Porous alumina scaffolds chemically modified by calcium phosphate minerals and their application in bone grafts

Abstract

The chemical modification of porous ceramic scaffold surfaces with calcium phosphate surges as an alternative to improve the bioactivity to be used as bone grafts. The biomimetic method has been commonly used to modify surfaces of Ti alloys but surges as alternative to modify ceramic biomaterials. Herein, we modified the surface of Al 2 O 3 scaffolds with calcium phosphate minerals and strontium using the biomimetic method. The scaffolds were chemically treated using H 3 PO 4 solution and then immersed in simulated body fluid 5× solution for 14 days. For the incorporation of strontium, they were immersed in an aqueous solution of 100 ppm analytical-grade Sr(NO 3 ) 2 under magnetic stirring. The samples were characterized by scanning electron microscopy, X-ray microtomography, X-ray diffraction, near-infrared spectroscopy, inductively coupled plasma emission spectroscopy, and energy-dispersive X-ray spectroscopy. The biocompatibility and ability to differentiate osteoblasts in vitro were evaluated using human cells. The incorporation of strontium into the phosphate structure was verified. Scaffolds were obtained with high porosity, three-dimensional structures, and the preferential adhesion and maturation of osteoblastic cells, which are essential to promote bone regeneration in vivo. K E Y W O R D Sbioactivity, calcium phosphate, scaffolds, surface modification

Influência do tratamento por plasma frio na formação de fosfatos de cálcio sobre a superfície do nanocompósito de Al>sub<2>/sub<O>sub<3>/sub</ZrO>sub<2>/sub<

“…Esses sistemas contêm pelo menos uma característica microestrutural com dimensões nanométricas responsável por características peculiares em suas propriedades. Dentre esses materiais, se encontram os nanocompósitos de Al 2 O 3 /ZrO 2 (SARTORI et al, 2018;SILVA et al, 2018;SILVA et al, 2019;SANTOS et al, 2017;SANTOS et al, 2018).…”

“…Dessa forma, modificações nas superfícies de compósitos e nanocompósitos cerâmicos de Al 2 O 3 /ZrO 2 vem sendo realizadas, visando melhorar sua interação quando implantados (FAGA et al, 2012;DEHESTANI et al, 2012;JOHN et al, 2015;LI et al, 2016;DEHESTANI et al, 2017;SANTOS et al, 2017;SANTOS et al, 2018). Alguns exemplos de tais modificações incluem recobrimentos com fosfatos de cálcio (LIN et al, 2015;SILVA et al, 2018;SILVA et al, 2019), implantação de íons (SIOSHANSI, TOBIN, 1996;ZHAO et al, 1999;MURPHY et al, 2004), tratamentos químicos com soluções ácidas e alcalinas (UCHIDA et al, 2002;FAGA et al, 2012;SANTOS et al, 2017;SARTORI et al, 2018), texturização a laser de femtossegundos (AGUIAR et al, 2016;CARVALHO et al, 2018) e tratamentos por plasma frio (SANTOS et al, 2018;SANTOS et al, 2020). Dentre essas modificações, o tratamento por plasma frio vem se destacando.…”

“…No entanto, devido à natureza bioinerte do nanocompósito de Al 2 O 3 /ZrO 2 (SANTOS et al, 2017), recobrimentos superficiais com fosfatos de cálcio têm sido utilizados para tornar a sua superfície bioativa (LIN et al, 2015;SILVA et al, 2018;SILVA et al, 2019). Dentre as técnicas capazes de promover a formação de fosfatos de cálcio, encontra-se o método biomimético desenvolvido por Abe et al (1990).…”

Influência do estrôncio na formação de fosfatos de cálcio sobre a superfície do nanocompósito de Al>sub<2>/sub<O>sub<3>/sub</ZrO>sub<2>/sub<

“…A substituição iônica parcial de Ca 2+ por Sr 2+ pode aumentar a biocompatibilidade, osteocondução, força de ligação óssea, além de estimular a formação óssea e reduzir a reabsorção óssea (OLIVIER et al, 2020;NGUYEN et al, 2019;QUERIDO;ROSSI;FARINA, 2016). A deposição de diferentes fases de fosfatos de cálcio pode ser favorecida ao utilizar tratamentos superficiais que antecedem o recobrimento biomimético, assim, altera-se as propriedades superficiais dos substratos (SILVA, et al, 2019).…”

“…Com a finalidade de promover maior homogeneidade na formação dos fosfatos sobre a superfície dos substratos, os tratamentos superficiais que antecedem o recobrimento biomimético, em geral, podem favorecer a nucleação a partir da deposição de fosfatos de cálcio (MACAN et al, 2020;SILVA;PALLONE;LOBO, 2020;FAGA et al, 2012). Isso ocorre, possivelmente, devido ao aumento de energia superficial do substrato e sua área específica, influenciando na adesão e morfologia dos fosfatos de cálcio (FAGA et al, 2012;UCHIDA et al, 2002).…”