Aplicação de filmes finos de titânio em componentes acetabulares de uhmwpe para proteção contra oxidação devido a exposição à radiação X

Abstract

The use of multi-component hip implants to replace the femur head is widespread since the 70’s. These implants consist basically of a spherical metallic head and a stem, which are generally made of the same material, mostly 316-L stainless steel or Cr-Co alloys. This system is fitted into a polymeric component (UHMWPE) and implanted, which reestablishes the bone motion. One of the major causes of implant rejection is the generation of UHMWPE debris on the surface between the implant head and the polymeric component. The use of gamma rays sterilization of the implants and the periodical x-ray medical control could contribute to the premature degradation of the polymeric surface, resulting in quick wear and short lifetime of the implant. The main goal of this work is to study the protection grade of titanium thin films deposited on UHMWPE samples as a function of diagnosis x-ray exposition, comparing it with non-coated polymers, which were exposed to the same radiation. A group of samples were bathed on Hanks Balanced Salt Solution (HBSS), which is frequently used on cell cultures, since it simulates the physiological environment of human organism. The samples were analyzed by diverse characterization techniques as nanohardness, permitting to assess the surface mechanical properties of the polymer samples; scanning electron microscopy (SEM), to observe to superficial quality of the UHMWPE samples and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) to evaluate chemical composition alterations of the polymer samples. After the samples being irradiated, they were used on the first part of this work were nanohardness tests were conducted resulting on diverse mechanical properties of the UHMWPE samples, varying from batch to batch. SEM analysis indicated two clear facts: firstly, Ti coated UHMWPE samples presented a superficial quality with less damage due to de x-ray exposition. Considering the obtained results it can be concluded that a thin titanium layer could decrease the UHMWPE superficial oxidation, confirming the initial hypothesis.

Os implantes de quadril são constituídos de uma cabeça esférica metálica que e. g., é de aço inoxidável 316-L ou ligas de Cr-Co, além de um componente polimérico (UHMWPE). A aplicação da radiação gama usada no processo de esterilização e dos raios X de diagnóstico utilizados no controle clínico da prótese podem contribuir na degradação prematura da superfície do UHMWPE resultando numa diminuição do seu tempo de vida útil. Neste trabalho, foi estudado o grau de proteção de revestimentos tipo filme fino de titânio sobre o componente polimérico (UHMWPE) em função da exposição aos raios X de diagnóstico, comparando-os com os polímeros não revestidos que também foram expostos ao mesmo tipo de radiação. Parte destas amostras foram submersas em uma solução de HBSS (Hank’s Balanced Salt Solution), a qual é freqüentemente utilizada em culturas de células, pois simula o meio fisiológico do organismo humano. As amostras foram analisadas por diversas técnicas de caracterização, dentre elas, a técnica de nanodureza para uma análise das propriedades mecânicas do polímero, microscopia eletrônica de varredura (MEV) para observação da qualidade superficial do UHMWPE e infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) para avaliação das modificações na composição química do polímero. Após serem irradiadas, as amostras utilizadas na primeira parte do trabalho, os resultados dos testes de nanodureza levaram a concluir que as propriedades mecânicas do UHMWPE variam de lote para lote. As análises de MEV indicaram dois fatos claros: primeiramente que as amostras revestidas apresentavam uma qualidade superficial com menos danos que as amostras revestidas em concordância com as análises de nanodureza e FTIR. Desta forma, com base nos resultados obtidos, podemos concluir que nossa hipótese inicial, de que uma fina camada de titânio pode diminuir a oxidação superficial do UHMWPE, é verdadeira.