Avaliação da heteroestrutura, morfologia e aderência de filmes finos de TiO2 depositados sobre aços inoxidáveis 304 e 316L via deposição por camadas atômicas (ALD) visando aplicações biomédica

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dc.contributor.advisorVieira, Lúcia
dc.contributor.authorMarques, Vagner Eduardo Caetano
dc.contributor.event2São José dos Campos
dc.contributor.refereeOliveira, Virgínia Klausner de
dc.contributor.refereeMarques, Francisco das Chagas
dc.contributor.refereeMachado, João Paulo Barros
dc.date.accessioned2024-03-13T18:13:28Z
dc.date.available2024-03-13T18:13:28Z
dc.date.issued2023-03-09
dc.description.abstractO aço inoxidável é comumente encontrado dentro do ambiente hospitalar em dispositivos médicos, como pinças, bisturis e implantes (tipo 316L); em superfícies de movelaria e equipamentos e em tubulações de transporte de água e efluentes (tipo 304). O aço inoxidável é bastante empregado por ser considerado um material que apresenta elevada resistência mecânica, alta resistência à corrosão, baixo custo e é facilmente esterilizável. Entretanto, é cada vez mais comum a existência de bactérias e fungos cada vez mais resistentes nesse ambiente, tornando o ambiente hospitalar mais propenso a transmissão de infecções provocadas por essas cepas de bactérias. Atualmente, o filme fino de dióxido de titânio (TiO2) tem sido estudado como um revestimento protetor para mitigar Staphylococcus aureus, Escherichia coli e outras cepas de bactérias em muitas superfícies de dispositivos hospitalares. O TiO2 apresenta ação antibacteriana devido às suas propriedades fotocatalíticas que produzem radicais oxidantes que destroem a parede celular de vírus e bactérias. Neste trabalho filmes finos de dióxido de titânio foram depositados em substratos de aço inoxidável 304 e 316L via deposição por camada atômica (ALD) a fim de desenvolver superfícies que contribuam no combate ao desenvolvimento de vírus e bactérias. Comparamos a microestrutura, morfologia, estrutura química e adesão e ação biológica dos filmes depositados sobre os diferentes substratos de aço inoxidável. O filme fino cobre ambos os substratos uniformemente com nanopartículas de TiO2 identificados por microscopia eletrônica de varredura, no aço 316L alguns aglomerados de nanopartículas estão presentes no filme. Para determinar a presença de grupos funcionais pertencentes aos componentes químicos do filme de TiO2 foram utilizadas as análises de Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR). Foram utilizadas as técnicas de espectroscopia Raman e de difração de raios-x para identificar as fases cristalinas presentes no filme, que indicaram a presença de TiO2 nas fases anatase e rutilo. A aderência do filme ao substrato foi determinada e analisada pela técnica de Esclerometria, evidenciando boa aderência do filme ao substrato tanto sobre o aço 304 quanto sobre o aço 316L, e o filme sobre o aço 304 é mais duro que o filme sobre o aço 316L. Para determinar a atividade biológica foram utilizados testes de viabilidade bacteriana, que demonstraram a eficiência do filme como bactericida no aço 304, enquanto no aço 316L não foi identificada tal ação bactericida em contato com Staphylococcus aureus. Com base nos resultados obtidos o filme de TiO2 se mostrou muito promissor em ser utilizado para revestir superfícies de aço inoxidável presente nos ambientes hospitalares e em dispositivos médicos como forma de reduzir a contaminação por vírus e bactérias.
dc.description.abstract2Stainless steel is commonly found in the hospital environment in medical devices such as tweezers, scalpels and implants (type 316L); on furniture and equipment surfaces and on water and effluent transport pipes (type 304). Stainless steel is widely used because it is considered a material that has high mechanical resistance, high resistance to corrosion, low cost and is easily sterilizable. However, the existence of increasingly resistant bacteria and fungi in this environment is increasingly common, making the hospital environment more prone to the transmission of infections caused by these strains of bacteria. Currently, titanium dioxide (TiO2) thin film has been studied as a protective coating to mitigate Staphylococcus aureus, Escherichia coli and other strains of bacteria on many surfaces of hospital devices. TiO2 has antibacterial action due to its photocatalytic properties that produce oxidizing radicals that destroy the cell wall of viruses and bacteria. In this work thin films of titanium dioxide were deposited on 304 and 316L stainless steel substrates via atomic layer deposition (ALD) in order to develop surfaces that contribute to combating the development of viruses and bacteria. We compared the microstructure, morphology, chemical structure and adhesion and biological action of films deposited on different stainless steel substrates. The thin film covers both substrates uniformly with TiO2 nanoparticles identified by scanning electron microscopy, in 316L steel some clusters of nanoparticles are present in the film. To determine the presence of functional groups belonging to the chemical components of the TiO2 film, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analyzes was used. Raman spectroscopy and x-ray diffraction techniques were used to identify the crystalline phases present in the film, which indicated the presence of TiO2 in the anatase and rutile phases. The adhesion of the film to the substrate was determined and analyzed using the sclerometry technique, showing good adhesion of the film to the substrate both on the 304 steel and on the 316L steel, and the film on the 304 steel is harder than the film on the 316L steel. To determine the biological activity, bacterial viability tests was used, which demonstrated the efficiency of the film as a bactericide on 304 steel, while on 316L steel no such bactericidal action was identified. Based on the results obtained, the TiO2 film proved to be very promising to be used to coat stainless steel surfaces present in hospital environments and in medical devices as a way to reduce contamination by viruses and bacteria.
dc.description.physical70 f.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.format.mimetypepdf
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationUniversidade Estadual de Campinas
dc.identifier.affiliationInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais
dc.identifier.bibliographicCitation2MARQUES, Vagner Eduardo Caetano. Avaliação da heteroestrutura, morfologia e aderência de filmes finos de TiO2 depositados sobre aços inoxidáveis 304 e 316L via deposição por camadas atômicas (ALD) visando aplicações biomédica. São José dos Campos, SP, 2023. 71 f.; PDF Tese (Doutorado em Engenharia Biomédica) - Universidade do Vale do Paraíba, Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento, São José dos Campos, 2023.
dc.identifier.urihttps://repositorio.univap.br/handle/123456789/349
dc.language.isopt_BR
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsUnivap
dc.publisher.institutionUniversidade do Vale so Paraíba
dc.publisher.programdoutorado em Engenharia Biomédica
dc.publisher.spatialSão José dos Campos
dc.subject.keywordDióxido de titânio
dc.subject.keywordDeposição por camada atômica
dc.subject.keywordALD
dc.subject.keywordAço 304
dc.subject.keywordAço 316L
dc.subject.keywordStaphylococcus aureus
dc.subject.keywordEscherichia coli
dc.titleAvaliação da heteroestrutura, morfologia e aderência de filmes finos de TiO2 depositados sobre aços inoxidáveis 304 e 316L via deposição por camadas atômicas (ALD) visando aplicações biomédica
dc.title.alternativeEvaluation of the heterostructure, morphology and adhesion of TiO2 films deposited on stainless actions 304 and 316L via atomic layer deposition (ALD)for biomedical applications
dc.typeTese

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