BRPI0722131A2

BRPI0722131A2 - Método para obter uma superfície de um implante metálico à base de titânio destinado a ser inserido em tecido ósseo

Info

Publication number: BRPI0722131A2
Application number: BRPI0722131-2A2A
Authority: BR
Inventors: Saban Francisco J Garcia; Saban Juan Carlos Garcia; Saban Miguel Angel Garcia
Original assignee: Saban Francisco J Garcia; Saban Juan Carlos Garcia; Saban Miguel Angel Garcia
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2014-04-08
Also published as: WO2009034197A1; US20130022787A1; JP2010538719A; CA2699036A1; EP2215991A4; ES2315194B1; EP2215991A1; AR068377A1; RU2448739C2; US9057124B2; US8277577B2; RU2010114171A; ES2315194A1; CN101848683A; US20100218854A1

Description

MÉTODO PARA OBTER UMA SUPERFÍCIE DE UM IMPLANTE METÁLICO À BASE DE TITÂNIO DESTINADO A SER INSERIDO EM TECIDO ÓSSEO

Campo da invenção

A invenção refere-se ao campo de implantes metálicos a serem inseridos no tecido ósseo. Especificamente, a invenção refere-se a um método para obtenção de uma superfície de implante metálico que apresenta boa rugosidade e tem uma composição química e espessura otimizadas resultando em uma melhor resposta celular e, portanto, uma melhor ligação óssea do implante. A invenção também se refere ao implante metálico que o apresenta.

Antecedente da invenção

Como é bem conhecido na técnica, alguns metais ou ligas de metal, como titânio, zircônio, háfnio, tântalo, nióbio ou ligas dos mesmos, são usados para formar ligações relativamente fortes com o tecido ósseo. Em particular, os implantes metálicos de titânio e suas ligas são conhecidos desde aproximadamente 1950 por suas propriedades de boa ligação ao tecido do osso. Esta ligação foi chamada de integração óssea por Branemark et al. (Branemark etal., Osseointegrated implants in thetreatment ofthe edentulous jaw. Experience from a 10- year period”, Scand. J. Plast. Reconstr. Surg., II, suppl 16 (1977)).

Embora a ligação entre este metal e tecido ósseo seja relativamente forte, é desejável melhorar esta ligação. Há muitos métodos desenvolvidos na técnica para tratar tais implantes de metal para obter uma superfície adequada sobre eles para melhorar sua integração óssea. O termo “superfície” é entendido como referindo-se à camada superficial ou à zona mais externa de um implante, composto principalmente de óxido de metal correspondente, sendo que as propriedades físicas são claramente diferentes do material maciço do qual o implante é feito.

Alguns desses métodos são direcionados para alterar a morfologia desta camada superficial, aumentando sua rugosidade, para fornecer uma área mais alta ou contato e, apesar da ligação, entre o implante e o tecido ósseo, resultando em maior retenção mecânica e força, ou seja, em uma melhor integração óssea do implante.

A razão por trás desses procedimentos para aumento da rugosidade da superfície são estudos realizados nos últimos anos (Buser et al., “Influence of surface characteristics on bone integration of titanium implants. Ahistomorphometric study in miniature pigs”, J Biom MaterRes, (1991), 25:889-902; Wennerberg et al., “Torque and histomorphometric evaluation of c.p. titanium screws blasted with 25- and 75-um-sized particles OfAI2O3", J Biom MaterRes, (1996); 30:251 -260; Buser et al., “Removal torque value of titanium implants in the maxilla of miniature pigs”, J Oral Maxillofac Implants (1998) 13:611-619; and Lazzara et al., “Bone response to dual acid-etched and machined titanium implant surfaces”, Bone Engineering, chap. 34 (2000) J. E. Davies eds.), que demonstram que a integração óssea do implante no curto e médio prazos é melhorada por uma rugosidade de superfície micrométrica.

Outros estudos, também, (Buser et al. 1991, supra; Cochran et al., “Attachment and growth of periodontal cells on smooth and rough titanium”, Int. J Oral Maxillofac Implants (1994) 9:289-297; Martin etal., “Effectoftitanium surface roughnesson proliferation, differentiation, and protein synthesis of human osteoblast-like cells (MG63)”, J Biom Mat Res (1995) 29:389-401; Lazzara et al. 2000, supra; and Orsini et al., “Surface analysis of machined vs sandblasted and acid-etched titanium implants”, J. Oral Maxillofac Implants (2000) 15:779-784) demonstraram que a existência de uma camada superficial sobre o implante de uma rugosidade micrométrica 5 melhora a expressão celular osteoblástica, dando origem a uma diferenciação celular melhor e a uma melhor expressão osteoblástica. A conseqüência deste efeito é uma integração óssea melhorada e uma formação com mais osso.

Igualmente, alguns fabricantes, com base em pesquisas, como a Nobel Biocare, designaram a tal superfície tratamentos de forma que a espessura e a cristalinidade da camada de óxido de titânio aumentasse, uma vez que alguns estudos sugerem um relacionamento entre o grau de cristalinidade e a melhor integração óssea do implante (Sul et al., “Oxidized implants and their influence on the bone response”, J Mater Sei: Materin Medicine (2002); 12:1025-1031).

Os métodos usados na técnica para aumentar a rugosidade da superfície de um implante são muito diversos. Entre eles pode ser enfatizada a aplicação de um revestimento sobre a superfície, jateamento com partículas e ataque químico.

Os métodos comuns de revestimento da superfície do implante metálico consistem em aplicar um revestimento de metal, normalmente de titânio ou uma camada cerâmica, normalmente de hidroxiapatita, através de várias técnicas conhecidas, tais como pulverização de plasma ou spray de plasma (Palka, V. etal., “The effect of biological environment on the surface 20 of titanium and plasma-sprayed Iayer of hydroxylapatite”. Journal of Materials Science: Materials in Medicine (1998) 9, 369-373).

No caso de jateamento da superfície, as partículas de vários materiais e tamanhos são usadas, que são jateadas na superfície do implante de tal forma que alteram sua morfologia. Normalmente, as partículas de coríndon (alumina) são usadas (Buser et al. 1991, supra; 25 Wennerberg et al. 1996; supra), ou partículas de óxido de titânio (Gotfredsen, K. et al., “Anchorage of Ti02-blasted, HA-coated, and machined implants: an experimental study with rabbits”., J Biomed MaterRes (1995) 29, 1223-1231).

Por outro lado, o ataque químico da superfície é realizado usando vários ácidos minerais, tais como ácido hidrofluórico, ácido clorídrico, ácido sulfúrico, etc. Portanto, por exemplo, em 30 uma série de patentes americanas da Implant Innovations Inc. (US 5.603.338; US 5.876.453; US 5.863.201 e US 6.652.765), um tratamento de ácido de dois estágios é descrito como sendo usado para obter a superfície comercial Osseotite®. No primeiro estágio, o ácido hidrofluórico aquoso é usado para remover a camada de óxido natural sobre a superfície de metal. No segundo estágio, uma mistura de ácido clorídrico e ácido sulfúrico é usada para obter uma 35 superfície rugosa micrométrica. No pedido de patente europeia EP 1477 141, também da Implant Innovations Inc., uma variação deste método é descrita, na qual uma mistura de ácido hidrofluórico e ácido clorídrico é usada no segundo estágio para tratar as superfícies do implante com base nas ligas de titânio e TÍ6AI4V.

O uso combinado de ambas as técnicas também foi descrito, sendo que o jateamento da superfície do implante é seguido por ataque químico. Portanto, Buser (Buser et al. 1991, Buser at al. 1998, supra) descreveu, entre outros métodos, o jateamento com alumina em grão médio, seguido por água-forte com uma mistura de ácidos hidrofluórico e nítrico, também jateamento com alumina grossa seguido por tratamento químico com uma mistura de ácidos clorídrico e 5 sulfúrico. Similarmente, Cochran (Cochran et al. 1994, supra) usou o jateamento com partículas de coríndon finas e grossas, seguido por um tratamento com ácidos clorídrico e sulfúrico para tratar uma superfície de titânio. Da mesma forma, Choi Seok et al. (KR 2003007840) descreveu o jateamento com partículas de fosfato de cálcio seguido por tratamento com uma mistura de ácidos clorídrico e sulfúrico. Igualmente, no documento WO 2004/008983 da Astra Tech, um 10 método de tratamento de superfícies de implante foi descrito combinando jateamento com partículas finas e grossas de óxido de titânio, seguido pelo tratamento com ácido hidrofluórico. Da mesma forma, Franchi (Franchi et al., (2004) “Early detachment of titanium particles from various different surfaces of endosseous dental implants”, Biomaterials 25, 2239-2246) e Guizzardi (Guizzardi et al., (2004) “Different titanium surface treatment influences human 15 mandibular osteoblast response”, J Periodontol 75, 273-282) descreveram o jateamento com partículas de zircônia finas e grossas, seguido por um tratamento com ácido não especificado.

Quanto ao tratamento térmico (Browne et al. (1996), “Characterization of titanium alloy implant surfaces with improved dissolution resistance”, Journal of Materials Science: Materials in Medicine 7, 323-329) e Lee (Lee etal. (1998), “Surface characteristics of TÍ6AI4V alloy: effectof 20 materiais, passivation and autoclaving”, Journal of Materials Science: Materials in Medicine 9, 439-448) foi descrito o tratamento de uma liga de titânio, não tratado anteriormente, com ar quente a 400°C por 45 minutos para obter melhor resistência à dissolução e uma espessura maior da camada de óxido, embora a espessura alcançada fosse de somente 4 nm.

Por meio desses métodos, portanto, as superfícies com rugosidade micrométrica são obtidas, mas com uma espessura de óxido de titânio na superfície muito reduzida, que confere as desvantagens de não ter uma camada de óxido de titânio muito estável, não reduzindo os íons de metal no meio.

A técnica, portanto, continua a requer métodos alternativos de tratamento da camada superficial dos implantes metálicos que fornecem uma rugosidade da superfície micrométrica e com composição química e espessura melhoradas para otimizar o processo de sua integração óssea.

O pedido de patente espanhola 200701518 dos presentes autores descreve um método para obter uma superfície de implantes metálicos a base de titânio que seja virtualmente livre de impurezas, com uma espessura que seja aproximadamente três vezes a espessura das superfícies convencionais e com uma rugosidade e morfologia de escala micrométrica (figuras 1a e 2a) otimizando os processos de integração óssea e ancoragem do osso.

Dito método consiste em projetar as partículas de óxido de zircônia sob pressão para jatear com areia a área externa dos implantes, seguido por um tratamento químico subsequente com uma combinação particular de ácidos e por um tratamento térmico final. O uso de uma mistura de ácido sulfúrico e ácido clorídrico, bem como a combinação desses três tratamentos e condições do tratamento térmico final não foram descritas até então.

Os presentes inventores descobriram que no processo de jateamento com areia do método anterior, a substituição do tipo de partícula, junto com a modificação de seu tamanho e a pressão na qual elas são projetadas permitem a obtenção de uma superfície alternativa de um implante metálico com uma morfologia de escala micrométrica que é diferente, mas também adequada para otimizar os processos de integração óssea e a ancoragem do osso.

Portanto, o método da presente invenção permite a obtenção de superfícies alternativas de implantes metálicos a base de titânio com propriedades otimizadas em relação à composição química, espessura e rugosidade e morfologia em escala micrométrica que se traduz em boa integração óssea e propriedades de resposta da célula.

Objeto da invenção

O objeto da presente invenção é, portanto, fornecer um método para a obtenção de uma superfície de um implante metálico a base de titânio a ser inserido no tecido ósseo.

Um outro objeto da invenção é fornecer a superfície que pode ser obtida por dito método.

Finalmente, um outro objeto da invenção é fornecer um implante metálico que apresente dita superfície.

Descrição dos desenhos

A figura 1 a mostra uma micrografia (150x) da superfície obtida pelo método anterior dos presentes inventores.

Afigura 1 b mostra uma micrografia (150x) da superfície obtida pelo método da invenção.

A figura 2a mostra a rugosidade em três dimensões obtidas por microscopia confocal da superfície obtida pelo método anterior dos presentes inventores.

A figura 2b mostra a rugosidade em três dimensões obtida por microscopia confocal da superfície obtida pelo método da invenção.

Afigura 3 mostra a reconstrução do setor de uma área rosqueada externa do implante e a medição da rugosidade correspondente da superfície obtida pelo método da invenção.

A figura 4 mostra o espectro do raio X de energia dispersiva (EDS) da superfície obtido pelo método da invenção.

A figura 5 mostra a viabilidade da célula em 12, 24 e 72 horas como indicador da citotoxicidade da superfície obtida pelo método da invenção (03/136/14) com relação à de outras superfícies convencionais.

A figura 6 mostra a atividade da fosfatase alcalina após 6 dias de cultura como indicador da produção da matriz óssea por osteoblastos plantados na superfície obtida pelo método da invenção (03/136/14) com relação à de outras superfícies convencionais.

Descrição detalhada da invenção

A presente invenção fornece um método para obtenção de uma superfície de implante metálico a base de titânio a ser inserido no tecido ósseo, doravante denominado “método da invenção”, que compreende as etapas de: (a) projetar partículas de óxido de alumínio sob pressão na área externa do implante; (b) tratar quimicamente a área externa jateada com areia do implante com uma composição de ácido que compreende ácido sulfúrico e ácido clorídrico; e

(c) tratar termicamente a área externa jateada com areia e tratada quimicamente do implante por aquecimento a uma temperatura de 200-450°C por 15-120 min.

Como indicado acima, a superfície de um implante a base de titânio é a camada superficial ou área mais externa dela, composta principalmente por óxido de titânio.

A superfície obtida pelo método da invenção tem uma espessura de 8-50 nm, particularmente de 10-30 nm e mais particularmente de 15 nm. Dita espessura, que é quase três vezes a espessura das superfícies convencionais, envolve uma maior integração óssea do implante, além de uma considerável redução das impurezas, como foi indicado previamente.

Da mesma forma, a superfície obtida pelo método da invenção compreende uma composição quase estoiquiométrica do óxido de titânio, de aproximadamente 98% em peso (porcentagem medida por meio de XPS ou espectroscopia de fotoemissão, após 1 minuto de faiscação ou bombardeamento com íons acelerados, para eliminar a contaminação presente na área externa da superfície obtida, que é inerente ao método de análise e obter a composição real do mesmo);

A superfície obtida pelo método da invenção adicionalmente tem boa rugosidade de escala micrométrica e, portanto, integração óssea muito boa, além de propriedades micrométricas boas. De fato, a morfologia da superfície tratada é similar ao osso trabecular, otimizada pelo início do reparo do osso. Da mesma forma, suas características de porosidade e rugosidade permitem a homogeneização dos estresses residuais, a adesão e fixação das proteínas iniciais, bem como adesão, proliferação e maturação da célula, além da estabilidade da matriz extracelular.

O implante metálico a ser tratado é um implante de titânio ou de liga de titânio. O titânio pode ser titânio comercialmente puro, por exemplo. Da mesma forma, a liga de titânio pode ser qualquer liga de titânio adequada, como a liga de titânio, alumínio e vanádio TÍ6AI4V, por exemplo. Dito implante metálico a base de titânio é adequado para ser inserido no tecido ósseo, portanto pode ser um implante dentário, implante ortopédico, etc., dependendo do tecido ósseo no qual pretende-se que seja inserido.

Em uma modalidade particular de dito método, a projeção das partículas de óxido de alumínio na área externa do implante da etapa (a) é realizada a uma pressão de 1-0 atm. Em uma modalidade preferencial, a projeção das partículas do óxido de alumínio é realizada a uma pressão de 3 atm.

Em outra modalidade particular do método da invenção, as partículas de óxido de alumínio usadas na etapa (a) têm um tamanho de partícula de 10-100 pm. Em uma modalidade preferencial, ditas partículas de óxido de alumínio têm um tamanho de partícula de 25 pm.

Mediante jateamento com areia com partículas de óxido de alumínio, os problemas de biocompatibilidade são evitados e não ocorrem no caso de haver restos de tais partículas ao final do processo, uma vez que o material é muito biocompatível. Além disso, as partículas e tamanho deste material têm numerosas protuberâncias e bordas afiadas, que combinadas com a pressão do jateamento com areia, causam um ponto de impacto com uma forma côncava pronunciada, adequada para a boa resposta da célula.

Qualquer dispositivo adequado, como equipamento de jateamento com areia, modelo Basic Quattro da marca Renfert pode ser usado para realizar o jateamento com areia ou homogeneização dos estresses de usinagem. Dito equipamento é conectado a um circuito de ar pressurizado, que projeta a areia de óxido de alumínio com o qual a máquina é carregada. Assim que o jateamento com areia tiver acabado, a superfície é limpa com qualquer método adequado da técnica, como por aplicação de ar pressurizado e subsequente tratamento de limpeza por ultrassom.

Em uma modalidade particular do método da invenção, a composição de ácido usada na etapa (b) compreende ácido sulfúrico 15-50% (v/v) e ácido hidrofluórico 0,01 -1 % (v/v). Em uma modalidade preferencial, dita composição de ácido compreende ácido sulfúrico 28,8% (v/v) e ácido hidrofluórico 0,024% (v/v).

Esta combinação particular de ácidos produz uma rugosidade e morfologia particulares que, combinadas com a composição química da superfície obtida com quase nenhuma impureza, causa uma resposta de célula ótima.

Em outra modalidade particular do método da invenção, o tratamento químico da etapa

(b) é realizado a uma temperatura de 50-1100C por 4-60 min. Em uma modalidade preferencial, dito tratamento químico é realizado a uma temperatura de 75 0C por 12 min.

Implementos laboratoriais padrão são usados para a água-forte, dentro de uma capela (capela de ar da marca Cruma, modelo 9001-GH, por exemplo) para evitar os vapores ácidos. Após o tratamento químico, o implante é removido do banho ácido, lavado para remover o restante do ácido e substancialmente limpo por meio de ultrassom e seco. Para a secagem, um dispositivo de secagem convencional adequado pode ser usado, como um forno de secagem da marca Renfert.

Em outra modalidade particular do método da invenção, o tratamento térmico da etapa

(c) é realizado a uma temperatura de 285°C por 60 minutos.

Este tratamento térmico na temperatura indicada e pelo tempo estipulado causa uma reestruturação da camada de óxido de titânio da superfície, com um aumento da cristalinidade e uma redução da camada de óxido de titânio da superfície, com um aumento de resposta da célula. Além disso, dito tratamento térmico aumenta a espessura da camada de óxido de titânio da superfície. Sob condições normais, o titânio exposto à atmosfera oxida e gera uma camada de óxido de titânio com a espessura de cerca de 5 nanômetros. Esta camada de óxido protege o resto do titânio contra a oxidação. É, desta forma, interessante obter uma camada de óxido de titânio com espessura aumentada, mas não tanto que a fragilidade de dita camada possa causar a geração das micropartículas mediante a fricção do osso enquanto o implante é inserido. A variação da espessura obtida pelo método da invenção de 8 a 20 nm é aceitável neste sentido. Desta forma, para obter a espessura mencionada, o tratamento térmico deve ser realizado a uma temperatura suficiente para acelerar a difusão do oxigênio atmosférico no material e não alta o suficiente para causar uma oxidação no titânio que será visível por uma alteração na cor. A temperatura de funcionamento selecionada, portanto, varia entre 200°C e 450°C.

Finalmente, o tempo de tratamento é o segundo parâmetro que deve ser controlado. Um tempo muito reduzido permite,.agora, a difusão eficaz do oxigênio. Um tempo que seja longo demais causa aumentos excessivos da espessura da camada e não pode ser industrializada. Uma variação razoável entre esses dois extremos estaria entre 15 minutos e 24 horas, dependendo da temperatura de tratamento. O tempo de trabalho selecionado, portanto, varia entre 15 e 120 minutos.

Este tratamento térmico é realizado por meios convencionais, usando um forno modelo UM-100 Memert de baixa temperatura, por exemplo.

Em outro aspecto da invenção, uma superfície obtida pelo método anteriormente descrito é fornecida. Como indicado, dita superfície compreende substancialmente óxido de titânio puro e tem uma espessura de 8-50 nm, particularmente de 10-30 nm e mais particularmente de 15 nm.

Em outro aspecto da invenção, um implante metálico a base de titânio a ser inserido no tecido ósseo, que tem a superfície obtida pelo método descrito previamente, é fornecido. Em uma modalidade particular, dito implante metálico é um implante de titânio ou de liga de titânio. Em outra modalidade particular, dito implante metálico é um implante dentário.

Os exemplos a seguir ilustram a invenção e não devem ser considerados como Iimitantes do escopo desta.

Exemplo 1

Obtenção de um implante dentário de titânio com uma superfície obtida pelo método da invenção.

Um implante endo-ósseo cilíndrico-cônico rosqueado Defcon TSA feito de titânio comercialmente puro foi submetido a uma projeção de partículas de 25 Mm de óxido de alumínio sob uma pressão de 3 atm, colocando o bocal de saída perpendicularmente à superfície a ser tratada, a uma distância entre 2 e 3 cm. Após o jateamento com areia, foi limpo com ar pressurizado e subsequentemente mergulhado em água pura em ultrassom por 10 minutos. Foi, em seguida, seco por meio de ar comprimido.

Uma solução aquosa foi, então, preparada com a seguinte composição: 28.8% em volume de ácido sulfúrico e 0,024% em volume de ácido hidrofluórico. O béquer com o reagente foi colocado em banho térmico, ajustando a temperatura a ser alcançada pelo reagente para 75°+/-2°C. Assim que a temperatura desejada do reagente foi alcançada, o tratamento térmico foi realizado por meio de imersão do implante previamente jateado com areia na solução de reagente por 12 minutos (+/-15 segundos). Assim que dito tratamento terminou, o implante foi removido do banho ácido e diluído por meio de agitação por cerca de 15 segundos em dois banhos de água pura consecutivamente. Foi, então, mergulhado em água pura no ultrassom por I " u 8

cerca de 10 minutos e, subsequentemente, seco em um forno.

Finalmente, o implante assim tratado foi submetido a um tratamento térmico final a uma temperatura de 285°C (+/-20°C) por 60 minutos em um forno modelo UM-100 Memmert de baixa temperatura.

Exemplo 2

Caracterização da superfície obtida no Exemplo 1 Morfologia

A morfologia da superfície obtida no exemplo 1 foi estudada por meio de micrografias da superfície e medição da rugosidade por microscopia confocal.

Micrografias de superfície

As micrografias de superfície foram realizadas em um microscópio de elétron de varredura JEOL JSM 840, com um feixe de varredura potencial de 15 kV.

A figura 1 b mostra uma micrografia (150x) da dita superfície, na qual é visto que a superfície tem uma rugosidade muito característica, com valores de rugosidade Ra (rugosidade média) de cerca de 1 pm, caracterizada por uma morfologia arredondada com bordas externas afiadas e a presença de porosidade profunda homogeneamente distribuída devido à ação da água forte ácida na superfície.

Este nível de rugosidade permite cumprir com os requisitos indicados por vários artigos científicos (Buser et al. 1991, Cochran et al. 1994, Martin et al. 1995, Wennerberg et al. 1996, Wennerberg et al. 1997, Buser et al. 1998, Lazzara et al. 2000, Orsini et al. 2000, supra) em relação à necessidade de ter na superfície do implante uma rugosidade que permite uma boa ancoragem das células.

Medição da rugosidade por microscopia confocal

A medição da rugosidade em 3D foi realizada com um microscópio confocal conectado ao software PLp, desenvolvido pelo Departamento de Óptica da Escuela Técnica Universitaria de Terrassa (Universitat Politécnica de Catalunya). As medições foram feitas de acordo com o padrão DIN 4768, com um filtro Gaussian de corte de 800 pm.

A figura 2b mostra a rugosidade em três dimensões da superfície obtida por meio desta técnica. Da mesma forma, a figura 3 mostra a reconstrução do setor de uma área rosqueada externa do implante e a medição de uma rugosidade correspondente, de acordo com um perfil transverso da superfície.

Os valores de rugosidade obtidos deram valores médios de Ra (rugosidade média) de 1,0 μητι, com um espaçamento entre os picos Sm de 12 μηη. Esses valores estão próximos aos valores mencionados como desejáveis na literatura mencionada na seção anterior.

Composição química da superfície

A análise da composição química da superfície foi realizada por meio de duas técnicas diferentes: análise por raios X de energia dispersiva (EDS) e análise por espectrometria de fotoelétron (XPS).

Análise por raios X por energia dispersiva (EPS) u* u 9

Esta técnica permite a determinação da composição quantitativa de uma superfície em uma espessura de aproximadamente 1 μηη com uma alta resolução espacial. A EDS permite a detecção da presença de átomos com um peso atômico compreendido entre boro e urânio e quantificando sua presença na superfície estudada.

As medições de EDS foram feitas no Scientific Technical Services da Universitat de

Barcelona. Um equipamento Electroscan Leica 360 SEM, com EDS Link-inca capaz de detectar átomos com um peso atômico igual ou maior do que o do boro, foi usado para este fim. A figura 4 mostra o espectro de raio X de energia dispersiva (EDS) obtido.

As análises realizadas por meio de EDS somente mostraram a presença de titânio e de 10 oxigênio na superfície da amostra de titânio tratada, com um traço ocasional de alumínio. A presença de alumínio deve-se aos efeitos do tratamento de homogeneização de estresse, que pode deixar algumas partículas de óxido de alumínio aderidas à superfície. As análises diferentes mostram que este comportamento ocorre em toda a superfície do implante tratado. Análise por espectrometria de fotoemissão (XPS)

As análises XPS foram realizadas pela Unidade de Análise ESCA e TEM da Scientific-

Technical Services da Universitat de Barcelona. Os resultados (em porcentagens atômicas) são mostrados na Tabela 1, juntamente com uma comparação com as análises XPS mencionadas na literatura de vários implantes dentários (Wieland et al., “Measurement and evaluation of the chemical composition and topography of titanium implant surfaces”, Bone Engineering, chap. 14 20 (2000) J. E. Davies eds; Massaro et al., “Comparative investigation of the surface properties of commercial titanium dental implants. Part I: chemical composition”. J Mat Sei: Mat in Medicine (2002) 13: 536-548).

Tabela 1. Resultados da análise da superfície das amostras realizada com o XPS, comparados com aqueles da superfície de outros implantes comerciais.

2El

C O Si N Ti Na Cl TiO2 (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) camada (nm) Superfície1 46,0 38,2 - 2,0 13,8 - - 15 Faiscação 5,1 54,0 0,4 38,2 tfO 1 minuto2 Bránemark3 29,8 51,9 12,8 5,0 0,5 5,7 usinado ITI SLA4 34,9 51,4 Traços 1,3 14,5 - - 5,7 o*=; 3i Osseotite5 53,7 36,2 3,3 5,4 6,8 T raços T raços N,a, 1-Superfície da invenção analisada sem “faiscação” (inclui a detecção da contaminação presente na área mais externa da superfície obtida e que é inerente ao método da análise);

2-Superfície da invenção após 1 minuto de faiscação. 3-Brânemark usinado: sem tratamento, somente processo mecânico (Nobel Biocare). 4-Jateamento com areia ITI SI_A + tratamento ácido (Straumann).

5-3i Osseotite: tratamento ácido (Biomet 3i).

N.a.: Não disponível.

A comparação dos resultados mostra que a composição química da superfície das amostras analisadas é perfeitamente equivalente ao de outros implantes presentes no mercado. Mesmo com uma presença menor de impurezas de carbono ou silício (Wennerberg et al. 1996, supra; Wieland et al. 2000, supra; e Sittig et al., “Surface characterization of implant materiais c.p. Ti, Ti6AI7Nb and TÍ6AI4V with different pretreatments”, J Mater Sei: Mater in Medicine (1999), 10:35-46).

A presença de alguns elementos na superfície, tais como nitrogênio, deve-se ao processo de tratamento térmico. A presença de outros contaminantes comuns em outros processos, como silício ou sódio não foi detectada. A % residual de até 100% deve-se ao argônio detectado (não indicado), que é um resíduo do processo de medição XPS.

Exemplo 3

Resposta da célula da superfície de uma amostra de titânio obtida por um método similar ao descrito no Exemplo 1.

Um estudo foi conduzido pelo grupo de pesquisa 063-13 (Departamento de Farmácia, Escola de Medicina e Odontologia, Univ. Santiago de Compostela, Espanha) para avaliação biológica das amostras de titânio (discos de titânio puro comercial com um diâmetro de 5 mm) tratado por meio de um método similar ao descrito no Exemplo 1.

Osteoblastos humanos foram plantados em amostras de trabalho (8x103 células/disco em tripiicata) em meio de cultura Dulbecco modificado, com soro bovino fetal a 10% e solução antibiótica a 1 %. A bioatividade da célula (indicador de citotoxicidade da superfície) e a produção de fosfatase alcalina (indicador de produção de matriz óssea pelos osteoblastos) da superfície obtida pelo método da invenção (código 03/136-14) foram medidas com relação à superfície não tratada do mesmo titânio usinado (código 03/136-07), outra superfície não tratada do mesmo titânio sujeita a jateamento com areia (polido com papel de polimento de carboneto de silício de cerca de 5 micrômetros) (código 03/136-18) e uma superfície não tratada sujeita a jateamento com areia mais tratamento ácido similar à superfície ITI SLA surface (código 03/136-09).

A figura 5 mostra os resultados da medição da viabilidade da célula de 12, 24 e 72 horas em ditas amostras. A figura 6, por sua vez, mostra os resultados da medição da atividade da fosfatase alcalina após 6 dias de cultura de ditas amostras.

A atividade da fosfatase alcalina tem sido há muito tempo associada à calcificação biológica. Assim, a expressão melhorada desta enzima parece ser necessária antes da mineralização da matriz óssea, fornecendo o enriquecimento localizado do fosfato inorgânico para a nucleação e proliferação de cristais de hidroxilapatita, o componente principal do tecido ósseo.

Como pode ser visto nas ditas figuras 5 e 6, os resultados obtidos mostram uma melhor , * ^ 11

resposta da célula pela superfície obtida pelo método da invenção (código 03/136/14) com relação à superfície de usinagem (código 03/136/07) e os controles de jateamento com areia (código 03/136/18). Por outro lado, os resultados da resposta da célula da superfície da invenção são equivalentes aos do jateamento com areia e controle de tratamento ácido (código 03/136/09).

Claims

1.Método para obter uma superfície de um implante metálico a base de titânio destinado a ser inserido em tecido ósseo, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) projetar partículas de óxido de alumínio sob pressão sobre a área externa do implante: (b) tratar quimicamente a área externa do implante granalhada com uma composição ácida que compreende ácido sulfúrico e ácido fluorídrico; e (c) tratar termicamente a área externa do implante granalhada e tratada quimicamente mediante aquecimento a uma temperatura de 200-450°C durante 15-120 minutos.

2.- Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a projeção das partículas de óxido de alumínio sobre a superfície da etapa (a) se realiza a uma pressão de 1-6 atm.

3.- Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a projeção das partículas de óxido de alumínio sobre a superfície da etapa (a) se realiza a uma pressão de 3 atm.

4.- Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas de óxido de alumínio empregadas na etapa (a) tem um tamanho de partícula de 10-100 Mm.

5.- Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as partículas de óxido de alumínio empregadas na etapa (a) tem um tamanho de partícula de25 μm.

6.Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição ácida empregada na etapa (b) compreende 15-50% (v/v) de ácido sulfúrico e0,01 -1 % (v/v) de ácido fluorídrico.

7.Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a composição ácida empregada na etapa (b) compreende 28,8% (v/v) de ácido sulfúrico e0,024% (v/v) de ácido fluorídrico.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tratamento químico da etapa (b) é realizado a uma temperatura de 50-110°C durante 4-60 minutos.

9.Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o tratamento químico da etapa (b) é realizado a uma temperatura de 75°C durante 12 minutos.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tratamento químico da etapa (c) é realizado a uma temperatura de 285°C durante 60 minutos.

11. Superfície obtida de acordo com as reivindicações 1-10, caracterizada pelo fato de compreender substancialmente óxido de titânio puro e possuir uma espessura de 8-50 nm e uma escala micrométrica de aspereza.