[pt] A hidroxiapatita (HA) é um constituinte natural dos ossos e rochas ígneas e tem grande importância na reserva de cálcio e fósforo dos vertebrados. Possui propriedades de biocompatibilidade e bioatividade, permitindo que haja substituições de seus átomos por outros. Neste trabalho são estudadas as substituições de Cd e Sr nos dois sítios cristalinos, 1 e 2, de Ca. São apresentados cálculos de estrutura eletrônica (ordem de ligação e carga atômica) em aglomerados de HA, Cd/HA e Sr/HA, utilizando o método de Huckel estendido (eHT), que se baseia na aproximação de ligações fortes (tight binding) em base não ortogonal. Os parâmetros empíricos utilizados foram ajustados de modo a reproduzir dados experimentais e cálculos ab initio nos óxidos CaO, CdO e SrO. Os resultados para os sistemas HA mostram que, em ambas as substituições, o sítio 2 é o preferencial. São feitas comparações com resultados encontrados na literatura, tanto experimentais quanto calculados através da Teoria do Funcional Densidade(DFT). O presente estudo corrobora trabalhos anteriores mostrando que o método semi-empírico eHT pode fornecer uma descrição qualitativa adequada das propriedades eletrônicas de sistemas envolvendo HA pura ou com substituições. / [en] Hydroxyapatite (HA) is a natural constituent of bones and igneous rocks. It plays important role in the storage of calcium and phosphorus of vertebrates. HA presents biocompatibility and bioactivity properties, allowing substitutions of its atoms for others. In this work, the substitutions of Cd and Sr in two crystal sites, 1 and 2, of Ca, are studied. Electronic structure calculations (bond order and atomic charge) are performed on pure and Cd/HA and Sr/HA clusters, by using the extended Hückel Theory (eHT), based on non orthogonal tight binding approximations. For a better description of the HA systems, it is used empirical parameters adjusted in order to reproduce known band structure and experimental data on CaO, CdO and SrO oxides. It is shown that site 2 is the preferred substitution site for both, Cd and Sr. This result is discussed in connection with previous experimental and DFT based calculations on the two substituted HA. The present study corroborates previous work which suggested that eHT may provide a reasonable qualitative description of basic electronic properties of both pure and substituted hydroxyapatite materials.

[pt] Este trabalho apresenta os resultados da quantificação do dano em superfícies dentinárias de molares humanos após jateamento com bicarbonato de sódio. Após a seleção e preparação das amostras, as mesmas foram divididas em dois grupos experimentais (Grupo Controle e Grupo de Jateamento). Inicialmente, mediu-se a rugosidade e dureza local (microdureza) do Grupo Controle, adotadas como valores padrão. Em seqüência, as amostras do Grupo de Jateamento foram submetidas à diferentes condições de jateamento, variando-se os parâmetros granulometria das partículas de bicarbonato de sódio (60 e 200 mesh), vazão da mistura água-bicarbonato de sódio-ar (mínima e máxima) e tempo de instrumentação (15 e 30 segundos). Finalmente, mediu-se a rugosidade e microdureza da região da dentina, bem como a área de depressões superficiais formada pelo jateamento. Os resultados mostraram que todas as condições de jateamento provocaram danos na região da dentina, caracterizados por aumentos de rugosidade e dureza, bem como o aparecimento de cavidades nesta região. A vazão mínima da mistura água-bicarbonato de sódio-ar provocou maiores rugosidades e endurecimentos na região dentinária. Por outro lado, as maiores áreas de cavidades na mesma região foram criadas por partículas menores quando jateadas com vazão máxima da mistura água-bicarbonato de sódio-ar / [en] This work presents the results concerning the damage quantification in human molar dentine surfaces after blasting with sodium bicarbonate. After selection and preparation, the samples were divided into two experimental groups (Control Group and Blasting Group). Initially, the roughness and local hardness (microhardness) of the Control Group were measured and adopted as standard values. In the sequence, the samples of the Blasting Group were subjected to different blasting conditions, making change in parameters as grain size of the sodium bicarbonate particles (60 and 200 mesh), water-sodium bicarbonate-air mixture outflowing (minimum and maximum) and instrumentation time (15 and 30 seconds). Finally, the roughness and the microhardness of the dentine region were measured, as well as the area of the surface depressions due to blasting. The results showed that all blasting conditions caused damages in the dentine region, characterized by an increase in roughness and microhardness, as well as the creation of cavities in this region. The minimum water-sodium bicarbonate-air mixture outflowing was associated with larger values of roughness and microhardness in the dentine region. On the other hand, larger areas of cavities in the same region were created by smaller particles of sodium bicarbonate when blasted with maximum water-sodium bicarbonate-air mixture outflowing.

[pt] Em este estudo, com base nos resultados do tratamento da superfície do bambu para reforço de concreto desenvolvido na PUC-Rio (Brasil), análises teóricas e experimentais foram executados na University of Cambridge e University of Bath (Inglaterra). Para melhorar o tratamento da superfície do bambu (usando resina epóxi), um programa experimental sobre 32 espécimes de Push-out foram realizadas. Tiras de bambu (para concreto armado) preparadas a partir de bambu Phyllostachys pubescens e tratados para melhorar a aderência foram utilizados, com um comprimento embutido de 20 mm. A influência do tipo de resina, tamanho do agregado (2 mm ou 4 mm), nó do bambu e os procedimentos para limpar a sua superfície foram obtidas é analisadas em curvas de aderência-deslizamento. Usando o tratamento com melhores resultados uma laje de concreto (3000 mm x 3000 mm) reforçada nas duas direções com tiras de bambu (sem armadura de cisalhamento) foi construída e testada. A laje foi testada simplesmente apoiada nos quatro lados com carga concentrada no meio. Um modelo de elementos finitos (MEF) foi criado usando SAP2000 para analisar e projetar o reforço de bambu. A carga experimental de colapso foi aproximadamente 148,39 por cento e 110,91 por cento dos valores teoricamente previstos pelo modelo numérico e pela carga máxima de punção (seguindo BS 8110 [36]) respeitabilidade. A laje apresentou alta rigidez contra a deformação antes do colapso por punção. Finalmente, para produzir um material composto avançado usando bambu para reforço de concreto, investigações experimentais do efeito do teor de umidade à temperatura ambiente e em condições de congelamento do bambu Dendrocalamus giganteus (DG) foram realizadas. Laminas de bambu com maior fração volumétrica de fibras (Vf) foram consideradas. 2250 corpos de prova de tração e compressão foram testados. A absorção de água, propriedades mecânicas das laminas de bambu e colapsos foram analisados em detalhe, e adequadas equações matemáticas foram estabelecidas. A partir dos resultados da resistência e módulo de elasticidade à tração (TMOE) da fibra de bambu DG foram estimados. Os resultados mostraram que as laminas de Dendrocalamus giganteus (DG) com maior fração volumétrica de fibras (Vf) e baixa umidade podem ser aplicadas em materiais compósitos para a construção, campo de energia (peças estruturais das hastes de turbinas eólicas), área automotiva (estruturas de carros), e aeronáutica (aviões de pequeno porte), fornecendo um novo material alternativo de baixo consumo de carbono. / [en] In this study, based on the results of bamboo surface treatment for concrete reinforcement developed at PUC-Rio (Brazil), theoretical and experimental analyses were executed at the University of Cambridge and University of Bath (England). To improve the bamboo surface treatment (using epoxy resin) an experimental program concerning 32 push-out specimens were carried out. Bamboo strips (for reinforcing concrete) prepared from Phyllostachys Pubescens bamboo and treated to enhance surface bonding were used, with a constant embedment length of 20 mm. The influence of two resins type, gravel size (2 or 4 mm), bamboo node and procedures for cleaning the surface of the bamboo on the bond–slip curves obtained are analyzed. Using the best bamboo surface treatment a full scale (3000 mm by 3000 mm) two-way spanning concrete slab reinforced with bamboo strips (without any shear reinforcement) was constructed and tested. The experimental test was simply supported along its four sides and subjected to a central concentrated load. A finite element model was created using SAP2000 to analyse and design the bamboo reinforcement. Experimental failure load was found to be approximately 148.39 per cent and 110.91 per cent of the theoretically predicted values by the numerical model and by ultimate punching shear load (following BS 8110 [36]) respectability. The slabs exhibited high stiffness against deformation prior to collapse through punching shear load. Finally, to produce an advanced bamboo composite material for concrete reinforcement, an experimental investigation of the effect of moisture content at room temperature and frozen conditions on Bamboo Dendrocalamus giganteus (DG) layers with highest fibre volume fraction (Vf) were considered. 2250 tensile and compression test specimens were tested. The absorption of water, mechanical properties of bamboo layers and failure were analyzed in detail and appropriate mathematical equations have been established. From the results the tensile strength and tensile modulus of elasticity (TMOE) of DG bamboo fibres were estimated. The results show that Dendrocalamus giganteus (DG) bamboo layers with highest fibres volume fraction (Vf) and low moisture content can be applied in composite materials for construction, energy field (structural parts of wind turbine blades), automotive field (car structures), and aviation (small aircraft) providing a new low carbon alternative material.

[pt] Este trabalho apresenta a distribuição de tensões em uma dentina radicular restaurada com pinos intra-radiculares confeccionados de diferentes de materiais. Dois modelos bi- dimensionais de um incisivo central superior com paredes dentinárias radiculares de pouca espessura, incluindo seus elementos de suporte, foram criados com a ajuda do programa AutoCAD 2000. O Modelo 1 representou um dente despolpado, com obturação radicular de guta-percha e restaurado com um pino intra-radicular fundido e uma coroa de cerâmica pura. Este modelo foi utilizado para as análises de pinos de ouro e de zircônia. O Modelo 2 foi similar ao primeiro, porém adotou-se um pino cilíndrico centralizado na cavidade radicular e preenchido com resina composta, sendo utilizado para as análises de pinos pré-fabricados de fibra de vidro e fibra de carbono. A simulação numérica foi realizada pelo software ANSYS 7.0, sendo os modelos carregados com uma força de 100 N em angulações de 45o e 180o em relação ao eixo longitudinal do dente. Os resultados mostraram que, em todos os modelos, as tensões se concentraram na terminação apical do pino, indicando que esta é uma região critica da raiz, podendo a geometria do pino influenciar no risco de fratura da mesma. Nos pinos fundidos, caracterizados por uma maior rigidez elástica, as maiores tensões se concentraram no próprio pino, preservando a dentina radicular na sua porção média e cervical e, portanto, se mostrando mais eficientes no caso de raízes desgastadas. Já nos pinos pré-fabricados, observou-se uma distribuição de tensões de forma mais homogênea pelo dente e um menor nível de tensões no pino, preservando o material restaurador. Entretanto, a dentina radicular foi exposta a maiores carregamentos mecânicos. / [en] This work presents the stress distribution in a root dentin restored by means of endodontic posts made of different materials. Two 2-D models of a maxillary central incisor with thin dentin walls, including its support elements were created making use of AutoCAD 2000 software. Model 1 represented a pulpless tooth, filled with guta-percha and restored adopting a cast post and an all-ceramic crown. This model was used for the analysis of gold and zirconia posts. Model 2 was similar to the first one, but adopted a cylindrical post centralized in the root cavity and filled with composite resin. This model represented the prefabricated posts made of glass fiber and carbon fiber. The numerical simulation was carried out by the ANSYS 7.0 software and the models were loaded with 100 N applied at the angles of 45 degrees and 180 degrees with respect to the longitudinal tooth axis. The results showed that, in all models, the stresses were concentrated at the apical end of the posts, indicating that this region is a critical root region and that the post s geometry can influence its risk of fracture. With regard to the cast posts, characterized by a higher elastic stiffness, a greater stress level was concentrated at the post, preserving the root dentin at the medium and cervical regions and, therefore, being considered more efficient in the case of worn roots. The models based on glass fiber and carbon fiber showed a homogenous stress distribution along the tooth as well lower stress level at the post, preserving the restoring material. However, the root dentin was subjected to higher mechanical loading.

[pt] Nos últimos anos, o método de remoção químico-mecânico das cáries tornou-se complementar para o tratamento convencional da lesão cariosa, com o aparecimento de propostas que visam reduzir o uso de instrumentos rotatórios e preservar a estrutura dentária remanescente, removendo, desta maneira, somente tecido cariado. O objetivo deste trabalho foi analisar a influência do produto Carisolv, adotado como agente de remoção do tecido cariado.em tratamentos que conservam a estrutura dentária, sobre a adesividade da interface dentina-resina após a restauração. Para tal, algumas amostras retiradas de dentes bovinos foram preparadas com o produto Carisolv, enquanto que outras adotaram o Hipoclorito de Sódio na sua preparação. Após as etapas de fabricação, todas as amostras foram submetidas a ensaios de cisalhamento da interface dentina-resina restauradora Os resultados mostraram que as amostras tratadas com o produto Carisolv apresentaram uma maior resistência à decoesão da mencionada interface do que aquelas com tratadas com Hipoclorito de Sódio. / [en] In the last years, the method of chemo-mechanical caries removal became complementary to the conventional treatment of caries lesion after some proposals that reduce the use of rotary instruments and preserve the remaining dental structure, removing only the carious tissue. The purpose of this study was to analyze the influence of the Carisolv product, adopted to remove the carious tissue in treatments that preserve the dental structure, on the adhesiveness of the dentin-resin interface after restoration. A number of samples cut out from bovine teeth were treated making use of the Carisolv product and other samples were prepared with Sodium Hypochlorite. After the preparation procedures, all samples were subjected to shear testing in order to evaluate the adhesiveness of the dentine-resin interfaces. Concerning the results, the samples treated with the Carisolv product showed a higher cohesion in the dentine- resine interface than that treated with Sodium Hypochlorite.

[pt] A tecnologia de bioimpressão 3D se tornou um importante recurso em pesquisas médicas no campo da engenharia de tecidos. Entretanto, apesar de essa tecnologia possuir grande convergência e demanda de competências do Design, o profissional designer ainda se encontra distante de tais trabalhos. Esta tese promove a investigação do papel que o Design pode desempenhar em pesquisas envolvendo o uso da bioimpressão 3D. A partir da revisão bibliográfica inicial e da compreensão acerca dos temas da engenharia de tecidos e de biomateriais, foram estabelecidas parcerias visando à execução de uma série de experimentos práticos. A partir da construção de uma bioimpressora desktop e posterior aquisição de uma bioimpressora profissional, foram realizados testes de configuração, calibragem e impressão de diferentes materiais viscosos, para uma melhor compreensão do processo de impressão dos biomateriais. Em parceria com o doutor Ronaldo Andrade, paralelamente se buscou solucionar a questão de simulação prática em treinamentos médicos, visando gerar modelos físicos semelhantes aos tecidos vivos. Por meio de uma parceria com o Grupo de Estudos do Fígado/UFRJ, e com o laboratório do Programa de Engenharia Nuclear, da COPPE/UFRJ, utilizou-se a microtomografia para gerar modelos tridimensionais virtuais que serviram de base para um software de visualização e para a impressão 3D de um fígado de rato. Da parceria com as pesquisadoras Sara Gemini e Jéssica Dornelas, foi possível realizar a impressão de construtos com esferóides celulares e a posterior análise via microscopia. Em nova rodada de experimentos, a biotinta desenvolvida foi aperfeiçoada e testada em diferentes formulações. Além de buscar avanços nos campos investigados, a presente tese buscar mostrar o papel interdisciplinar do Design e seu potencial agregador em pesquisas na área da Ciências Médicas e Biológicas, fugindo do lugar-comum em que o profissional muitas vezes é colocado. / [en] 3D bioprinting technology has become an important resource in medical research, in the field of tissue engineering. However, although this technology has great convergence and demand for skills that Design has, the designer is far from such works. Thisthesis promotesthe investigation of the role that Design can play in researches on the use of 3D bioprinting. From the preliminary bibliographic review and understanding of tissue engineering and biomaterials topics, partnerships were formed in order to develop a series of practical experiments. From the construction of a desktop bioprinter and subsequent acquisition of a professional bioprinter, configuration, calibration and printing tests of different viscous materials were carried out for a better understanding of the printing process of biomaterials. In partnership with Dr. Ronaldo Andrade, an attempt was also made to solve the issue of practical simulation in medical training, with a view to generating physical models similar to living tissue. Through a partnership with the Grupo de Estudos do Fígado/UFRJ, and the laboratory of the Nuclear Engineering Program at COPPE/UFRJ, microtomography was used to generate virtual three-dimensional models that served as the basis for a software for visualization and 3D printing of a mouse liver. In partnership with researchers Sara Gemini and Jéssica Dornelas, it was possible to print constructs with cellular spheroids and subsequently analyze them via microscopy. In a new round of experiments, the developed bioink was improved and tested in different formulations. In addition to seeking advances in the investigated fields, this thesis seeks to show the interdisciplinary role of Design and its aggregating potential in research in the Medical and Biological Sciences areas, escaping the commonplace in which the professional is often placed.

[pt] Este estudo apresenta uma análise numérica pelo método de elementos finitos da distribuição de tensões em dentes restaurados com coroas unitárias totalmente cerâmicas de diferentes tipos de terminações cervicais. Para a obtenção do modelo numérico bi-dimensional, três modelos da região de molares inferiores foram criados a partir de uma peça anatômica real e simularam a aplicação de coroas cerâmicas puras com diferentes terminações cervicais no segundo molar. O material selecionado para as restaurações foi uma cerâmica reforçada por dissilicato de lítio, enquanto que as terminações cervicais adotadas foram do tipo ombro reto, ombro arredondado e chanfro. Com o objetivo de realizar uma análise mais criteriosa das distribuições de tensões inerentes aos diferentes tipos de terminações cervicais, optou-se por criar o mesmo modelo em uma condição totalmente hígida, isto é, com ausência de qualquer tipo de restauração. A simulação numérica foi realizada pelo software ANSYS 7.0, sendo os modelos carregados com uma força estática de 400 N distribuída uniformemente na espessura dos dentes e subdividida em pontos de aplicação nas superfícies oclusais dos elementos dentais de acordo com a relação cúspide-crista. Os vetores correspondentes à aplicação das forças foram direcionados para região ânteroinferior da mandíbula com uma angulação de 15o. Os resultados mostraram que a restauração envolvendo a coroa cerâmica com terminação cervical em ombro reto concentrou mais tensões no dente molar restaurado, seguida pela coroa cerâmica com uma terminação cervical do tipo ombro arredondado. Por sua vez, a coroa cerâmica com a terminação cervical em chanfro provocou uma distribuição de tensões mais homogênea no dente molar restaurado. / [en] This work presents a finite element analysis of the stress distribution in teeth restored by single all-ceramic crowns with different types of finishing lines. In order to obtain the 2-D numerical model, three models of the mandibular molar teeth region were created considering a real anatomic piece and were then used to simulate the application of all-ceramic crowns with different finishing lines on the second molar. The selected material for the restorations was a ceramic material reinforced by lithium disilicate and the finishing lines adopted were shoulder, rounded shoulder and chamfer type. Aiming to realize a more careful analysis of the stress distributions associated with the different finishing lines, the same model was created in a completely healthy condition, i. e., in the absence of any kind of restoration. The numerical simulation was carried out by the ANSYS 7.0 software loading the models with 400 N distributed by the teeth thickness and applied according to the cusp-crest relationship at points in the teeth oclusal surfaces. The vectors corresponding to the applied forces were oriented towards the former-inferior mandibular region at the angle of 15o. The results indicated that the restoration involving the all-ceramic crown with the shoulder type finishing line intensified the stress in the restored molar tooth, followed by the all-ceramic crown with the rounded shoulder. On the other hand, the all-ceramic crown with the chamfer type finishing line caused a more homogeneous stress distribution in the restored molar tooth.