Bioactive coatings on double depth laser-textured zirconia substrates: mineralization behaviour and cell adhesion | Revestimentos bioativos em substratos de zircónia com dupla texturização laser: comportamento de mineralização e adesão celular

Teeth are exposed to daily factors that lead to their deterioration. Thus, dental implants improve people’s daily lives each year. The industry has been increasingly seeking new materials and techniques to improve dental implants efficiency, enhancing their mechanical properties and osseointegration. Zirconia, due to its good mechanical properties and outstanding aesthetic and antibacterial properties, has recently emerged as an alternative to titanium, a well-documented material in dental implants that has been available in the industry for several years. Lately, research studies have been exploring new surface functionalization methods to enhance zirconia dental implants performance. It is known that inducing surface roughness improves implant osseointegration, so the industry uses methods such as grit blasting and acid etching to produce random textures in zirconia surfaces. More recently, it has been proposed that designed textures, achieved via laser texturing, create an improved environment for cell attachment, differentiation, and proliferation. In this study, samples of 3 mol% yttria-stabilized zirconia (TZ-3YSBE) were submitted to different laser-induced textures: Thin - periodic spots with low depth; Coarse - Cross-linked deep grooves; Mixed - combination of the previous two. The objective was to explore the effect of different textures on cellular activity and the propensity of the double-depth texture (Mixed) to induce an improved osseointegration. Moreover, laser technology was also explored as a bioactive coating treatment. The samples were coated with S53P4 bioactive glass and submitted to laser or conventional treatment. The laser treatment induced an amorphous coating, while the conventional treatment created a partially crystalline coating. The mineralization behaviour and cell adhesion in vitro test results showed that partially crystalline had better mineralization behaviour, while the amorphous coating exhibited better cell adhesion and viability. In terms of type of texture, the most consistent results were found to the Thin texture in both in vitro tests, indicating that the spots promoted mineralization and cellular adhesion.

Os dentes estão expostos diariamente a fatores que levam à sua deterioração. Deste modo, os implantes dentários têm melhorando significativamente a qualidade de vida de muitas pessoas ao longo dos tempos. Existe uma crescente procura, por parte da indústria, por novos materiais e técnicas para melhorar a eficiência dos implantes dentários, aprimorando suas propriedades mecânicas e osseointegração. A zircónia, devido às suas boas propriedades mecânicas e notáveis propriedades estéticas e antibacterianas, tem surgido recentemente como uma alternativa ao titânio, um material bem documentado para o uso em implantes dentários que está disponível na indústria há vários anos. Recentemente, vários estudos têm explorado novos métodos de funcionalização da superfície para melhorar o desempenho de implantes dentários em zircónia. Está bem, estabelecido que a indução de rugosidade superficial melhora a osseointegração do implante, deste modo, existem métodos industriais, como grit blasting e acid etching, usados para produzir texturas aleatórias nas superfícies de zircónia. Mais recentemente, foi proposto que texturas específicas, obtidas através de texturização a laser, criam um ambiente propício para a adesão, diferenciação e proliferação de células. Neste estudo, amostras de zircónia estabilizada com 3% de ítria (TZ-3YSBE) foram submetidas a diferentes texturas induzidas a laser: Thin – cavidades circulares superficiais; Coarse - rasgos cruzados profundos; Mixed - combinação das duas texturas anteriores. O objetivo consistiu em explorar o efeito de diferentes texturas na atividade celular e a propensão da textura de dupla profundidade (Mixed) para induzir uma melhor osseointegração. Além disso, a tecnologia laser também foi explorada como um tratamento de revestimento bioativo. As amostras foram revestidas com vidro bioativo S53P4 e posteriormente submetidas a tratamento laser ou tratamento convencional. O tratamento a laser induziu um revestimento amorfo, enquanto o tratamento convencional criou um revestimento parcialmente cristalino. Os resultados dos testes de mineralização e adesão de células in vitro evidenciaram que o revestimento parcialmente cristalino apresentava um melhor comportamento de mineralização, enquanto o revestimento amorfo obteve melhores resultados de adesão e viabilidade celular. A textura Thin obteve os resultados mais promissores, sendo que as cavidades circulares superficiais promoveram mineralização e adesão celular.

Mestrado em Engenharia Biomédica