Projetos Terminados
MAGICOAT - Controlo da degradação de ligas de magnésio para aplicações biomédicas recorrendo ao uso de revestimentos inteligentes inovadores (POCI-01-0145-FEDER-016597)
Ref
POCI-01-0145-FEDER-016597
Financing Instituitions
FEDER
Participating Institutions
Instituto de Saúde Pública da Universidade do Porto (ISPUP/UP) • Universidade de Aveiro (UA) • HelmholtzZentrum Geesthacht (HZG) • CICECOInstituto de Materiais de Aveiro (CICECO/UA)
Summary
Data de início: 1 de maio 2016
Data de fim: 30 de abril 2019
Orçamento total: 192.960,00€
Orçamento atribuído ao ISPUP: 54.050,00€
Investigador Responsável: João André Tedim
Devido às suas excecionais propriedades mecânicas, o magnésio (Mg) e as suas ligas têm sido amplamente considerados potenciais materiais para uma vasta gama de aplicações. O principal desafio associado ao uso do Mg é o controlo da sua elevada propensão para a oxidação (2.34 V vs SHE) sendo o metal mais ativo na série galvânica. A proteção do Mg contra a corrosão tem vindo a ser considerada a nível global para aplicações na indústria de veículos, incluindo estudos efetuados no CICECOUA [1, 2], de modo a manter as ligas metálicas protegidas do meio envolvente e aumentar o seu tempo de vida.
Recentemente, as ligas de Mg foram consideradas para implantes biomédicos devido às suas excelentes propriedades mecânicas e biocompatibilidade. Estas diferem substancialmente dos implantes de titânio e aço inoxidável visto que não são permanentes, favorecendo a absorção do implante. Porém, as tecnologias existentes não permitem o controlo da elevada reatividade das ligas de Mg, associada à sua elevada suscetibilidade para corrosão localizada e incontrolável, frequentemente acompanhada pela formação de hidrogénio, o que pode levar a sérias complicações quando utilizadas em humanos.
O principal objetivo de MAGICOAT é o desenvolvimento de revestimentos inteligentes para controlo do nível de degradação das ligas de Mg, encontrando um compromisso entre o desempenho dos materiais e a sua biocompatibilidade, que será avaliado em todas as fases do projeto. O revestimento a explorar consiste no desenvolvimento de duas camadas: uma inorgânica, composta por filmes de conversão de hidróxidos duplos lamelares (HDLs) e uma polimérica, impregnada com cápsulas poliméricas contendo espécies ativas relevantes (Fig.1).
A tecnologia de filmes de conversão baseada em HDLs foi desenvolvida, para aplicações aeronáuticas no grupo da UA, com vários artigos publicados, uma patente submetida [WO2013156541A1] e um projeto da FCT em parceria com a EADS/AIRBUS (Alemanha) [PTDC/CTMMAT/1515/2012]. Em MAGICOAT, o conhecimento destes sistemas será a base para o desenvolvimento de filmes de HDLs, com especial atenção para as características estruturais que serão relevantes biologicamente: i) intercalação de inibidores de corrosão biocompatíveis para retardar o aparecimento da corrosão de Mg, através da sua libertação por permuta iónica e ii) modificação interfacial dos filmes de HDLs com moléculas promotoras de adesão, para aumentar a compatibilidade com a camada polimérica subsequente. A segunda camada consistirá numa matriz polimérica, seleccionada a partir de sistemas comerciais disponíveis para aplicações biomédicas, incorporando diferentes cápsulas poliméricas para libertação controlada de espécies ativas (inibidores de corrosão, antiinflamatórios, moléculas com propriedades lubrificantes).
Na última década, o grupo da UA desenvolveu uma nova geração de revestimentos para a proteção ativa da corrosão, constituídos por revestimentos poliméricos e inorgânicos com nanocontentores (cápsulas e argilas de permuta iónica) impregnados com inibidores de corrosão, espécies indicadoras de pH ou agentes de autoreparação, para a proteção de ligas metálicas na indústria de veículos [38]. Esta experiência será aplicada neste projeto, criando uma estratégia completamente inovadora na área biomédica, focando-se nos seguintes objetivos:
- Investigação dos mecanismos de corrosão em ligas de Mg;
- Seleção de inibidores de corrosão, antiinflamatórios e moléculas biocompatíveis com propriedades lubrificantes;
- Síntese, crescimento e caracterização de filmes de conversão de HDL com espécies ativas intercaladas para libertação controlada através de estímulos químicos;
- Síntese/ caracterização de micro/nanocápsulas para incorporação em revestimentos poliméricos e libertação de espécies ativas por ação mecânica;
- Desenvolvimento, caracterização e otimização de revestimentos multicamada com propriedades melhoradas (biodegradabilidade, biocompatibilidade e resistência à corrosão).
De modo a atingir os objetivos propostos, MAGICOAT será implementado por um consórcio liderado pelo grupo do Dr. Tedim (CICECOUA), com experiência reconhecida na investigação da corrosão e desenvolvimento de materiais nanoestruturados pararevestimentos anticorrosão [38], em colaboração com o HZG (Alemanha) e o ISPUP. O grupo do HZG, liderado pelo Dr. Scharnagl, tem experiência no desenvolvimento de novas ligas para aplicações biomédicas [9] e o grupo do ISPUP, liderado pela Dra. Fraga, estará envolvido na avaliação da biocompatibilidade dos materiais desenvolvidos [10].
Os resultados esperados em MAGICOAT são o desenvolvimento de uma gama de revestimentos biocompatíveis para implantes de Mg bioabsorvíveis. Além disso, a natureza internacional do consórcio, contribuirá para uma disseminação eficaz dos resultados para empresas na área biomédica. Em última análise, MAGICOAT poderá tornar-se um marco no campo da tecnologia de revestimentos para aplicações biomédicas.
