[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] A hidroxiapatita (Hap) é um mineral bastante estudado, devido à sua excelente biocompatibilidade e similaridade química com a porção mineral do osso humano. A hidroxiapatita estequiométrica Ca10(PO4)6(OH)2, com razão Ca/P igual a 1,67, pode ser de origem natural ou sintética. Os processos de fabricação são os mais diversos e a qualidade do produto dependente da natureza dos reagentes e dos parâmetros utilizados no processo, sendo importante, posteriormente, a sua caracterização estrutural e elementar. O presente trabalho tem como objetivo estudar a determinação da razão Ca/P em hidroxiapatita utilizando duas técnicas analíticas distintas: espectrometria de absorção atômica de alta resolução com fonte contínua (HR-CS AAS) e espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES). No caso da HR-CS AAS, os parâmetros instrumentais estudados foram vazão de acetileno, altura do queimador, taxa de aspiração e em seguida, número de pixels e tempo de integração. Já na técnica de ICP-OES, os parâmetros foram taxa de aspiração, potência da radiofrequência e vazão do gás de nebulização. Foi realizada uma otimização multivariada e as condições ótimas para cada parâmetro estudado foram determinadas pela função desejabilidade. O meio de leitura por HR-CS AAS para o cálcio foi uma solução HNO3 0,2 por cento v/v e KCl 1 por cento m/v e, para o fósforo, HNO3 5 por cento e KCl 0,1 por cento, já por ICP OES só foi empregado o HNO3 nas concentrações já especificadas A maior contribuição à incerteza do resultado final foi devido às soluções de calibração. Uma amostra de hidroxiapatita, produzida no Laboratório de Biomateriais do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) apresentou resultados de suas razões molares concordantes quando analisada pelas técnicas empregadas neste trabalho. / [en] Hydroxyapatite is a widely studied mineral due to its excellent biocompatibility and chemical similarity with the mineral portion of human bone. Stoichiometric hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2 with a Ca/P ratio of 1.67 can be natural or synthetic. Its manufacturing processes are diverse and the final product depends on the mineral type and the parameters used in the process, and subsequent structural and elemental characterizations are important. This study aims to determine hydroxyapatite Ca/P ratios by using two different analytical techniques: HR-CS AAS and ICP OES. In the case of HR-CS AAS the following instrumental parameters were studied: acetylene flow rate, burner height, rate of aspiration, pixels and integration time. In the ICP-OES technique, the parameters were rate of aspiration, radiofrequency power and nebulizer gas flow rate. We performed a multivariate optimization and optimal conditions for each studied parameter were determined by the function of desirability. The HR-CS AAS measurements for calcium were conducted in a medium containing HNO3 0.2 per cent v/v and KCl 1 per cent m/v and, for phosphorous, a medium containing HNO3 5 per cent and KCl 0.1 per cent was used. For the ICP OES measurements we used only HNO3 at the concentrations specified above. The major contribution to the uncertainty of the final results was from the calibration solutions. A hydroxiapatite sample, produced in the Biomaterial Laboratory at the Brazilian Center for Physical Research (CBPF), presented compatible molar ratio results among themselves when analyzed by the techniques utilized in the present study.

[pt] O câncer é a segunda maior causa de morte no mundo inteiro e estima-se que até 2030, serão 27 milhões de novos casos e 17 milhões de mortes. Devido a esse fato, o desenvolvimento de novos sistemas de liberação (Drug delivery systems - DDS) que permitam a distribuição de um agente bioativo no seu sítio terapêutico na dose certa, numa taxa específica, acarretando menor toxicidade, e que possa ser utilizado tanto para o tratamento como para o diagnóstico de enfermidades. Atualmente, as sílicas mesoporosa surgem como potenciais DDS ou carreadores em radiofármacos, devido a sua estrutura organizada, alta área superficial e tamanhos e volumes de poros ajustáveis. Nesse trabalho foram sintetizados três potencias sistemas de liberação ou carreadores para radiofármacos para exames de imagem em medicina nuclear. A SBA-15 e sua associação com a hidroxiapatita (HAP) por dois métodos diferentes: adição dos precursores durante formação da mesofase (SBA-15/HAP_1) e o segundo por impregnação na estrutura da SBA-15 já sintetizada e calcinada (SBA-15/HAP_2). Os materiais foram marcados com o radioisótopo 99mTc e tiveram suas marcações e biodistribuições avaliadas. A SBA-15 também foi conjugada com o aptâmero anti-MUC1 para realização de direcionamento ativo para células tumorais. Os materiais foram caracterizados por: espectroscopia de emissão ótica por plasma acoplado indutivamente (ICP-OES); análise termogravimétrica (ATG); fisissorção de nitrogênio; difração de raios-X (DRX); infravermelho (IV); microscopia eletrônica de transmissão e varredura (MET e MEV); e difração a laser. As avaliações da marcação e da biodistribuição foram realizadas por contador de raios gama e gama-câmara respectivamente. A SBA-15 apresentou uma estrutura mesoporosa altamente ordenada, com alta área superficial. Os materiais impregnados com hidroxiapatita apresentaram diferenças estruturais: Na SBA-15/HAP_1 houve bloqueio quase total dos mesoporos com nanopartículas de hidroxiapatita, enquanto na SBA-15/HAP_2, houve um bloqueio parcial dos mesoporos, apresentando também agregados de hidroxiapatita. A metodologia de marcação com o 99mTc apresentou estabilidade de 8 horas. A conjugação da SBA-15 com o aptâmero anti-MUC1 apresentou maior reconhecimento das partículas de SBA-15 por células tumorais. / [en] Cancer is the second major leading cause of death worldwide and is estimated till 2030, 27 million new cases and 17 million of deaths. So, the development of new drug delivery systems (DDS) that allows a bioactive agent distribution in its therapeutic site in the right dose, in a specific rate, leading lower toxicity, and that can be used for treatment and diagnosis of several diseases. Recently, mesoporous silicas arise as promising DDS or carriers for radiopharmaceuticals, because of its highly organized structure, high superficial area and tunable pore size and volumes. In this work, were synthesized three potential DDS or carriers for radiopharmaceuticals for imaging in nuclear medicine. SBA-15 and its association with hydroxyapatite (HAP) by two distinct methodologies: precursors addition during mesophase formation (SBA-15/HAP_1); and precursors impregnation in SBA-15 previously synthesized and calcined (SBA-15/HAP_2). The materials were labelled with tecnecium-99m radioisotope and its labeling methodology and biodistribution were evaluated. SBA-15 was also conjugated with the aptamer Anti-MUC1 for active delivery to tumoral cells. The materials were characterized by: inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES); thermogravimetric analysis (TGA); nitrogen physisorption; x-ray diffraction (DRX); infrared (IR), transmission and scanning electronic microscopy (TEM and SEM); and laser diffraction. The labeling and biodistribution evaluation were performed by gamma-ray counter and gamma-camera respectively. The materials were synthesized and have shown peculiar characteristics. SBA-15 has highly ordered mesoporous structure with high superficial area. The materials impregnated with hydroxyapatite showed structural differences: In SBA-15/HAP_1, hydroxyapatite nanocrystals almost blocked the entire mesopores, while in SBA-15/HAP_2, there were a partially blocking of the mesopores and also presented hydroxyapatite nanocrystals aggregates. The tecnecium-99m labeling methodology of the materials showed an 8 hours stability. SBA-15 conjugation with Anti-MUC1 for active delivery has shown a better recognition by tumor cells.

[pt] Em todas as atividades cirúrgicas, que se ocupam dos tecidos estruturais do ser humano, existem situações em que se faz necessário o emprego de tecido ósseo adicional. As indicações mais comuns para esse emprego de preenchimento ósseo são pequenas e médias reconstruções. O estudo de tecido ósseo é uma parte da engenharia de biomateriais que tem a finalidade básica de formar substitutos ósseos. O presente trabalho teve como objetivo principal caracterizar dois materiais, sendo um de origem bovina (Pro-Bone) e o outro de origem sintética (TCP-trifosfato de cálcio), como materiais de preenchimento em defeitos ósseos. A difração de raios x e a espectroscopia de infra vermelho revelaram que o osso bovino é altamente cristalino e composto por hidroxiapatita - HA, carbonatos e compostos minoritários. Em relação ao TCP os resultados demonstraram razão atômica Ca/P igual a 1,5 e alta cristalinidade. As partículas de ambos os materiais, foram analisadas a partir de imagens digitais (MO e MEV), utilizando o programa KS-400. Desta forma, foram medidas as dimensões relacionadas ao tamanho e à forma das partículas: área, perímetro, eixo maior, eixo menor, diâmetro médio, circularidade e convexidade. Observou-se que a área das partículas de Pro-Bone é, em média, cerca de 10 vezes menor do que a área das partículas de TCP. O menor tamanho das partículas de Pro-Bone pode levar a uma reabsorção muito mais rápida do material do implante, gerando fibrose e limitando a osteo-integração. Do ponto de vista da forma, não foram encontradas diferenças significativas entre os dois materiais. / [en] In all the surgical activities that are occupied with structural tissue of the human being, we have situations presented where it is necessary the use of additional bone tissue. The most common indications to use bone fulfilling are: small reconstructions and average reconstructions. The patient, who needs bone reconstruction surgery of small and medium average, can make use of allopathic material, with a cost well more accessible than bone graft alogenic. The study of a bone tissue is a part of engineering with basic purpose to form bone substitutes. This work had as priority the objective to characterize two materials, one with bovine origin e another one with synthetic origin, for future applications as material of fulfilling in bone defects. The X-Ray diffraction and the infra red spectroscopy had disclosed that bovine bone is highly crystalline and composed for hidroxiapatite - HA, carbonates and composites minority and the same with TCP. The bone particles were measured from digital images (MO and the MEV), using program KS- 400. The dimensions related to the particle size and form had been measured based on: area, perimeter, bigger axle, lesser axle, average diameter, factor of form, convexity and diameter of Ferret. It was observed that the particles area of Pro-Bone is, in average, about 10 times smaller than TCP particles area. The smaller particle size of Pro-Bone can lead to a much faster reabsortion of the implant material, generating fibroses and limiting the osteo-integration. No significant differences in shape between the two materials were found.

[pt] A hidroxiapatita está entre os biomateriais cerâmicos de maior interesse na área médica, pois, além da sua semelhança com a fase inorgânica dos ossos e dentes, apresenta exelente biocompatibilidade e bioatividade. Devido a sua ampla aplicação e aos gastos inerentes a utilização de implantes em processos cirúrgicos, torna-se necessário o desenvolvimento de processos mais viáveis encomonicamente e de materiais com melhores propriedades, com isso, este trabalho teve como objetivo a síntese de hidroxiapatita (HAp) pelo método de precipitação utilizando cascas de ovos de galinha como fonte de cálcio na presença de diferentes concentrações de sacarose, para avaliar sua influência nas características dos materiais sintetizados. A utilização da casca de ovo surge como um insumo atrativo, uma vez que é composta majoritariamente por carbonato de cálcio, um material abundante e barato. A casca de ovo foi calcinada à 1000 graus Celsius para obtenção do CaO que foi hidrolisado para a obtenção do Ca(OH)2.Os materiais foram obtidos pela reação de precipitação entre o Ca(OH)2 e H3PO4 a temperatura ambiente e com controle de pH, utilizando diferentes quantidades de sacarose. Os materiais obtidos foram caracterizados pelos métodos de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura com emissão de campo (MEV-FEG), adsorção de N2 a 77K (BET), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TG) e Fluorescência de Raios X (FRX). Os resultados de DRX confirmaram a formação da HAp. O FTIR apresentou as bandas correspondentes a HAp, corroborando os resultados de DRX, identificando também bandas de carbonato. Os resultados de EDXS confirmaram a composição química das amostras, sendo esta de P, O e Ca. A caracterização por MEV permitiu a avaliação da mudança da morfologia com o para as diferentes da quantidade de sacarose utilizada, sendo observada uma tendência a formação de partículas esferoidais. Os resultados de BET evidenciaram um aumento de superfície específica com o aumento da quantidade de sacarose, passando de 36 para 93 m2/g, decorrente do aumento de porosidade e diminuição do tamanho de partícula, resultado confirmado pelo MET, com tamanho de partícula passando 50 nm para valores em torno de 10-20 nm. Para avaliação da citotoxicidade foi realizado o ensaio da redução da resazurina para o período de 24h. Os resultados obtidos indicaram que as amostras são não citotóxicas. O ensaio de bioatividade foi realizado em meio McCoy para o período de 3 e 7 dias, apresentando resultados de dissolução das amostras compatíveis com caracteríticas de superfícies bioativas, porém, para o período de da análise, não foi observada a formação da camada bone like apatite. Os materiais sintetizados apresentaram propriedades semelhantes aos obtidos a partir de fontes de cálcio comerciais, apresentando promissor potencial em aplicações da engenharia de tecido ósseo, além de contribuir para a reciclagem desses bio-resíduos que é a casca de ovo. Os resultados obtidos indicam que a sacarose pode alterar as características do material, sendo um promissor aditivo/template de fácil obtenção e baixo custo, proporcionando materiais com elevada superfície específica e redução do tamanho de partícula. / [en] Hydroxyapatite is among the ceramic biomaterials of greatest interest in the medical field, because, in addition to its similarity with the inorganic phase of bones and teeth, it presents excellent biocompatibility and bioactivity. Due to its wide application and the expensive surgical processes, it is necessary to develop more viable processes and materials with better properties, therefore, the work aimed the hydroxyapatite synthesis (HAp) by precipitation method using hen’s eggshells as a calcium source in the presence of different sucrose concentrations, to evaluate its effect on the characteristics of the synthesized materials. A comparative study was also carried out with HAp samples obtained without sucrose and with commercial Ca(OH)2. The use of eggshells appears as an attractive raw material since it is mainly composed of calcium carbonate and because it is an abundant and cheap material. The eggshell was calcined at 1000 Celsius to obtain CaO, which was hydrolyzed to obtain Ca(OH)2. The materials were obtained by the precipitation reaction between Ca(OH)2 and H3PO4 at room temperature with pH control, using different amounts of sucrose. The obtained materials were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy with field emission (SEM-FEG), N2 to 77K adsorption (BET), Transmission Electron Microscopy (TEM), infrared spectroscopy with Fourier transform (FTIR), thermogravimetric analysis (TG) and X-Ray Fluorescence (XRF). The XRD results confirmed the formation of HAp. The FTIR showed the bands corresponding to HAp, corroborating the results of DRX, in addition to the presence of carbonate bands. The results of EDXS confirmed the composition of the samples, being of P, O and Ca. The SEM characterization allowed the evaluation of the morphology changes for the different amounts of the sucrose used, forming spheroidal particles. The BET results showed an increase in specific surface area with the rise in the sucrose amount, from 36 to 93 m2/g, due to the rise in porosity and decrease in particle size, a result confirmed by TEM, with particle size changing from 50 nm to values around 10-20 nm. The resazurin reduction assay was performed for the 24h period to evaluate of cytotoxicity. The results obtained indicate that the samples were non-cytotoxic. The bioactivity assay was carried out in McCoy medium for 3 and 7 days, showing dissolution results of the samples compatible with characteristics of bioactive surfaces. The formation of the bone-like apatite layer was not observed for the analysis period. The synthesized materials showed properties similar to those obtained from synthetic calcium sources. Therefore, it presents promising potential in bone tissue engineering applications, besides contributing to the recycling of this bio-residue, the eggshell. The high specific surface area and small particle size results obtained indicate that sucrose can be a promising additive/template that is easy to obtain at low cost.