Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-01-21T10:28:15Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-01-21T10:28:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A gelatina (GEL) é um biopolímero biodegradável e biocompatível que forma naturalmente coloides semissólidos ou hidrogéis em soluções aquosas. Sendo um polímero hidrofílico, a GEL possui propriedades estruturais e físico-mecânicas que a distinguem de polímeros hidrofílicos sintéticos. São essas características que inspiraram o desenvolvimento do presente trabalho. Para analisa-las foram desenvolvidos filmes e hidrogéis de GEL utilizando radiação ionizante mediante diferentes técnicas: irradiação por 60Co, feixe de elétrons (EB) e/ou EB pulsado. Na elaboração de filmes a base de GEL foram incorporados diferentes aditivos, tais como glicerol (GLY), álcool polivinílico (PVA), hidroxitolueno butilado (BHT), acrilamida e/ou fibra vegetal. Esse produto filmes a base de GEL foi analisado quanto às suas propriedades mecânicas, cor, absorção de água, entre outros; e irradiado com doses de 10 a 60 kGy, dependendo do aditivo. Na síntese radioinduzida de nano-hidrogéis de GEL, polietileno glicol (PEG) e a mistura (MIX) de ambos os aditivos, GEL e PEG, foram analisados a dimensão, massa molar e morfologia das nanopartículas. Houve aumento significativo da fração gel com o aumento da dose de radiação nas amostras de GEL/fibra. Os filmes a base de GEL com 10% PVA irradiados a 20 kGy apresentaram a maior resistência à perfuração. A adição de antioxidante BHT influenciou em algumas das propriedades dos filmes a base de GEL nas condições aplicadas. Em relação aos nano-hidrogéis houve redução do raio hidrodinâmico da MIX irradiada com 60Co de 68 ± 25 nm (2 kGy) para 35 ± 4 nm (5 kGy). Tanto nos filmes quanto nos nano-hidrogéis de GEL, a radiação mostrou ser uma ferramenta conveniente na modificação de materiais poliméricos. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-03-03T10:44:47Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-03-03T10:44:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Para a produção de compósitos multifuncionais crescente atenção tem sido dada a uma homogeneização eficaz de hidroxiapatitas em matrizes poliméricas, buscando uma sintonia fina da concentração entre polímeros biodegradáveis e biocerâmicas. Este trabalho dedicou-se a síntese, caracterização e estudo das propriedades biológicas do híbrido hidroxiapatita / poli(ε-aprolactona) estrela. A hidroxiapatita nanométrica (HAPN) foi revestida com o polímero biodegradável poli(ε -caprolactona) de topologia em estrela de três braços (PCLE). O uso de um polímero com topologia ramificada visa alterar algumas de suas propriedades mecânicas, a adesão interfacial à cerâmica, a sua viscosidade, o volume hidrodinâmico e sua cinética de degradação. O desempenho do híbrido HAPN/PCLE foi comparado com os materiais: HAP com partículas micrométricas (HAP-91 material comercial), o seu compósito revestido com PCLE (HAP-91/PCLE) e uma cerâmica nanométrica bifásica hidroxiapatita/β-TCP (HAP-8). Os materiais foram caracterizados por avaliações físico-químicas e biológicas realizadas por estudos de citotoxicidade, adsorção de proteínas, proliferação celular, atividade de fosfatase alcalina. A síntese de PCLE foi verificada por análise espectroscópica (espectroscopia no infravermelho-FTIR; ressonância magnética nuclear de prótons- 1H-RMN e carbono- 13C-RMN; a matriz assistida por desorção a laser / ionização; MALDI-TOF; e cromatografia de permeação em gel (GPC). O revestimento das biocerâmicas por PCLE foi confirmado por técnicas de microscopia eletrônica de transmissão (MET) e de varredura (MEV). Os compósitos mostraram uma melhor trababilidade em relação à cerâmica pura e são menos quebradiços, possivelmente devido à presença do PCLE na interface da biocerâmica. A análise de MEV e MET mostrou um aspecto de continuidade no contorno das partículas de cerâmica, em micro e nano-escala. Os compósitos apresentam comportamento não citototóxico e propiciaram um crescimento de células de mamíferos. A proliferação de células osteoblásticas (MG -63) foi significativamente mais elevada para o compósito HAPN/PCLE em comparação com outros biomateriais, sugerindo influência da área de superfície na adesão e proliferação de células. O estudo do ângulo de contato indicou que o revestimento com PCLE faz com que a superfície da biocerâmica seja mais hidrofóbica. O estudo com radioisótopos indicou que o revestimento da biocerâmica com PCLE altera significativamente a adsorção das proteínas do sangue fibrinogênio e albumina. O processo de regeneração do tecido ósseo foi estudado em condições in vivo com a implantação de pastilhas dos materiais estudados em tíbias de coelho. Os resultados mostraram que os compósitos podem ser utilizados como biomaterial, pois houve neoformação óssea ao redor dos implantes. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-12-10T17:29:01Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-12-10T17:29:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Biomateriais, cerâmicos ou metálicos, para emprego em tecido ósseo, são importantes ferramentas na medicina regenerativa com intuito de reparar, restaurar, restituir, sustentar, tratar e substituir tecido lesionado. A análise da resposta biológica aos biomateriais é um grande desafio, considerando os aspectos inerentes do tecido ósseo mineralizado e as características físicas dos biomateriais. A compreensão do comportamento celular envolvido nesse conjunto tem o intuito de desenvolver biomateriais mais aptos e adequados ao tecido ósseo o qual ele é destinado. O objetivo deste estudo foi avaliar a osteointegração de implantes cerâmicos e metálicos após ensaio in vivo, por meio de técnicas histoquímicas com colorações de Giemsa-Eosina (GE), Hematoxilina-Eosina (HE), Tricrômico de Masson-Goldner (MG), Tricrômico de Masson (TM), Tricrômico de Gomori (GO) e Picrossírus (PS), Azul de Toluidina (AT) além de técnicas imunohistoquímica (IHQ), lectina-histoquímica (LHQ) e marcadores fluorescentes. Implantes cerâmicos à base de fosfatos de cálcio: hidroxiapatita (HAp), β-fosfato tricálcico (β-TCP) e mistura dos dois (BCP) 1:1 em peso, foram produzidos por gelcasting de espuma e pela inovadora técnica da bola de neve. Os implantes à base de titânio comercialmente puro (Ticp) e da Liga Ti-13Nb-13Zr (Liga) foram produzidos por metalurgia do pó; sendo macroporosos, com a adição de diferentes polímeros naturais, ou microporosos, com elevadas densidades, submetidos a diferentes tratamentos de superfície. A avaliação da osteointegração foi realizada em tíbia de coelhos após períodos de reparação, em conjuntos osso-implante: não-descalcificados e descalcificados. Na análise histológica por microscopia óptica com colorações histoquímicas, os conjuntos apresentaram crescimento ósseo com osteointegração em todos os implantes. A análise por fluorescência mostrou as fases e áreas marcadas de acordo com o período de aplicação do marcador, indicando intenso remodelamento ósseo em todo o osso, o crescimento ósseo no interior dos poros e ao redor dos implantes para os marcadores tetraciclina e calceína. Com a análise de IHQ foram avaliados os marcadores para osteopontina (OP), osteonectina (ON) e osteocalcina (OC), e com LHQ foram avaliadas 5 lectinas. O melhor marcador por IHQ foi para OP, havendo correlação entre a marcação com WGA pela LHQ e OP pela IHQ. A técnica de LHQ foi bem sucedida em criar perfis de comparação entre os biomateriais. A maior marcação por RCA-1 para todos os implantes cerâmicos e metálicos, indicam que esta é um promissor marcador para diferenciação em estudos de osteointegração, bem como a marcação por sWGA e PNA nos implantes de Liga. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:10/20698-4

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T13:09:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sokei_CelsoRiyoitsi_D.pdf: 11316346 bytes, checksum: e932c9fcdcf157d83d6b6c0ab1189e49 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho foram estudados os efeitos de tratamentos térmicos de envelhecimento em temperaturas de 600 a 1200°C, por uma hora, e em temperaturas de 600 a 900oC, por 4 e 24 horas, após a deformação plástica a frio em 20%, por tração, na microestrutura e propriedades mecânicas do aço inoxidável austenítico ISO 5832-9, utilizado para a fabricação de implantes ortopédicos. Foram estudadas as propriedades mecânicas dureza Vickers e tenacidade obtida por meio do ensaio de impacto Charpy instrumentado. Após os ensaios de tenacidade, partes dos corpos de provas foram cortadas para preparação de amostras para análise metalográfica - por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microanálise por espectrometria de energia dispersiva (EDS) e difração de Raios-X - e as superfícies de fratura foram utilizadas para a análise fratográfica. Os corpos de provas para análise por microscopia eletrônica de transmissão foram preparados de barras de diâmetro de 3mm tratados por envelhecimento entre 600 e 900oC, por 24 horas. Os resultados mostraram que o material na condição como recebido, ou seja, na condição solubilizado, apresentou propriedades mecânicas dentro dos requisitos da norma ISO 5832-9. O material tratado nas temperaturas de 800 e 900°C apresentou diminuição da tenacidade à fratura em comparação ao material na condição como recebido. Essa diminuição foi atribuída à precipitação da fase Qui (?), que ocorreu mais intensamente nessas duas temperaturas. Após o envelhecimento, a condição que proporcionou níveis mais elevados de dureza e de tenacidade à fratura foi a envelhecida a 600ºC, pois, nesta temperatura a quantidade da fase ? é menor. As fases intermetálicas, como as fases Qui (?) e Z, puderam ser observadas por meio de microscopias óptica e eletrônica de varredura, sendo que a fase Z foi observada em todas as temperaturas de ensaio. Além disso, foram observados também nitretos de cromo, nas temperaturas de 600 a 900oC, e nitreto de cobre-nióbio e a fase Qui, a partir da temperatura de 700oC, por microscopia eletrônica de transmissão / Abstract: In this work was studied the effects of aging treatment carried out in temperatures from 600 to 1200°C, for 1 hour, and from 600 to 900oC, for 4 and 24 hours, after cold deformation of 20%, in tension, on the microstructure and mechanical properties of austenitic stainless steel ISO 5832-9, which main application is like biomaterial due to its biological and mechanical properties. Vickers hardness and fracture toughness measured by instrumented Charpy - have been used to determine the mechanical properties. After the fracture toughness testing, specimens have been used for metallographic studies carried by - optical microscopy, scanning electron microscopy, EDS microanalysis, and X-Ray diffraction - and fracture surface analysis. Samples of 3 mm in diameter, treated by aging between 600 and 900oC for 24 hours, have been used for transmission electron microscopy analysis. The results showed that as received condition (solubilized) has presented mechanical properties in accordance with the ISO 5832-9 standard. Age treatments in temperatures of 800 and 900°C have presented decrease of the fracture toughness in comparison to as received condition. This behaviour was attributed to the Chi phase (?) precipitation, that happened more intensely in these two temperatures. Comparatively, the best mechanical condition was aging at 600 ºC, because in this temperature the amount of the ? phase was smaller. The intermetallics phases such as ? and Z phase could be observed by optical microscopy, and Z phase have been observed in all samples. Besides, the transmission electronic microscope analysis showed the presence of chromium nitride at the temperatures from 600 to 900oC, niobium-chromium nitride and the Chi phase from 700oC / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Vitor Baranauskas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-08-09T14:59:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_AnaAmelia_M.pdf: 19209454 bytes, checksum: 1a2efefc090d27e2715b48aad097989d (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O desenvolvimento de novos materiais para a produção de implantes ortopédicos tem sido uma busca constante, devido principalmente ao aumento das aplicações clínicas e à necessidade de se alcançar maior durabilidade, diminuindo assim as cirurgias de revisão. O diamante CVD obtido por deposição química da fase vapor é um novo material com grande potencial de uso devido às suas excelentes propriedades físico-químicas. Dentre elas pode-se destacar a inércia química, extrema dureza e baixo coeficiente de atrito, características importantes para materiais que necessitam resistir ao desgaste e à corrosão produzida pelos fluídos do corpo humano. O objetivo deste estudo foi avaliar pela análise ¿in vitro¿ e ¿in vivo¿ a biocompatibilidade de tubos de diamante microcristalino e diamante nanocristalino produzidos pela deposição química de vapor em filamento quente (CVD). Palavras Chave: diamante CVD, biomateriais, implantes, próteses / Abstract: The development of new materials for orthopedic implants has been a quest due to the increasing number of clinical applications and necessity of achieving larger durability for lessening the need for revision surgeries. Diamond CVD (Chemical Vapour Deposition) is a new material with larger potential of future use due its excellent physico-chemical properties like for instance, high chemical inertness, extreme hardness and low friction coefficient. The aim of this study is to evaluate by ¿in vitro¿ and ¿in vivo¿ assays the biocompatibility of microcrystalline and nanocrystalline diamond self-sustaining tubes produced by hot-filament chemical vapor deposition (CVD). Key Words: chemical-vapor-deposited diamond, biomaterials, implants, prosthesis / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia, Raul Garcia Carrodeguas / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-15T14:41:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Motisuke_Mariana_D.pdf: 16445878 bytes, checksum: 24051dcb16ae3df67a3a90e36fb1c391 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A necessidade de novos biomateriais que permitem considerável melhora na qualidade de vida de pessoas que sofrem de doenças relacionadas à velhice ou que apresentam algum tipo de lesão no tecido ósseo advindas de acidentes ou doenças como a obesidade e o câncer tem despertado o interesse dos pesquisadores. Neste contexto, o desenvolvimento de novos biomateriais para a ortopedia baseados nos fosfatos de cálcio é relevante uma vez que estes apresentam excelente biocompatibilidae e bioatividade devido à sua composição química semelhante à fase mineral de ossos e dentes. A substituição por silicato de alguns grupos fosfatos é, hoje em dia, uma área muito promissora no desenvolvimento de fosfatos de cálcio uma vez que a presença deste elemento pode aumentar a bioatividade e estimular a diferenciação das células aderidas à superfície dos substitutos ósseos. Dentre estes materiais, o que recebe grande destaque é o Si-a-TCP, que se utilizado como cimento ósseo promete resultados interessantes. Além disso, o silício atua como um elemento estabilizante da fase a, tornando possível a sua formação em temperaturas mais baixas que as normalmente empregadas e, por isso, reduzindo os custos de sua síntese. Assim, o principal objetivo deste trabalho é investigar a influência do Si nas propriedades químicas, físicas, mecânicas, de biocompatibilidade e de bioatividade do cimento de a-TCP. No entanto, a síntese do a-TCP puro não é uma tarefa simples, uma vez que muitas condições de processo podem alterar suas propriedades finais ou, ainda, inibir a sua formação. O fator de maior influência é a qualidade dos reagentes de partida, que pode impossibilitar a formação de a-TCP em temperaturas tão altas como 1600°C, comprometendo a reprodutibilidade de seu processamento. Portanto, em conjunto com o desenvolvimento do Si-a-TCP, foram sintetizados reagentes com elevado teor de pureza, ou seja, livres da principal impureza que interfere na síntese do a-TCP, o magnésio. Este elemento é um famoso estabilizante da fase ß e eleva a temperatura de transição de fase ß??a para até 1500ºC. Verificou-se que a padronização das propriedades dos reagentes de partida garantiu a reprodutibilidade do processo de fabricação do a-TCP. Porém, observou-se que o Si reduz em quase quatro vezes a reatividade do a-TCP uma vez que por estabilizar a fase a, torna o material menos solúvel. Além disso, devido a esta baixa reatividade do pó com silício a resistência mecânica do cimento ósseo nos primeiros instantes de cura foi extremamente baixa (0,81 ± 0,25 MPa). Mesmo assim, alcançou valores similares ao cimento sem silício (18 MPa para o a-TCP e 15 MPa para o Si-a-TCP) após 168 horas de cura. Por outro lado, a biocompatibilidade e a formação de uma camada de apatita na superfície dos cimentos após ensaio em Fluido Corpóreo Simulado demonstram que o silício interfere positivamente nos processos de regeneração óssea. Foi possível desenvolver um novo cimento ósseo baseado no Si-a-TCP obtido a partir de reagentes sintetizados em laboratório que garantiram uma considerável redução de custos de síntese e um elevado teor de pureza. A produção dos precursores CaCO3, CaHPO4 e CaSiO3 em laboratório foi a etapa mais significante para a redução de custos uma vez que a baixa quantidade de impurezas presentes é responsável pela menor temperatura de síntese necessária (1200°C para o Si-a-TCP e 1300°C para o a-TCP) e o consequente aumento na facilidade de processamento (moagem) e na bioatividade em FCS do cimento ósseo. Os resultados obtidos neste trabalho demonstram que foi desenvolvida tecnologia nacional para a produção de um cimento ósseo com potencial de aplicação clínica e que será mais acessível à população brasileira. / Abstract: The need for new biomaterials which could improve life quality of people who suffer from oldness diseases or who have any bone tissue injury due to accidents and diseases like obesity and cancer are resulting in a growing number of researches. In this context, the development of new orthopedics biomaterials based on calcium phosphates compounds is relevant once they present excellent bioactivity and biocompatibility due to its chemical composition similar to the mineral part of bone and teeth. Silicon substitution into some phosphorous sites of calcium phosphate bioceramics is a promising field on the development of new biomaterials for orthopedics applications due to the increased bioactivity and cell differentiation on the material's surface which could be promoted by the presence of this element. In this manner, Si-a-TCP is receiving huge efforts since its employment as bone cement could be of great interest. Moreover, silicon is known to stabilize the a-TCP structure and to promote its formation at lower temperatures leading to a cost reduction of its processing. Thus, the major objective of this study is to investigate the influence of Si on the chemical, physical, mechanical, biocompatible and bioactive properties of the calcium phosphate cement once there is a lack of publication regarding this material. On the other hand, the synthesis of a pure a-tricalcium phosphate is not an easy task since all process conditions can change its final properties, or even inhibit its formation. The most limiting factor is the quality of the starting reagents which may preclude the formation of a-TCP at temperatures as high as 1600° C. Therefore, the reproducibility of a-TCP synthesis becomes very difficult and, in some cases, impossible. In this context, and together with the development of Si-a-TCP, high purity reagents were synthesized to eliminate the most important impurity which is an established stabilizer element of ß-TCP, magnesium. It has been discovered that the standardization of the reagents properties guaranteed the reproducibility of a-TCP manufacturing process. Nevertheless, it was also observed that Si has a strong influence on the setting reaction of the cement by reducing by almost four times the TCP reactivity once this element stabilizes the a-TCP structure and the final material is less soluble. As a result, the mechanical strength of the cement at initial times was extremely low (0,81 ± 0,25 MPa) even though it has achieved similar values to the cement without silicon after 168 hours of setting (18 MPa for a-TCP e 15 MPa for Si-a-TCP). Nonetheless, the biocompatibility after in vivo study and the precipitation of an apatite layer after SBF immersion lead to the conclusion that Si has a positive interference on the bone regeneration process. It was possible to develop a new calcium phosphate cement based on Si-a-TCP obtained from laboratory synthesized reagents which lead to a considerable reduction on the production costs and in a high purity level of the final material. The synthesis of CaCO3, CaHPO4 and CaSiO3 with low contents of impurities was the most significant step to cost reduction due to the lower temperatures needed to synthesize Si-a-TCP (1200°C) and a-TCP (1300°C), the enhanced facility on milling and the improved bone cement bioactivity in Simulated Body Fluid. National technology was developed in order to guarantee the production of a bone cement which has a huge potential to clinical application and, certainly, it will be more accessible to Brazilian people. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Nelson Eduardo Duran Caballero / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-15T20:41:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lemes_AnaPaula_D.pdf: 6763336 bytes, checksum: afc8ad12883dd3f1af509e8d8d714b8e (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esse trabalho avaliou o efeito da adição de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTC) nas propriedades térmicas e mecânica, morfologia e hidrofobicidade do poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato), o PHBV. A adição de nanotubos de carbono poderia implicar em melhora das propriedades do PHBV, um poliéster natural que devido à sua biodegradabilidade e biocompatibilidade possui um grande potencial de aplicação. Assim, nanocompósitos de PHBV/NTC foram produzidos por mistura em solução, seguida de evaporação do solvente. Na produção dos PHBV/NTC, avaliou-se a utilização de banho de ultrassom, processador ultrassônico e a funcionalização dos NTC por reações de oxidação. Primeiramente, foi realizada a caracterização e a funcionalização dos NTC por dois métodos: oxidação com ácido nítrico (HNO3) e oxidação com peróxido de hidrogênio (H2O2), variando-se o tempo de reação. Após oxidação, os NTC foram abreviados como NTCOOH e caracterizados quanto à presença de grupos funcionais em sua superfície e danos causados em sua estrutura. Os NTCOOH obtidos na oxidação com HNO3 mostraram uma maior estabilidade térmica em comparação àqueles obtidos na oxidação com H2O2. A produção de carbono amorfo variou em função do tempo de oxidação para HNO3 e permaneceu constante para H2O2. Não foi verificada diferença significativa na quantificação de hidroxilas, carbonilas e carboxilas na superfície dos NTCOOH. A oxidação com HNO3 3 mol L por 12 horas mostrou-se mais apropriada para a produção dos nanocompósitos de PHBV/NTCOOH. Posteriormente, nanocompósitos de PHBV/NTC e PHBV/NTCOOH com 0,05 % (m/m) de NTC e de NTCOOH, respectivamente, foram produzidos utilizando banho de ultrassom. As análises de DSC mostraram que os NTC e NTCOOH agem como agentes nucleantes no processo de cristalização do PHBV e que o PHBV/NTC e PHBV/NTCOOH possuem o mesmo comportamento térmico. As micrografias de SEM mostraram uma boa adesão interfacial dos NTC e NTCOOH com a matriz de PHBV, e a formação de aglomerados menores no caso dos PHBV/NTCOOH, indicando que a oxidação dos NTC melhorou sua dispersão na matriz de PHBV. Finalmente, nanocompósitos de PHBV/NTC contendo 0,05, 0,50, 1,00, 1,50 e 2,00 % (m/m) de NTC e PHBV/NTCOOH 2,00 % (m/m) foram produzidos, utilizando processador ultrassônico para a dispersão dos NTC. Verificou-se que o efeito nucleante do NTC foi proporcional ao aumento de sua concentração nos PHBV/NTC e que o pequeno aumento de estabilidade térmica (~7 ºC) verificada não variou com a concentração de NTC. A utilização do processador ultrassônico melhorou acentuadamente a dispersão dos NTC nos nanocompósitos e a hidrofobicidade das superfícies dos PHBV/NTC aumentou em função da concentração de NTC. O nanocompósito de PHBV/NTC 1,50 % (m/m) apresentou os melhores resultados nos ensaios mecânicos de tração, com aumento de 48 % no módulo de elasticidade, 49 % na tensão na força máxima e menor perda de alongamento (37 %) em comparação ao PHBV puro. Essas melhorias não foram verificadas para o PHBV/NTC 2,00 % (m/m), mas foram verificadas para PHBV/NTCOOH 2,00 % (m/m), indicando que a oxidação dos NTC permitiu a obtenção de boas propriedades mecânicas para maiores concentrações de NTC. Um resultado muito importante desse trabalho foi a sua baixa adesão a coágulos sanguíneos (baixa Trombogenicidade) verificada para o PHBV/NTC, o que amplia a possibilidade de aplicação desses nanocompósitos na área médica / Abstract: This work has evaluated the effect of addition of multi walled carbon nanotubes (NTC) in the thermal and mechanical properties, morphology and hydrophobicity of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate), the PHBV. The addition of carbon nanotubes could result in an improvement of PHBV properties, a natural polyester that due to its biodegradability and biocompatibility has an important application potential. Thus, nanocomposites of PHBV/NTC were produced by solution mixing, and then solvent casting. In the production of PHBV/NTC, we have evaluated the use of ultrasonic bath, ultrasonic processor and the functionalization of NTC by oxidation reactions, in the NTC dispersion in the PHBV matrix. First, we have performed the NTC characterization and functionalization by two methods: oxidation with nitric acid (HNO3) and oxidation with hydrogen peroxide (H2O2), at different reaction times. After oxidation, NTC (abbreviated as NTCOOH) were characterized for the presence of functional groups on their surface and the damage of their structure. The NTCOOH obtained from oxidation with HNO3 showed a higher thermal stability compared to those obtained in the H2O2 oxidation. The amorphous carbon production varied with the oxidation time to HNO3 and remained constant for H2O2. There was no significant difference in the quantification of hydroxyl, carbonyl and carboxyl groups on the surface of NTCOOH. The oxidation with HNO3 3 mol L for 12 hours was more suitable for the production of nanocomposites PHBV/NTCOOH. Subsequently, nanocompósitos of PHBV/NTC and PHBV/NTCOOH were produced using ultrasonic bath with 0.05 % (m/m) of NTC and NTCOOH, respectively. The DSC analysis showed that the NTC and NTCOOH act as nucleating agents and that the PHBV/NTC and PHBV/NTCOOH have the same thermal behavior. The SEM micrographs showed a good interfacial adhesion between the NTC and NTCOOH with PHBV matrix, and the formation of smaller agglomerates in the case of PHBV/NTCOOH indicated that oxidation of NTC improved their dispersion in the PHBV matrix. Finally, nanocomposites PHBV/NTC with 0.05, 0.50, 1.00, 1.50 and 2.00 % (m/m) of NTC and PHBV/NTCOOH with 2.00 % (w/w) were produced using ultrasonic processor for the NTC dispersion. It was found that the nucleating effect of NTC was proportional to increase of its concentration in the PHBV/NTC and the small increase observed in the thermal stability (~7°C) did not depended on the concentration of NTC. The use of ultrasonic processor greatly improved the dispersion of NTC in the nanocomposites and the hydrophobicity of the PHBV/NTC increases with increasing concentration of NTC. The nanocomposite of PHBV/NTC 1.50 % (w/w) showed the best results in tensile test, with 48 % increase in elastic modulus of, 49 % in maximum tensile strength and smaller decrease on elongation (37 %) compared to the pure PHBV. These improvements were not observed for PHBV/NTC 2.00 % (m/m) but were observed for PHBV/NTCOOH 2.00 % (m/m), indicating that oxidation of NTC allowed to obtain better mechanical properties for higher concentrations of NTC. A very important result in this work was the low adherence to blood clots (low thrombogenicity) verified for the PHBV/NTC 2.00 % (w/w), which extends the application of these nanocomposites in the medical field / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Orientador: Ângela Maria Moraes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T01:46:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bueno_CeciliaZorzi_M.pdf: 3065780 bytes, checksum: 051c879f446726b22022fb1e6230150c (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A quitosana e o alginato são polissacarídeos atóxicos e biocompatíveis, além de apresentarem propriedades cicatrizantes. Tais características fazem com que esses compostos sejam muito apropriados para a confecção de curativos para o tratamento de lesões de pele. O foco do presente trabalho foi melhorar as propriedades de membranas de quitosana-alginato, preparadas pela produção controlada de agregados poliméricos. Inicialmente, fez-se um aumento de escala do processo com o objetivo de acelerar a produção das membranas. Nesta etapa foi analisada a influência das condições de operação sobre as propriedades do produto final. Em uma segunda etapa, testou-se a reticulação covalente das membranas com glutaraldeído. Na terceira etapa, foram avaliadas diferentes condições de reticulação iônica com CaCl2 e (NH4)2SO4, na tentativa de encontrar as concentrações de reticulantes ótimas, que resultassem em membranas com melhores propriedades mecânicas. Foi realizada também a inclusão dos surfatantes biocompatíveis Tween 80, Span 80 e Pluronic F68 na formulação do material, para tentar melhorar a distribuição das cadeias poliméricas e, consequentemente, as propriedades mecânicas. O aumento de escala levou a membranas com resistência à tração de 10,97MPa, alongamento na ruptura de 2,80%, absorção de água em 24 h de 5,67g/g e perda de massa em água após 1 semana de 6,84%. A reticulação com glutaraldeído não resultou em membranas satisfatórias, sendo estas muito quebradiças e de coloração amarelo escura. Quanto ao estudo de diferentes condições de reticulação iônica, as membranas referentes às concentrações de CaCl2 a 0,05M e (NH4)2SO4 a 0,05M, foram as que apresentaram propriedades mais adequadas, sendo sua resistência à tração de 19,43MPa, alongamento na ruptura de 3,17%, absorção de água de 5,28g/g e perda de massa em água de 4,56%. As membranas preparadas na presença de Tween 80 ou Pluronic F68 apresentaram aspecto bastante poroso e seção transversal lamelar, enquanto que o Span 80 não resultou em membranas de aspecto e maleabilidade satisfatórios. Observou-se para as membranas preparadas na presença de Tween 80 e Pluronic F68 resistência à tração de 1,54MPa e 0,98MPa, porcentagem de alongamento na ruptura de 2,06% e 1,96%, capacidade de absorção de água de 13,67g/g e 13,83g/g e perda de massa de 31,38% e 30,47%, respectivamente. As propriedades mecânicas destas membranas, inferiores às esperadas, permitiram verificar que a adição de surfatantes foi benéfica apenas do ponto de vista da distribuição polimérica do sistema. Porém, membranas porosas puderam ser obtidas por meio de um método de baixo custo e inédito na literatura, com potencial de aplicação extensível a outras áreas além da de curativos. / Abstract: Chitosan and alginate are non-toxic and biocompatible polysaccharides, which have healing properties. Such characteristics make these compounds very appropriate for the production of wound dressings. The focus of this work was to improve the properties of chitosan-alginate membranes prepared by the controlled production of polymeric aggregates. Initially, the process was scaled-up, aiming at accelerating membranes production. The influence of operational conditions on the final product properties was analysed. In a second step, the membranes were covalently crosslinked with glutaraldehyde. In a third step, different ionic crosslinking conditions with CaCl2 and (NH4)2SO4 were evaluated to find the optimal concentrations of crosslinking solutions, which might lead to more resistant membranes. Another used approach was the inclusion of the biocompatible surfactants, Tween 80, Span 80 and Pluronic F68, in the formulation of the membranes, with the purpose of improving the polymeric chains distribution in the system, which could, consequently, improve the mechanical properties of the membranes. The process scale-up led to membranes with tensile strength of 10.97MPa, elongation at break of 2.80%, water uptake after 24h of 5.67g/g and mass loss in water after 1 week of 6.84%. Crosslinking with glutaraldehyde resulted in very fragile and yellow dark membranes, which were not considered satisfactory. Membranes crosslinked with 0.05M CaCl2 and 0.05M (NH4)2SO4 presented better properties than the ones produced in the other conditions, having tensile strength of 19.43MPa, elongation at break of 3.17%, water uptake of 5.28g/g and mass loss in water of 4.56%. The membranes prepared with Tween 80 or Pluronic F68 had a very porous aspect and a lamellar cross-section, while membranes prepared with Span 80 were not considered satisfactory regarding its aspect and malleability. The properties of the membranes prepared with Tween 80 and Pluronic F68 were tensile strength of 1.54MPa and 0.98MPa, elongation at break of 2.06% and 1.96%, water uptake of 13.67g/g and and 13.83g/g and mass loss in water of 31.38% and 30.47%, respectively. The mechanical properties of these membranes were inferior to expected, leading to the conclusion that the use of surfactants improved only the polymeric distribution of the system. Despite that, porous membranes were obtained by a low cost and inedit method, having potential applications as wound dressings, as well as in other areas. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química

O objetivo do presente estudo foi comparar a eficácia da implantação de biomateriais porosos na neoformação óssea e reparo de defeitos cervicais mandibulares em cães, com ou sem a técnica de regeneração óssea guiada (ROG). Bio-Oss Block® (BB), Bio-Oss Collagen® (BC), Bio-Oss® em grânulos (BG), osso autógeno (Ab) e coágulo (Cg) foram utilizados nas mesmas situações experimentais. Para o grupo com membrana foi utilizado o BioGide®. Doze cães foram submetidos a extrações dos pré-molares e primeiros molares mandibulares bilateralmente. Quatro meses após cinco defeitos ósseos (6 mm de diâmetro/4 mm de profundidade) foram confeccionados em um lado. Implantes de 3,3 x 10 mm foram instalados na mesial de cada defeito, proporcionando um \"gap\" distal de 2,7 mm. Os defeitos foram aleatoriamente preenchidos com Ab, Cg, BB, BC e BG. Os mesmos procedimentos foram executados no lado oposto após oito semanas. A membrana foi utilizada para recobrir os defeitos em metade dos lados. Os animais foram sacrificados após oito semanas. A estabilidade dos implantes foi aferida pelo Osstell Mentor®, na instalação do implante e no sacrifício. Os espécimes (n=60, sendo 3 de cada grupo) foram escaneados em micro-tomógrafo Skyscan® 1172. Após aquisição das imagens, o volume de interesse de 3,0 x 6,0 x 4,0 mm foi estabelecido e os parâmetros relativos à formação óssea foram avaliados. Todos os biomateriais foram escaneados in vitro para avaliação da porosidade. Utilizando a técnica de cortes por desgaste, lâminas histológicas foram confeccionadas para a avaliação histológica e histométrica de cada espécimen. As análises histométricas revelaram que o BC apresentou formação óssea semelhante ao Ab em 8 semanas sem BGd. O Cg mostrou a maior formação óssea entre os tratamentos testados em 16 semanas com BGd, e foi superior ao BB e BG em 8 semanas sem BGd (p<0,05). O BB exibiu pior formação óssea entre os tratamentos (8 e 16 semanas, com ou sem membrana). O BC obteve o melhor desempenho dentre os biomateriais. Todos os biomateriais foram parcialmente reabsorvidos de 8 a 16 semanas, no entanto, o BB foi encontrado em maior quantidade em comparação com os demais biomateriais (p<0,05). Em relação à análise da crista alveolar, o BB apresentou a menor reabsorção entre os tratamentos, com e sem BGd a 8 e 16 semanas (p<0,05). A aplicação da BGd proporcionou maior ISQ em 16 semanas, independentemente do material testado (p<0,05). A análise micro-tomográfica mostrou que quando a BGd não foi utilizada, o BG proporcionou a maior quantidade de osso no interior do defeito, seguido pelo BC (p<0,05). Quando o defeito foi coberto com BGd, o Ab rendeu superior formação óssea (p>0,05). A análise de superfície óssea mostrou valores aumentados em sítios tratados com BG, seguido por BC em 8 semanas sem BGd, e Ab em 8 semanas com BGd (p<0,05). O BC apresentou superfície/volume ósseo superior a 8 (com e sem BGd) e 16 semanas com BGd (p<0,05). O BB apresentou os menores valores em 16 semanas (sem BGd). O Cg em 16 semanas (com BGd) foi o pior entre os tratamentos aplicados (p<0,05). Em relação à espessura trabecular, Ab e BB apresentaram respectivamente valores maior e menor (p<0,05), independente do tempo experimental avaliado ou uso de membrana. A análise da porosidade dos biomateriais revelou que o BG apresentou maiores números, volume e superfície de poros fechados. O BB apresentou maiores valores de volume de poros abertos, porosidade aberta e porosidade total em comparação com os outros materiais. Conclui-se que a implantação de bloco de alta porosidade (BB) falhou em proporcionar maior reparo ósseo no interior do defeito e foi o tratamento que mais reduziu a reabsorção da crista óssea alveolar distal. Biomateriais com menor porosidade (BC e BG) apresentaram superior ou semelhante formação óssea e estabilidade dos implantes em comparação ao osso autógeno. A utilização da técnica de ROG melhorou o padrão de formação óssea em todos os tratamentos e períodos testados e reduziu a presença de tecido mole no interior do defeito. Uma relação inversa entre a porosidade dos biomateriais e a formação óssea in vivo foi observada no modelo experimental adotado. / The aim of this study was to compare the effectiveness of porous biomaterials in bone formation and repair of cervical mandibular defects in dogs, with or without Guided Bone Regeneration (GBR) technique. Bio-Oss Block® (BB), Bio-Oss Collagen® (BC), Bio-Oss® in granules (BG), autogenous bone (Ab) and coagulum (Cg) were used under the same experimental conditions. For the membrane group, BioGide® was used. Twelve dogs underwent bilateral extractions of mandibular premolars and first molars. After four months five bone defects (6 mm long / 4 mm deep) were prepared at one side. Implants of 3.3 x 10 mm were installed on each of mesial defect, providing a distal gap of 2.7 mm. The defects were randomly filled with Ab, Cg, BB, BC and BG. The same procedures were performed in the opposite side after eight weeks. A membrane was used to cover the defects in half of the sides. Animals were sacrificed after eight weeks. Implant stability was measured by Osstell Mentor®, at implant installation and sacrifice. The specimens (n=60, 3 in each group) were scanned in Skyscan® 1172 micro-CT scanner. A volume of interest of 3.0 x 6.0 x 4.0 mm was established and the parameters related to bone formation were evaluated. All used biomaterials were also scanned for in vitro porosity evaluation. Using Exakt® system, ground section of each specimen were prepared for histological and histometric assessment. Histometric analysis revealed that BC presented similar bone formation to Ab in 8 weeks without BGd. Cg showed greater bone formation between treatments at 16 weeks with BGd, and was superior to BG and BB at 8 weeks without BGd (p<0.05). BB exhibited worse bone formation within treatments (8 and 16 weeks, with or without membrane). BC had the best performance among biomaterials. All biomaterials were partially resorbed from 8 to 16 weeks. However, BB was found in greater amounts in comparison with other biomaterials (p<0.05). Regarding the alveolar crest analysis, BB had the lowest resorption between treatments with and without BGd at 8 and 16 weeks (p<0,05). The BGd use promoted higher final ISQ values at 16 weeks, regardless the tested treatment (p<0.05). Micro-CT analysis showed that when BGd was not used, BG yielded the highest amount of bone within the defect, followed by BC (p<0.05). When the defect was covered with BGd, Ab yielded higher bone formation (p>0.05). Bone surface area analysis showed that increased values in sites treated with BG, followed by BC without BGd at 8 weeks, and Ab at 8 weeks with BGd (p<0.05). The BC presented greater Bone Surface Area/Bone volume at 8 (with and without BGd) and 16 weeks with BGd (p<0.05). BB had the lowest values at 16 weeks (without BGd). Cg presented the worst performance among treatments at 16 weeks (with BGd) (p<0.05). Regarding the Trabecular Thickness, Ab and BB showed the highest and lowest values, respectively (p<0.05), regardless of the time point or membrane use. In biomaterials porosity analysis, BG showed higher numbers, volume, and surface area of closed pores. BB had the highest volume of open pores, open porosity and total porosity compared with the other treatments. It can be concluded the use of a high porosity block (BB) failed to provide greater bone formation within the defect area and it was the treatment that better reduced distal alveolar crest resorption. Biomaterials with lower porosity (BC and BG) showed higher or similar bone formation and implant stability if compared to autogenous bone. The appliance of BGd improved bone formation in all treatments and tested periods and reduced soft tissue presence within the defect. An inverse relationship between biomaterials\' in vitro porosity and in vivo bone formation was observed in the experimental model used.

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The hemostatic contact effects of chitosan and hydrolyzed collagen sponges were evaluated through its mechanical compression on hemorrhagic lesions, while the effects of his implants were observed from the incorporation of fragments of those sponges in liver failures. Gauze sponges were used as control for contact study. For the implants evaluation, liver segments removed to produce hepatic injury were used as controls. Average hemostasis times for chitosan and collagen treatments were 49 seconds, and one minute and 28 seconds for gauze treatments. Grossly, omental adhesions were observed on the implants and faster integration of collagen sponge at receiver tissue. Microscopic evaluation showed inflammatory reaction to both implanted materials and collagen synthesis stimulation. Average percentage of collagen from hepatic recipients segments of the chitosan-alginate sponge implant, and collagen hydrolyzate sponge implant increased significantly between 7 and 14 days postoperatively, pointing to a stimulating effect exerted by chitosan sponges for tissue repair. In conclusion, chitosan sponges have hemostatic action and stimulating effect on the synthesis of hepatic collagen fibers. / A quitosana é um polissacarídeo amino derivado da quitina. Constitui a maior parte dos exoesqueletos dos insetos, crustáceos e parede celular de fungos, sendo um produto natural, de baixo custo, renovável e biodegradável. Características como biocompatibilidade e biodegradabilidade possibilitam diversas utilizações deste biomaterial na área da saúde. Com o presente estudo objetivou-se avaliar o efeito hemostático ao contato e a reação tecidual ao implante de esponja de quitosana-alginato em lesão hepática em camundongos (linhagem Swiss) saudáveis, comparando-os aos de esponjas de colágeno hidrolisado liofilizadas. As lesões foram induzidas cirurgicamente. O acesso à cavidade abdominal foi feito por meio de incisão longitudinal mediana pré-retro-umbilical, seguida de localização e exposição do lobo hepático esquerdo. O defeito hepático foi realizado por incisão circular através da cápsula hepática com punch dermatológico de 5,0mm, centralizado na região exposta do lobo esquerdo. Os efeitos hemostáticos de contato das esponjas de quitosana e colágeno hidrolisado foram avaliados por meio de sua compressão sobre as lesões hemorrágicas, enquanto os efeitos de seu implante foram observados a partir da incorporação de fragmentos das referidas esponjas nos defeitos hepáticos produzidos. Esponjas de gaze foram usadas como controle para o estudo de contato. Para a avaliação dos implantes, os segmentos hepáticos retirados para a produção da falha hepática foram utilizados como controles. Os tempos médios para hemostasia nos tratamentos com quitosana e colágeno foram de 49 segundos e, nos tratamentos com gaze, um minuto e 28 segundos. À macroscopia observaram-se aderências omentais sobre os implantes e integração mais rápida da esponja de colágeno ao tecido receptor. A avaliação microscópica evidenciou reação inflamatória aos dois materiais implantados e estímulo à síntese de colágeno. A percentagem média de colágeno dos segmentos hepáticos receptores dos implantes de esponja de quitosana-alginato e de esponja de colágeno hidrolisado apresentou elevação significativa entre 7 e 14 dias pós-operatórios, permitindo inferir efeito estimulante exercido pelas esponjas de quitosana sobre a reparação tissular. Concluiu-se que esponjas de quitosana apresentam ação hemostática e efeito estimulante sobre a síntese de fibras colágenas hepáticas.