velocidade de dissolução do P-TCP é de 3 a 12 vezes mais rápida do que para HAp estequiométrica e um implante ósseo constituído de HAp permanecerá mesmo depois de 3 ou 4 anos de implantação, o TCP, por outro lado, sendo reabsorvível, desaparecerá parcialmente, em períodos de 6 a 15 semanas dependendo da estequiometria e porosidade Foi avaliada, em estudos comparativos, a reabsorção dos implantes in vivo em função da composição (RIBEIRO, 2003).

Os dados obtidos estão de acordo com o resultado de Miola (2014), pois foi observado um aumento da bioatividade em fitas com manganês, também foi observado de acordo com os resultados de Ribeiro (2003) que tanto o TPC como a hidroxiapatita apresentam bioatividade, pois a partir da fita no meio de SBF observou-se a formação de precipitado e de “tecidos”. E que a hidroxiapatita, que segundo o mesmo, é mais semelhante ao osso porém tem menor absorção comparado ao TPC.

As fitas de TCP possuem maior bioatividade, mas nas fitas de HA também é observada a bioatividade, ocorrendo, além disso, a reabsorção e dissolução do PVA. Enquanto Nas fitas com adição de manganês (HA-Mn e TCP) é observada uma maior formação de precipitado. Todas as fitas tanto com hidroxiapatita como o TCP são bioativas, já que interagem com o plasma sanguíneo, que é substituído no experimento pelo SBF, formando precipitado de fosfato de cálcio e sendo absorvido e degradado.

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6.7 Ensaio de Citotoxicidade

Para saber se um composto pode ser usado para aplicações biomédicas é necessário realizar o ensaio de citotoxicidade, em que se avalia a toxicidade da amostra em meio celular. Nesse teste o biomaterial é colocado em contato com as células de mamíferos e avaliado se é ou não tóxico para fins biomédicos, observando se esse material viabiliza a proliferação celular (SPANIOL, 2018).

Figura 12- Ensaio de citotoxicidade

Fonte: autor

As cerâmicas que apresentam fosfatos de cálcio como já mencionado são amplamente utilizadas em biomateriais e esse motivo é por causa de normalmente não apresentarem toxicidade local ou sistêmica, ausência de resposta ao corpo estranho e a habilidade de se ligar ao corpo hospedeiro (NAKAGAWA, 2004).

Sepúvida (1999) produziu Hidroxiapatita porosa através do gelcasting de espumas visando aplicações biomédicas e constatou que essa não apresentava níveis de toxicidade considerados, mas atribui isso também ao fato de que possuía reagentes de alta pureza, como é o caso dos dispersantes, monômeros, agentes espumantes que são efetivamente eliminados durante a queima e evitando-se contaminação.

Miola (2014) que realizou estudo in vitro de vidros bioativos dopados com manganês para regeneração óssea afirma que nos vidros dopados com Mn, após uma ligeira inibição da proliferação no primeiro dia, o aumento do número de células foi semelhante ao observado para as outras células e que os íons Mn não induziram a morte celular. E concluiu que no teste de

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citotoxicidade que o vidro bioativo dopado com Manganês não produziu efeitos citotóxicos em osteoblastos humanos MG-63 cultivados por até 5 dias.

Foi observado no gráfico os controles positivos e negativos e, a partir disso, conclui-se que as amostras com manganês apresentam menor citotoxicidade e nenhumas das amostras são tóxicas ao corpo humano, assim como foi apresentado por Sepúlveda (1999) e Miola (2014)Dessa forma, podem ser utilizadas para substituir e auxiliar a regeneração óssea sem apresentar perigos ao hospedeiro.

7.0 CONCLUSÃO

Foi possível obter 4 fitas com fosfato de cálcio, duas de hidroxiapatita, sendo uma delas com adição de manganês, e duas de trifosfato de cálcio em sua fase beta, sendo uma delas com adição de manganês. O DRX confirma a presença da hidroxiapatita e do B-TCP. Elas foram confeccionadas através do método tape casting e o comportamento reológico da suspensão foi o pseudoplássico. Todas as fitas apresentaram bioatividade. As fitas com adição de manganês apresentaram maior bioatividade e o TCP se mostrou mais bioativo que a hidroxiapatita. Nenhuma das fitas apresentam toxicidade ao sistema hospedeiro. No ensaio de intumescimento, as fitas com manganês apresentam menor absorção, o que é devido a diminuição da célula unitária pela substituição do cálcio pelo manganês.

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