Tese de doutoramento. Ciências de Engenharia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Faculdade de Ciências da Saúde. Universidade Fernando Pessoa. 2008

A substituição total de uma articulação de joelho é uma técnica amplamente usada para corrigir os danos irreversíveis na juntas originais, causadas por patologias como osteoartrite e artrite reumatóide. Com o aumento número de pacientes jovens e mais ativos, a evolução na técnica da substituição da articulação total de joelho visando desempenho de longo prazo passa a ser uma demanda crítica. Portanto, na tentativa de evitar as falhas prematuras e prolongar a vida em serviço como um todo, as modificações na bandeja tibial podem produzir erros fundamentais. O design da bandeja tibial é um importante fator, porque a sua fratura pode ocorrer em função de elementos geométricos da mesma, como raios de concordância e cantos vivos. A escolha do material e do processo de fabricação também são importantes. No tocante a rota de fabricação, pode ser visto que as ligas forjadas tem o maior limite de fadiga, se comparado com as obtidas pelo processo de fundição. Entretanto, a combinação das técnicas de desenho assistido por computador (CAD), engenharia assistida por computador (CAE) e manufatura assistida por computador (CAM) podem ser uma solução rápida e barata para alcançar melhores características das bandejas tibiais. Contudo, testes pré-clínicos devem ser executados para garantir que as bandejas tibiais não falharão prematuramente devido à fadiga. As técnicas de metalografia, microdureza e espectrometria foram empregadas neste trabalho com o objetivo de caracterizar metalurgicamente a liga de aço inoxidável atualmente empregada. A rugosidade superficial foi avaliada, assim como o número de ciclos para a iniciação das trincas. Com a utilização do método de elementos finitos, verificou-se o ponto de maior tensão e, aliado ao estudo de fractografia, foi determinado o modo de falha Os resultados indicaram que o material atualmente empregado não está em conformidade com todos os requisitos das normas vigentes, de forma que um material alternativo é sugerido. Com o objetivo de melhorar a resistência à fadiga sem apresentar problemas de ordem clínica, cinco geometrias foram propostas e os resultados da análise de tensões pelo método de elementos finitos indicaram um grande potencial de aumento da vida em fadiga.

Submitted by Thales Augusto Garcia Pelizaro (pelizaro.thales@gmail.com) on 2018-08-11T04:11:22Z No. of bitstreams: 1 Pelizaro_t.a.g.pdf: 2749539 bytes, checksum: 985de4c95367a9763a3f49744c2d7d21 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Carolina Gonçalves Bet null (abet@iq.unesp.br) on 2018-08-15T20:29:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pelizaro_tag_me_araiq_int.pdf: 2698266 bytes, checksum: fd08f46804e8ae8c87783cd8e9da031f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-15T20:29:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pelizaro_tag_me_araiq_int.pdf: 2698266 bytes, checksum: fd08f46804e8ae8c87783cd8e9da031f (MD5) Previous issue date: 2018-07-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A busca pelos melhores métodos de produção e com o menor custo possível é uma necessidade para o desenvolvimento de novos biomateriais ou para aprimorar os já existentes. Baseado nessa premissa, o trabalho aqui desenvolvido visou o estudo de diferentes métodos de síntese de diferentes fosfatos de cálcio. Tratam-se de materiais biocerâmicos utilizados na área da Saúde. Para a realização de análise químicas, físicas, físico-químicas, morfológicas e de tamanho de partículas, foram utilizadas as técnicas de difração de raio-X (DRX); espectroscopia no infravermelho (FITR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A produção dos fosfatos de cálcio envolveu diversas variantes no processo de síntese e obtenção do pó; dentre estas houve diferentes aplicações do ultrassom (momento da aplicação e/ou seu tempo de duração) e diferentes métodos de secagem. De uma forma geral, as características químicas, físicas e físico-química encontradas estavam de acordo com o observado na literatura, o que indica que os métodos aqui empregados atingiram o objetivo de obtenção dos fosfatos de cálcio; ao mesmo tempo, ficou claro que é possível utilizar métodos alternativos, como meio de produção, garantindo uma produção em larga escala, de forma eficiente e menos onerosa, preservando-se as características básicas de cada fase de fosfato de cálcio. / The search for the best methods of production and the lowest costs possible is the major necessity for the development of new and improved biomaterials. Based on this premise, the aime of this work was to develop a study of different methods of synthesis with different calcium phosphates. Which are bioceramic materials used in the Health area. The X-ray diffraction (XRD), the infrared spectroscopy (FTIR) and the scanning electron microscopy (SEM) techniques were used to perform chemical, physical, physicochemical, morphological and particle size analyzes. The production of the calcium phosphates involved several variants in the process of synthesis and obtaining the powder; among them there were different applications of ultrasound (application time and / or duration) and different drying methods. In general, the chemical, physical and physicochemical characteristics found were in agreement with the literature, indicating that the employed methods here reached the objective of obtaining the calcium phosphates. Regarding to this, it has become clear that alternative methods can be used as a mean of production, ensuring the efficience and the least costly production, consequently allowing a large-scale production, preserving the basic characteristics of each phase of calcium phosphate. / CAPES: 88882.180385/2018-01

O objetivo deste trabalho foi a produção e caracterização de componentes sinterizados de titânio para aplicação biomédica, obtidos através do processo de fabricação chamado de Moldagem de Pós por Injeção ( MPI ), ou “Metal Injection Molding” ( MIM ) na língua inglesa. Para a produção dos componentes de titânio, utilizou-se de pós de hidreto de titânio produzidos pelo processo de Hidretação-Dehidretação ( HDH ), no Laboratório de Transformação Mecânica - UFRGS. Foram realizados ensaios para a caracterização dos componentes sinterizados quanto às suas propriedades mecânicas, resistência à corrosão, características morfológicas e de biocompatibilidade. Este trabalho concentra-se no desenvolvimento e produção de componentes para área odontológica ( implantodontia ) e médica, visando a implementar a técnica de Moldagem de Pós por Injeção ( MPI ) de hidreto de titânio para aplicação na produção de implantes, tendo em vista que, atualmente, este processo não é utilizado para tal fim. Para as análises de biocompatibilidade foram produzidos parafusos corticais para utilização como implantes. Após a caracterização morfológica e química dos implantes produzidos foram realizados ensaios in vitro de corrosão e in vivo de biocompatibilidade onde foi possível observar algumas características da superfície do implante como, por exemplo, a susceptibilidade à corrosão por frestas e elevado recobrimento ósseo do implante.

A associação de matrizes produzidas por electrospinning (ES) e células-tronco tem sido apontada como uma alternativa promissora na reconstituição de tecidos. A associação de moléculas bioativas, tais como o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) em nanofibras, permite a libertação controlada do fator incorporado. Isso pode contribuir para a migração e diferenciação celular, tornando-se uma opção interessante para a regeneração de tecidos. Neste trabalho foi analisado a influência da incorporação do VEGF em matrizes de poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA) produzidas por ES. As análises de adesão, viabilidade celular e citotoxicidade dos biomateriais foram realizadas em três grupos de matrizes: (1) PLGA/BSA/VEGF, (2) PLGA/BSA, (3) PLGA 13%. As análises físico-químicas das matrizes como morfologia, diâmetro da fibra, degradabilidade, solvente residual, ângulo de contato, propriedades mecânicas, eficiência de incorporação e liberação controlada do VEGF foram realizadas. As nanofibras apresentaram superfície lisa sem beads com poros interconectados, semelhantes às da MEC. Observou-se melhora na adesão celular nas matrizes PLGA/BSA/VEGF quando comparadas aos demais grupos. As matrizes foram atóxicas para as células. Portanto, a associação entre matrizes de nanofibras com fatores de crescimento incorporados e células-tronco pode ser uma estratégia útil para a engenharia de tecidos (ET). / The association of matrices produced by electrospinning (ES) and stem cells has been considered as a promising alternative for the recovery of tissue. The association of bioactive molecules, such as vascular endothelial growth factor (VEGF) in nanofibres, allows the controlled release of the incorporated factor. It can contribute to cellular migration and differentiation, becoming an interesting option for tissue regeneration. In this work, the influence of VEGF incorporation on a poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) scaffold produced by ES was analyzed. The analysis of cell adhesion, cell viability and biomaterials cytotoxicity was carried out in three matrice groups: (1) PLGA/BSA/VEGF; (2) PLGA/BSA, (3) PLGA 13%. The physical-chemical analysis assessment of morphology, fiber diameter, residual solvent, degradability, contact angle, mechanical properties, loading efficiency and controlled release of VEGF were performed. Nanofibres showed smooth surfaces without beads with interconnected pores, similar to those of ECM. An improvement in cell adhesion was observed for the matrices of PLGA/BSA/VEGF when compared to the other groups. The matrices were non toxic for the cells. Therefore, the association between nanofibre matrices loaded with growth factors and stem cells may be a useful strategy for tissue engineering.

Os scaffolds produzidos por electrospinning (ES) são ferramentas bastante atrativas para a engenharia de tecidos (ET). Mimetizando fisicamente a matriz extracelular natural, esses scaffolds atuam como suportes para o desenvolvimento celular. Contudo, uma ocupação celular uniforme nesses scaffolds permanece sendo um problema a ser resolvido. Neste trabalho, células-tronco foram integradas a scaffolds de PLGA ainda durante a sua produção com o objetivo de se obter uma melhor distribuição celular por toda a estrutura do biomaterial. Para a obtenção desses scaffolds contendo células-tronco (SCCT), as técnicas de ES e bio-electrospraying (BES) foram associadas. Os SCCT foram caracterizados quanto a suas propriedades físico-químicas e biológicas. As fibras produzidas apresentaram-se lisas, bem distribuídas e com características mecânicas e de degradação adequadas a diferentes aplicações na ET. As células integradas aos SCCT mantiveram-se viáveis e foram capazes de se proliferar dentro dessa estrutura ao longo do período de cultivo. Cortes histológicos dos SCCT demonstraram que as células estavam bem distribuídas em toda a arquitetura do biomaterial. Esses resultados sugerem que a associação do ES e BES é uma técnica interessante para a produção de scaffolds tridimensionais integrados a células, tornando-se uma alternativa viável para uso na engenharia de tecidos. / Scaffolds produced by electrospinning (ES) are very attractive tools for tissue engineering (TE). These scaffolds act by mimicking physically the native extracellular matrix as carriers for cell growth. However, a uniform cell occupation of scaffolds remains a problem to be solved. In this study, stem cells were integrated into the PLGA scaffolds during their production in order to obtain better cell distribution throughout the biomaterial structure. The ES and bio-electrospraying (BES) techniques were associated to obtain these scaffolds containing stem cells (SCCT). The SCCT were characterized by their physicochemical and biological properties. Smooth and well distributed fibers, with suitable mechanical and degradation characteristics were obtained which allows different applications in TE. The cells incorporated onto SCCT remained viable and are capable of proliferating in this structure during cell culture. The cells were well distributed throughout the biomaterial architecture as observed in histological sections of SCCT. These results suggest that association between ES and BES is an interesting technique to produce 3D cell integrated scaffolds, making it a viable alternative for tissue engineering.

Submitted by ROBERTO PAULO CORREIA DE ARAÚJO (ppgorgsistem@ufba.br) on 2016-10-18T12:34:27Z No. of bitstreams: 1 Santos, Anderson Cunha dos.pdf: 2290979 bytes, checksum: 1c74fd50c04b84ba466c768092af31e9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-18T12:34:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos, Anderson Cunha dos.pdf: 2290979 bytes, checksum: 1c74fd50c04b84ba466c768092af31e9 (MD5) / Defeitos ósseos críticos, representam um problema clínico recorrente. Nestas situações a capacidade de reparo ósseo torna-se limitada e suscetível a falhas. No caso supracitado sçao utilizados biomateriais a base de hidroxiapatita, em função de sua composição química, morfologia porosa tridimensional e alta similaridade com o osso humano. A alta resolução das técnicas de imagem por μCT,permitem a avaliação de massa óssea e na morfologia dos espécimes excisados, e traz como vantagens: a medição direta da morfologia trabecular em três dimensões e um volume significativamente maior de amostra é analisada. O objetivo deste estudo foi realizar um estudo comparativo imaginológico por microtomografia computadorizada (μCT) e a análise histomorfológica, do reparo ósseo, associado ao uso de biomateriais. Para a realização deste estudo, foi utilizada uma amostra de vinte ratos, Rattus Novergicus, wistar, para a comparação de quatro grupos distribuídos aleatoriamente, avaliados nos ponto biológico de 15 dias. Dois grupos com defeito crítico preenchidos com os biomateriais: compósitos de hidroxiapatita com 1% de alginato e gelatina (1%) (HAAlgeGel) e BioOss® (HA), um grupo com o mesmo defeito sem implante de biomaterial e um grupo com a calvária integra. Os animais foram sacrificados, as calvárias foram submetidas à aquisição de imagens por μCT. Tal etapa foi realizada em algumas etapas: “Scanning”, reconstrução e análise em 3D, executada pelos programas “N Recon”, “Data Viewer” e “CTan”. Em seguida os seguimentos anteriores foram descalcificados e os cortes histológicos foram analisados pelas técnicas de Hematoxilina (HE) e Eosina, Picrossírios (PIFG) vermelho e Tricromo de masson Goldner e avaliado em microscópio de luz comum. Conclui-se que através da aquisição de imagens por μTC e análise histomorfológica, foi possível quantificar o reparo ósseo de biomateriais e nos grupos HA e HAAlgGel.

Esse trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um biomaterial constituído de poli (álcool vinílico) (PVA) e poli (ácido acrílico) (PAA) contendo hidroxiapatita (HA) visando a aplicação em sistemas osteocondutores. As nanofibras poliméricas foram produzidas pelo método de eletrofiação a fim de mimetizar a matriz extracelular do osso (ECM), além de obter um material com maior relação área superfície quando comparada a materiais de maiores escalas, o que melhora a adesão e proliferação da célula óssea. Para essa finalidade foi utilizado uma matriz de PVA e PAA variando a concentração da HA na matriz. Pelas características hidrofílicas do PVA, foi necessária sua reticulação, por isso o ácido butano 1,2,3,4-tetracarboxílico (BTCA) foi utilizado e estudado variando sua concentração em duas proporções diferentes, 2 % e 6 % (m/m). A reticulação foi efetiva para a matriz PVA/PAA/HA com no mínimo 2 % BTCA, sendo que o FTIR-ATR comprovou a permanência dos principais grupamentos como a carbonila e a hidroxila e a análise de MEV comprovou a estabilidade física das nanofibras após 48 h de imersão em água. Os diâmetros médios das fibras variaram entre 273 a 437 nm, com menor tamanho e menor variação dos diâmetros das fibras na matriz com a presença de HA. Os resultados da matriz obtidos pela análise mecânica foram semelhantes com as propriedades mecânicas do osso. Os ensaios de análise térmica realizados comprovaram uma mistura homogênea na matriz PVA/PAA/HA. Os testes de viabilidade celular mostraram que na matriz com a presença da HA a atividade celular é maior quando comparada a matriz PVA/PAA, o que indica que a HA na matriz tem papel fundamental na atividade celular. / This study aims to develop a biomaterial composed of poly (vinyl alcohol) (PVA) and poly (acrylic acid) (PAA) containing hydroxyapatite (HA) for application in osteoconductive systems. Polymeric nanofibers were prepared by electrospinning method to mimic bone extracellular matrix (ECM), in addition to obtaining a material with large surface area to volume ratio, which improve the adhesion and proliferation of bone cells. For this purpose we used PVA and PAA matrix by varying the concentration of HA in the matrix. For the hydrophilic characteristics of the PVA, a crosslinking has been required, so BTCA was used and studied by varying its concentration in two different proportions of 2 % and 6 % (w/w). The crosslinking is effective for the PVA/PAA/HA matrix with at least 2 % BTCA, and the FTIR-ATR demonstrated the permanence of the main groups such as hydroxyl and carbonyl and SEM analysis confirmed the stability of nanofibers after 48 hours immersion in water. The medium diameters ranged from 273-437 nm with smaller size and smaller variation of fiber diameters in the array with the presence of HA. The results of the mechanical analysis matrices obtained were very similar to the mechanical properties of bone. The thermal analysis of trials proved one miscible mixture in the PVA/PAA/HA matrix. The cell viability tests showed that the matrix in the presence of HA has higher cellular activity when compared to PVA/PAA matrix, which proves that the HA in the matrix has a fundamental role in cellular activity.

As propriedades físicas, químicas e mecânicas de superfícies de titânio e suas ligas têm sido estudadas buscando uma melhor osseointegração para aplicação em implantes biomédicos. Tais propriedades do material a ser utilizado em implantes têm apresentado influência direta na qualidade da interface osso-implante e uma relação direta com a rugosidade em escala nanométrica e micrométrica, porosidade e molhabilidade (energia de superfície) da superfície. Nesse contexto, estudos relacionados com o processo de eletropolimento de superfícies metálicas de titânio e suas ligas têm sido desenvolvidos visando controlar a morfologia da superfície através da escolha de parâmetros experimentais adequados, para a obtenção de superfícies com diferentes texturas. Dessa forma o presente trabalho tem por objetivo avaliar a influência dos parâmetros operacionais no processo de eletropolimento de Ti-cp, visando à obtenção de superfícies nanoestruturadas com controle morfológico. Foi avaliado o efeito de filmes de DLC (Diamond Like Carbon) eletrodepositados a partir de uma solução orgânica de Dimetilformamida sobre a superfície eletropolida. A etapa de caracterização morfológica das superfícies eletropolidas e eletropolidas revestidas com DLC se deram por meio de microscopia de força atômica (AFM), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e perfilometria de contato. Além disso, as superfícies obtidas foram caracterizadas quanto à molhabilidade (ensaio da gota séssil), comportamento eletroquímico (monitoramento do potencial de circuito aberto e curvas de polarização potenciostáticas) e resistência ao desgaste (ensaio tribológico do tipo ball-on-plate). Os filmes de DLC também foram caracterizados por espectroscopia Raman. Os resultados obtidos evidenciaram o efeito dos parâmetros operacionais sobre o controle da morfologia das superfícies de Ti-cp eletropolidas. A obtenção dos filmes DLC foi favorecida em superfícies eletropolidas com a presença de óxidos de titânio. As amostras eletropolidas e revestidas com DLC apresentaram valor do potencial de circuito aberto menos ativo comparativamente ao titânio sem revestimento. Contudo, apenas a presença do óxido formado durante o processo de eletropolimento também contribui para o aumento da resistência à corrosão. Ensaios de desgaste mostraram que a superfície eletropolida sofreu um processo de deformação, enquanto que a amostra eletropolida com revestimento de DLC apresentou melhor resistência ao desgaste. / The physical, chemical and mechanical properties of surface titanium and its alloys have been studied, searching better osseointegration for use in biomedical implants. Such properties of the material used as implants has shown direct influence on the quality of the bone-implant interface and a direct relationship with the roughness in nanometric and micrometric scale, porosity and wettability (surface energy) of the surface. In this context, studies associated to the electropolishing process of metal surfaces of titanium and its alloys have been developed to control the morphology of the surface by choice of the adequate experimental parameters to obtain surfaces with different textures. Therefore the present work aims evaluating the influence of operating parameters in the process of Ti-cp, electropolishing to obtain nanostructured surfaces with controlled morphology. The effect of DLC (Diamond Like Carbon) films electrodeposited was evaluated from an organic solution of Dimethylformamide (DMF) on the electropolished surface. The morphological characterization of electropolished surfaces and electropolished coated with DLC surfaces was made by atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and contact profilometry. Moreover, the surfaces obtained were characterized as wettability test (sessile drop test), electrochemical behaviour (monitoring the open circuit potential and potentiodynamic polarization curves) and wear (tribological test of type ball-on-plate). The DLC films were also characterized by Raman spectroscopy. The results showed the effect of operating parameters about control of morphology of the electropolished titanium surfaces. The obtaining of DLC films was favored in electropolished surfaces. The samples electropolished and coated with DLC showed open circuit potential less active compared to titanium without coating, at the same time, the presence of the oxide formed during the electropolishing process also contributes to the corrosion resistance increase. Wear tests shown that the electropolished sample with a DLC coating showed better wear resistance.

ALVES, E. R. Nanocompósitos de cerâmicas bioativas para aplicações biomédicas: síntese, caracterização e propriedades. 2011. 75 f. Dissertação (Mestrado em Ciência de Materiais) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-31T14:22:28Z No. of bitstreams: 1 2011_dis_eralves.pdf: 2669682 bytes, checksum: ce6f0351cac9cc7cbfcaba2ce44d8627 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-04-07T18:34:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_dis_eralves.pdf: 2669682 bytes, checksum: ce6f0351cac9cc7cbfcaba2ce44d8627 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-07T18:34:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_dis_eralves.pdf: 2669682 bytes, checksum: ce6f0351cac9cc7cbfcaba2ce44d8627 (MD5) Previous issue date: 2011-06-20 / Calcium phosphate nanocomposites can be very useful in traumatologic treatments, for the healing of traumatized bone structure, for bone regeneration and bone reconstruction. This work aimed at the production of nanocomposites where a bioceramic matrix is reinforced with nanocrystalline silica (SiO2) particles. The matrix was produced from bioceramic nanopowders (beta tricalcium phosphate, β-TCP) obtained by precipitation in aqueous solution. The nanocomposites were produced in the laboratory by adding nanometric silica particles to the nanometric β-TCP in proportions 15%, 35% e 50% by weight. The material was characterized by x-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and diametral compression testing of pressed disk samples. XRD results presented the characteristic peaks of β-TCP, which became less intense as the amount of silica particles increased. FTIR spectra allowed for the identification of groups present in the nanocomposites. SEM micrographs gave an idea of the microstructural of morphological aspects of the material, and showed that the surfaces consisted of a network of interconnected equiaxed particles. It was not possible to observe the dispersion of the silica particles. Diametral compression test results showed that the amount of silica influences the mechanical strength of the nanocomposite. / Os nanocompósitos a base de fosfatos de cálcio contribuem significativamente em tratamentos traumatológicos, na cicatrização da estrutura óssea traumatizada, na regeneração óssea e na reconstituição óssea. Este trabalho teve como objetivo a produção de nanocompósitos a partir de pós de biocerâmicas obtidas por precipitação em solução aquosa, reforçados com dióxido de silício (SiO2). Os nanocompósitos foram produzidos em laboratório com a adição de sílica nanométrica nas proporções de 15%, 35% e 50% em peso ao beta fosfato tricálcio nanométrico. As amostras foram caracterizadas por difração de raios-X, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDX) e ensaio de resistência mecânica por compressão diametral em amostras prensadas. Com os resultados de raios-X foi possível identificar os picos representativos do beta fosfato tricálcio e observar que a intensidade dos picos diminui com o aumento da porcentagem de sílica nos nanocompósitos. Na análise de FTIR foi possível identificar os grupos presentes nos nanocompósitos. Os resultados obtidos na análise de caracterização morfológica apresentaram uma superfície formada por partículas equiaxiais interligadas, e não foi possível verificar a dispersão das nanopartículas de sílica. Os ensaios de resistência à tração por compressão diametral nas diferentes composições de nanocompósitos mostraram que a porcentagem de sílica presente influencia na resistência mecânica do material.