Este trabalho apresenta o desenvolvimento de corpos cerâmicos compostos bioativos com estrutura de gradiente funcional destinado à fabricação de componentes de implantes médicos. Na obtenção do compósito utilizou-se a alumina (\'AL IND.2\'\'O IND.3\') como base, a hidroxiapatita (HA) e o biovidro como componentes bioativos e a sacarose na obtenção da porosidade desejada. No desenvolvimento e na manufatura do material os métodos de processamento e os materiais utilizados foram selecionados de forma a atender as características desejadas para os componentes de implantes, ou seja, precisão dimensional, confiabilidade mecânica, desempenho em serviço, repetibilidade e custo aceitável. Como resultado, obteve-se um material estrutural com gradiente funcional de dupla camada. A dupla camada é composta de uma camada densa que confere a resistência mecânica desejada ao componente e a camada porosa promove a interação com os tecidos biológicos. A interação foi obtida com a infiltração de hidroxiapatita e biovidro na camada porosa. Ensaios mecânicos foram realizados para verificar a influência dos poros, da hidroxiapatita e do biovidro sobre a resistência mecânica do compósito. Foram executadas análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectrometria de energia dispersiva de raios-X (EDS) para observação da estrutura porosa, morfologia, distribuição e comunicação dos poros, e a eficiência da infiltração da hidroxiapatita e do biovidro. / This work shows the development of bioactive composite ceramic body with functional gradient structure to use in medical implant components. The used materials were, alumina (\'AL IND.2\'\'O IND.3\') as a base material, hydroxyapatite (HA) and bioglass that were the bioactive components and sucrose used for obtaining pores. In the development and manufacture of the bioactive composite, the processing method and the materials were selected so that the dimensional characteristics, performance and repetition of production of the pieces present to the components specified characteristics with reliability and acceptable cost. The developed structure possesses a dense layer, which gives the mechanical resistance and a porous layer to have a biological interaction between the component and the tissue. Hydroxyapatite and bioglass were added in the porous layer to improve that interaction and mechanical tests were made in order to check if the pores, hydroxyapatite and bioglass, interferes the mechanical resistance of the components. Scanning eletronic microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis were made to observe the porous structure and performance of the filtration of hidroxyapatite and bioglass.

A pesquisa e o desenvolvimento de materiais com gradiente funcional (FGM) têm recebido muita atenção nos últimos anos, na tentativa de explorar as variações de propriedades dos materiais em função da posição, baseadas nas diferenças de composição química, microestrutura ou ordenação atômica. Neste trabalho é mostrado o desenvolvimento da técnica de obtenção do FGM no sistema alumina - cromito de lantânio (Al2O3 - LaCrO3), para aplicação como materiais absorvedores de radiação eletromagnética (MARE) em altas temperaturas (acima de 1500 C). Para tanto, foi necessário aprimorar a técnica de obtenção do LaCrO3 via reação no estado sólido e aperfeiçoar o processamento cerâmico para obtenção do compósito. A fase LaCrO3 foi sintetizada a partir da mistura dos óxidos La2O3 e Cr2O3, na proporção estequiométrica 1:1 (mol). Os parâmetros de processamento foram otimizados em função das fases cristalinas obtidas e caracterizadas por difração de raios X. Para obtenção da análise semi-quantitativa das fases foi utilizado o método de Rietveld. As temperaturas de reação e de formação da fase cristalina intermediária (La2CrO6) até a formação da fase LaCrO3 foram determinadas por meio de análise térmica diferencial (ATD) e análise termogravimétrica (ATG). A Al2O3 utilizada como matriz do FGM foi utilizada tanto na fase pura como dopada com 10% de vidro de lantânio. Na fabricação do FGM foram preparadas composições utilizando-se as fases Al2O3 e LaCrO3, variando-se as proporções entre as duas fases nas diversas camadas do compósito. Na tentativa de inibir a formação da fase LaAl11O18, o compósito FGM foi sinterizado com adições de vidro de lantânio (10%) na matriz de Al2O3. O FGM foi conformado com a utilização das técnicas de prensagem uniaxial (80 MPa) e prensagem isostática a frio (300 MPa) e sinterizadas ao ar entre 1500 e 1650 C. A microestrutura e a integridade da interface entre as camadas do FGM foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O LaCrO3 foi obtido com 99,7% de pureza e 0,3 % de CrO não reagido. Na sinterização do FGM foi observada a reação entre a Al2O3 e o LaCrO3 com a formação da fase LaAl11O18 na forma de placas interligadas. Com a presença da fase vítrea na matriz de Al2O3 a reação da fase LaAl11O18 foi inibida parcialmente. Nas interfaces do FGM não foram observadas descontinuidades.

Neste trabalho foi feita uma análise das reações entre titânio e hidroxiapatita, processados por metalurgia do pó. A sinterização simultânea da mistura mostrou que os elementos titânio e cálcio são bastante reativos formando várias fases identificadas por difração de raios-X. A hidroxiapatita decompõe-se em outros fosfatos de cálcio de pouca cristalinidade, e o cálcio liberado reage formando titanato de cálcio (CaTiO3). Estas fases são desfavoráveis à obtenção do compósito por sua solubilidade ser maior que a dos materiais empregados. Outra fase encontrada foi fosfato de titânio presente em temperaturas elevadas como nas amostras sinterizadas a 1100C. As amostras sinterizadas da mistura Ti/HA revelam a dificuldade em obter um compósito, o que também é observado na literatura. O objetivo do trabalho foi evitar a decomposição da hidroxiapatita, e desta maneira, a formação de fases indesejáveis que comprometam a obtenção do compósito Ti/HA. O recurso inovador deste trabalho é a aplicação do fosfato de titânio, que foi obtido por reação de precipitação e modificado com íons de magnésio e cálcio. O precursor deste fosfato é o hidrogeno fosfato de titânio, um trocador iônico que, devido a sua estabilidade química e configuração estrutural, possibilitou a introdução destes íons a sua estrutura sem se alterar. Os resultados mostraram que o fosfato de titânio com magnésio aplicado como interface entre o titânio e a hidroxiapatita evita a decomposição da hidroxiapatita. Assim obteve-se o compósito sinterizado de matriz de titânio com cobertura cerâmica nas temperaturas de 950C a 1100C. Desta forma, conclui-se que a interface de fosfato de titânio com magnésio possibilita a sinterização simultânea do titânio e da hidroxiapatita, sem a formação de fases indesejáveis.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de corpos cerâmicos compostos bioativos com estrutura de gradiente funcional destinado à fabricação de componentes de implantes médicos. Na obtenção do compósito utilizou-se a alumina (\'AL IND.2\'\'O IND.3\') como base, a hidroxiapatita (HA) e o biovidro como componentes bioativos e a sacarose na obtenção da porosidade desejada. No desenvolvimento e na manufatura do material os métodos de processamento e os materiais utilizados foram selecionados de forma a atender as características desejadas para os componentes de implantes, ou seja, precisão dimensional, confiabilidade mecânica, desempenho em serviço, repetibilidade e custo aceitável. Como resultado, obteve-se um material estrutural com gradiente funcional de dupla camada. A dupla camada é composta de uma camada densa que confere a resistência mecânica desejada ao componente e a camada porosa promove a interação com os tecidos biológicos. A interação foi obtida com a infiltração de hidroxiapatita e biovidro na camada porosa. Ensaios mecânicos foram realizados para verificar a influência dos poros, da hidroxiapatita e do biovidro sobre a resistência mecânica do compósito. Foram executadas análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectrometria de energia dispersiva de raios-X (EDS) para observação da estrutura porosa, morfologia, distribuição e comunicação dos poros, e a eficiência da infiltração da hidroxiapatita e do biovidro. / This work shows the development of bioactive composite ceramic body with functional gradient structure to use in medical implant components. The used materials were, alumina (\'AL IND.2\'\'O IND.3\') as a base material, hydroxyapatite (HA) and bioglass that were the bioactive components and sucrose used for obtaining pores. In the development and manufacture of the bioactive composite, the processing method and the materials were selected so that the dimensional characteristics, performance and repetition of production of the pieces present to the components specified characteristics with reliability and acceptable cost. The developed structure possesses a dense layer, which gives the mechanical resistance and a porous layer to have a biological interaction between the component and the tissue. Hydroxyapatite and bioglass were added in the porous layer to improve that interaction and mechanical tests were made in order to check if the pores, hydroxyapatite and bioglass, interferes the mechanical resistance of the components. Scanning eletronic microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis were made to observe the porous structure and performance of the filtration of hidroxyapatite and bioglass.

Esta pesquisa tem como finalidade desenvolver implantes de alumina com núcleo denso e superfície gradualmente porosa (FGM) recobertos com materiais bioativos - hidroxiapatita e biovidro. Materiais porosos são estudados como solução para a osseointegração, porém apresenta déficit nas suas propriedades mecânicas. Estruturas bifásicas foram desenvolvidas por pesquisadores com o propósito de promover crescimento tecidual, sem afetar significativamente sua propriedade mecânica, no entanto ocorre delaminação. Neste trabalho é proposta uma estrutura em gradiente funcional que visa aprimorar as propriedades mecânicas conjugadas com a sinalização celular e com integração óssea. O tamanho, a morfologia de poros e também a porosidade são parâmetros fundamentais para boa resposta tecidual e integração do implante, pois afetam a viabilidade e a afinidade celular. Para essa finalidade a busca por uma espessura efetiva de porosidade se faz fundamental para alto desempenho do implante. Peças de alumina porosas infiltradas com materiais bioativos foram fabricadas e estudadas in vivo, em tíbias de ratos da raça Wistar durante 14, 18, 21 e 28 dias, para investigar a qualidade do crescimento de tecido ósseo. O estudo com implantes porosos recobertos foi realizado para avaliar e padronizar a superfície porosa do gradiente funcional. Os animais foram analisados com densidade mineral óssea (DMO), as tíbias foram caracterizadas na interface osso-implante e nos poros com histologia, com EDS-line-scan, com radiografias e com ensaios de cisalhamento. Implantes de alumina com 70% de porosidade foram comparados com recobrimento bioativo e sem recobrimento in vivo e ex-vivo. Nos resultados, os implantes recobertos aceleram o processo de osseointegração. Essa característica foi mais evidente no período de 28 dias de implantação com aumento de 24% na tensão de cisalhamento. Após validar uma superfície porosa e osseointegrável para a superfície do gradiente funcional, foram aplicadas técnicas diferenciadas para manufaturar peças com núcleo denso e superfície com gradiente de porosidade. As peças com FGM foram manufaturadas com a utilização de duas técnicas, dipping e co-prensagem e foram analisadas com microscopia eletrônica de varredura. Com o método de manufatura de co-prensagem foram obtidas peças com superfície gradualmente porosa, com transição de densificação contínua, sem delaminação. Os implantes de alumina em gradiente funcional com 70 % de porosidade na superfície mais externa, recobertos por bioativos apresentam potencial para aplicações em implantes ósseos ou dentários. / The present thesis reports on the development of alumina implants with dense core and gradually porous surface (FGM) covered with bioactive materials, hydroxyapatite (HA) and bioactive glass. Porous materials have been studied to provide tissue ingrowth, however they strongly affect the mechanical properties of the implant. Biphasic structures have been developed by some researchers to promote tissue growth without affecting the mechanical properties, although delamination may occur. This study proposes a functional gradient structure to improve both the mechanical properties of the material and cell signaling. The size and morphology of the pores as well as their porosity are key parameters for good tissue response and implant integration, since they affect the viability and cell affinity, and an effective porosity thickness becomes essential for a high performance of the implant. Porous alumina implants coated with bioactive materials were fabricated and studied in vivo in rat tibia for 14, 18, 21, and 28 days to investigate the quality of bone tissue growth. The study of porous coated implants was performed to evaluate and standardize the porous surface of the functional gradient. The animals were examined with bone mineral density (BMD), the tibiae were characterized in the bone-implant interface and the pores were analyzed with histology, EDS line-scan, X-ray and shear tests. Alumina with 70% porosity was compared with and without bioactive coating in vivo and ex vivo. The results showed that the covered implants accelerated the osseointegration process. This characteristic is more evident within 28 days of deployment with a 24% increase in shear stress. After validating a porous and osteointegrated surface for the surface of the functional gradient, several techniques were applied to manufacture parts with dense core and surface with gradient of porosity. The pieces were manufactured with FGM using two techniques, dipping and co-pressing and were analyzed by scanning electron microscopy. The manufacturing method of co-pressing allowed obtaining pieces with gradually porous surface and continuous transition of densification without delamination. On the outermost surface, alumina implants with functional gradient and 70% porosity and coated with bioactive materials presented potential for application to bone or dental implants.

Esta pesquisa tem como finalidade desenvolver implantes de alumina com núcleo denso e superfície gradualmente porosa (FGM) recobertos com materiais bioativos - hidroxiapatita e biovidro. Materiais porosos são estudados como solução para a osseointegração, porém apresenta déficit nas suas propriedades mecânicas. Estruturas bifásicas foram desenvolvidas por pesquisadores com o propósito de promover crescimento tecidual, sem afetar significativamente sua propriedade mecânica, no entanto ocorre delaminação. Neste trabalho é proposta uma estrutura em gradiente funcional que visa aprimorar as propriedades mecânicas conjugadas com a sinalização celular e com integração óssea. O tamanho, a morfologia de poros e também a porosidade são parâmetros fundamentais para boa resposta tecidual e integração do implante, pois afetam a viabilidade e a afinidade celular. Para essa finalidade a busca por uma espessura efetiva de porosidade se faz fundamental para alto desempenho do implante. Peças de alumina porosas infiltradas com materiais bioativos foram fabricadas e estudadas in vivo, em tíbias de ratos da raça Wistar durante 14, 18, 21 e 28 dias, para investigar a qualidade do crescimento de tecido ósseo. O estudo com implantes porosos recobertos foi realizado para avaliar e padronizar a superfície porosa do gradiente funcional. Os animais foram analisados com densidade mineral óssea (DMO), as tíbias foram caracterizadas na interface osso-implante e nos poros com histologia, com EDS-line-scan, com radiografias e com ensaios de cisalhamento. Implantes de alumina com 70% de porosidade foram comparados com recobrimento bioativo e sem recobrimento in vivo e ex-vivo. Nos resultados, os implantes recobertos aceleram o processo de osseointegração. Essa característica foi mais evidente no período de 28 dias de implantação com aumento de 24% na tensão de cisalhamento. Após validar uma superfície porosa e osseointegrável para a superfície do gradiente funcional, foram aplicadas técnicas diferenciadas para manufaturar peças com núcleo denso e superfície com gradiente de porosidade. As peças com FGM foram manufaturadas com a utilização de duas técnicas, dipping e co-prensagem e foram analisadas com microscopia eletrônica de varredura. Com o método de manufatura de co-prensagem foram obtidas peças com superfície gradualmente porosa, com transição de densificação contínua, sem delaminação. Os implantes de alumina em gradiente funcional com 70 % de porosidade na superfície mais externa, recobertos por bioativos apresentam potencial para aplicações em implantes ósseos ou dentários. / The present thesis reports on the development of alumina implants with dense core and gradually porous surface (FGM) covered with bioactive materials, hydroxyapatite (HA) and bioactive glass. Porous materials have been studied to provide tissue ingrowth, however they strongly affect the mechanical properties of the implant. Biphasic structures have been developed by some researchers to promote tissue growth without affecting the mechanical properties, although delamination may occur. This study proposes a functional gradient structure to improve both the mechanical properties of the material and cell signaling. The size and morphology of the pores as well as their porosity are key parameters for good tissue response and implant integration, since they affect the viability and cell affinity, and an effective porosity thickness becomes essential for a high performance of the implant. Porous alumina implants coated with bioactive materials were fabricated and studied in vivo in rat tibia for 14, 18, 21, and 28 days to investigate the quality of bone tissue growth. The study of porous coated implants was performed to evaluate and standardize the porous surface of the functional gradient. The animals were examined with bone mineral density (BMD), the tibiae were characterized in the bone-implant interface and the pores were analyzed with histology, EDS line-scan, X-ray and shear tests. Alumina with 70% porosity was compared with and without bioactive coating in vivo and ex vivo. The results showed that the covered implants accelerated the osseointegration process. This characteristic is more evident within 28 days of deployment with a 24% increase in shear stress. After validating a porous and osteointegrated surface for the surface of the functional gradient, several techniques were applied to manufacture parts with dense core and surface with gradient of porosity. The pieces were manufactured with FGM using two techniques, dipping and co-pressing and were analyzed by scanning electron microscopy. The manufacturing method of co-pressing allowed obtaining pieces with gradually porous surface and continuous transition of densification without delamination. On the outermost surface, alumina implants with functional gradient and 70% porosity and coated with bioactive materials presented potential for application to bone or dental implants.

Foram desenvolvidos e manufaturados compósitos porosos com estrutura de gradiente funcional em Poli (metacrilato de metila) (PMMA) e Hidroxiapatita (HAp) aplicáveis como implantes ósseos. O PMMA é largamente utilizável e aceito como material de implante tem boas propriedades mecânicas, baixo custo, fácil manufatura, porém é considerado bioinerte. A HAp é uma cerâmica comprovadamente bioativa, porém de baixas propriedades mecânicas, alto custo e de difícil manufatura. O PMMA com estrutura funcional e HAp apresentou valores próximos a 50 MPa, mas com potencial de melhoria. O objetivo deste desenvolvimento é produzir um implante com a sua superfície porosa e bioativa, para que este possa ser osteointegrado em um tempo menor ao tecido hospedeiro, melhorando a relação: material implantado/leito receptor. O conceito é baseado em uma estrutura de núcleo denso em PMMA e camada superficial porosa com superfície bioativa. A camada de PMMA porosa foi desenvolvida utilizando-se o carboximetilcelulose (CMC) como agente porogênico e HAp como agente bioativador da matriz polimérica. Foram elaboradas análises de bicompatibilidade, resistência mecânica, macro e microestrutura. Para testar a biocompatibilidade foram realizados inicialmente testes in vitro com cultura de células VERO, visando investigar a toxicidade dos materiais constituintes, a influência do novo biomaterial em atividades celulares e o comportamento destes em condições próximas daquelas a serem encontradas no ambiente de implantação. Em seguida, os testes in vivo realizados em coelhos averiguaram a interação tecido-material (bioatividade), a biocompatibilidade do material, e a potencialidade do uso do material em aplicação à superfícies (osteointegração). Foi realizada análise histológica dos tecidos explantados, onde os resultados basearam-se na análise da morfologia geral dos componentes teciduais encontrados junto ao implante. A caracterização da superfície foi realizada por testes de rugosidade, por microscopia ótica e eletrônica de varredura. Foram realizados ensaios mecânicos de compressão para analisar a resistência mecânica do biomaterial. Os resultados in vitro mostraram que os materiais utilizados não apresentaram qualquer indício de toxicidade. Através das imagens realizadas em MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) pode se observar o crescimento de células VERO na superfície do material e em direção aos poros da matriz. A análise macroestrutural dos poros também obtida por MEV demonstrou em uma caracterização inicial do material que este apresentou características biomiméticas como poros em formato oblongo e interconectados. A média obtida do tamanho dos poros foi de aproximadamente 250 \'mü\'m. Os resultados dos ensaios mecânicos de compressão mostraram que o PMMA denso é o que mais se aproximou do tecido ósseo cortical com 101 MPa. Por fim, os resultados histológicos apontam para a biocompatibilidade do compósito, tornando-o assim aplicável como camada superficial de implantes. / Were developed and manufactured porous composite with functional gradient structure in Polymethylmethacrylate (PMMA) and hydroxyapatite (HAp) applicable as bone implants. PMMA is widely used and accepted as implant material, has good mechanical properties, low cost, easy manufacturing and considered a bioinert biomaterial, the Hap is a demonstrably bioactive ceramic with poor mechanical properties, high cost and difficult to manufacture. The PMMA functional structure and HAp had values close to 50 MPa, but with potential for improvement. The objective of this development was produced an implant with a porous surface and bioactive to be osteointegrated in a less time, improving the relationship: implanted material/receiver bed. The concept is based on a dense structure core of PMMA and a porous bioactive surface layer. The porous PMMA was developed using the carboxymethylcellulose (CMC) as a porogenic agent and hap to bioactive the PMMA matrix. Biocompatibility tests, mechanical strength tests and macro and microstructure analisys were carried out. To evaluated the biocompatibility of this material were made primarily in vitro tests, the VERO cells were used in vitro analysis aimed investigate the toxicity of the constituent materials, the influence of the new biomaterial in cellular activities and behavior in these conditions close to those to be found in the environment of deployment. Then, in vivo tests conducted in rabbits evaluated the interaction with tissue-material (bioactivity), the biocompatibility of the material, and the potential use of the material in the application areas (osseointegration). Were performed histological analysis of tissues, where the results were based on the analysis of the general morphology of the tissue components found near the implant. The surface characterization was performed by roughness tests, optical microscopy and SEM. Mechanical tests were conducted to examine the compressive strength of biomaterial. Results in vitro showed that the materials did not present any evidence of toxicity. The samples were analyzed by SEM where the growth of cells can be observed in the surface of the material and towards to the pores. The macrostructural analysis also obtained by SEM showed in an initial characterization of the material that presented bone biomimetics characteristics with oblong pores with interconnected. The average pore size obtained was approximately 250 \'mü\'m. The results of mechanical tests showed that the compression of PMMA is the densest approached the cortical bone tissue near 101 MPa. Finally, the histological results point to the biocompatibility of the composite, thus making it applicable to the surface layers of implants.

Foram desenvolvidos e manufaturados compósitos porosos com estrutura de gradiente funcional em Poli (metacrilato de metila) (PMMA) e Hidroxiapatita (HAp) aplicáveis como implantes ósseos. O PMMA é largamente utilizável e aceito como material de implante tem boas propriedades mecânicas, baixo custo, fácil manufatura, porém é considerado bioinerte. A HAp é uma cerâmica comprovadamente bioativa, porém de baixas propriedades mecânicas, alto custo e de difícil manufatura. O PMMA com estrutura funcional e HAp apresentou valores próximos a 50 MPa, mas com potencial de melhoria. O objetivo deste desenvolvimento é produzir um implante com a sua superfície porosa e bioativa, para que este possa ser osteointegrado em um tempo menor ao tecido hospedeiro, melhorando a relação: material implantado/leito receptor. O conceito é baseado em uma estrutura de núcleo denso em PMMA e camada superficial porosa com superfície bioativa. A camada de PMMA porosa foi desenvolvida utilizando-se o carboximetilcelulose (CMC) como agente porogênico e HAp como agente bioativador da matriz polimérica. Foram elaboradas análises de bicompatibilidade, resistência mecânica, macro e microestrutura. Para testar a biocompatibilidade foram realizados inicialmente testes in vitro com cultura de células VERO, visando investigar a toxicidade dos materiais constituintes, a influência do novo biomaterial em atividades celulares e o comportamento destes em condições próximas daquelas a serem encontradas no ambiente de implantação. Em seguida, os testes in vivo realizados em coelhos averiguaram a interação tecido-material (bioatividade), a biocompatibilidade do material, e a potencialidade do uso do material em aplicação à superfícies (osteointegração). Foi realizada análise histológica dos tecidos explantados, onde os resultados basearam-se na análise da morfologia geral dos componentes teciduais encontrados junto ao implante. A caracterização da superfície foi realizada por testes de rugosidade, por microscopia ótica e eletrônica de varredura. Foram realizados ensaios mecânicos de compressão para analisar a resistência mecânica do biomaterial. Os resultados in vitro mostraram que os materiais utilizados não apresentaram qualquer indício de toxicidade. Através das imagens realizadas em MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) pode se observar o crescimento de células VERO na superfície do material e em direção aos poros da matriz. A análise macroestrutural dos poros também obtida por MEV demonstrou em uma caracterização inicial do material que este apresentou características biomiméticas como poros em formato oblongo e interconectados. A média obtida do tamanho dos poros foi de aproximadamente 250 \'mü\'m. Os resultados dos ensaios mecânicos de compressão mostraram que o PMMA denso é o que mais se aproximou do tecido ósseo cortical com 101 MPa. Por fim, os resultados histológicos apontam para a biocompatibilidade do compósito, tornando-o assim aplicável como camada superficial de implantes. / Were developed and manufactured porous composite with functional gradient structure in Polymethylmethacrylate (PMMA) and hydroxyapatite (HAp) applicable as bone implants. PMMA is widely used and accepted as implant material, has good mechanical properties, low cost, easy manufacturing and considered a bioinert biomaterial, the Hap is a demonstrably bioactive ceramic with poor mechanical properties, high cost and difficult to manufacture. The PMMA functional structure and HAp had values close to 50 MPa, but with potential for improvement. The objective of this development was produced an implant with a porous surface and bioactive to be osteointegrated in a less time, improving the relationship: implanted material/receiver bed. The concept is based on a dense structure core of PMMA and a porous bioactive surface layer. The porous PMMA was developed using the carboxymethylcellulose (CMC) as a porogenic agent and hap to bioactive the PMMA matrix. Biocompatibility tests, mechanical strength tests and macro and microstructure analisys were carried out. To evaluated the biocompatibility of this material were made primarily in vitro tests, the VERO cells were used in vitro analysis aimed investigate the toxicity of the constituent materials, the influence of the new biomaterial in cellular activities and behavior in these conditions close to those to be found in the environment of deployment. Then, in vivo tests conducted in rabbits evaluated the interaction with tissue-material (bioactivity), the biocompatibility of the material, and the potential use of the material in the application areas (osseointegration). Were performed histological analysis of tissues, where the results were based on the analysis of the general morphology of the tissue components found near the implant. The surface characterization was performed by roughness tests, optical microscopy and SEM. Mechanical tests were conducted to examine the compressive strength of biomaterial. Results in vitro showed that the materials did not present any evidence of toxicity. The samples were analyzed by SEM where the growth of cells can be observed in the surface of the material and towards to the pores. The macrostructural analysis also obtained by SEM showed in an initial characterization of the material that presented bone biomimetics characteristics with oblong pores with interconnected. The average pore size obtained was approximately 250 \'mü\'m. The results of mechanical tests showed that the compression of PMMA is the densest approached the cortical bone tissue near 101 MPa. Finally, the histological results point to the biocompatibility of the composite, thus making it applicable to the surface layers of implants.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2019-02-27T11:49:16Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Gustavo Antoniacomi de Carvalho.pdf: 6310308 bytes, checksum: 8e1efd9d86bc5a1adf80b45bba2a3985 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-02-27T11:49:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Gustavo Antoniacomi de Carvalho.pdf: 6310308 bytes, checksum: 8e1efd9d86bc5a1adf80b45bba2a3985 (MD5) Previous issue date: 2018-01-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Cerâmicas porosas vêm ganhando visibilidade devido a algumas aplicações tecnológicas interessantes, tais como a utilização em eletrólitos sólidos, ânodos de células a combustível, filtros cerâmicos e reposição óssea e dental. Dentre elas, há especial atenção ao estudo de materiais porosos com porosidade graduada, nos quais a quantidade de poros e a morfologia dos mesmos se alteram pelo volume do material. Nesse trabalho foi realizado o processamento e caracterização de materiais cerâmicos de alumina com porosidade graduada a partir das técnicas de freeze casting e colagem de barbotina, utilizando hidróxido de alumínio e amido de arroz como fases de sacrifício. Após a conformação das amostras por esses métodos, a porosidade foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura, pelas medidas de porosidade aparente feita pelo Princípio de Arquimedes e pela distribuição de tamanho de poros feita pela técnica de porosimetria de mercúrio. Foi avaliada também a resistência mecânica das amostras a partir de ensaio de compressão. Foi confirmada a relação entre as amostras processados isoladamente e suas respectivas camadas nas amostras graduadas. Foi observada também uma boa interação interfacial entre cada uma das camadas das amostras graduadas. A porosidade das amostras com porosidade graduada se manteve próxima do esperado, o valor esperado foi determinado a partir da média das amostras processadas isoladamente em relação às camadas do material com porosidade graduada. O ensaio mecânico demonstrou que não houve influência das interfaces dos materiais graduados na sua resistência à compressão. / Porous ceramics have been gaining visibility due to some interesting technological applications, such as its use as solid electrolytes, fuel cell anodes, ceramic filters and bone and dental reposition. Among them, there is special care in studying graded porosity materials, where the quantity of pores and pore morphology changes through the material volume. In this work the processing and characterization of alumina ceramic materials with functionally graded porosity by freeze casting and slip casting techniques using aluminum hydroxide and rice starch as sacrificial template was performed. After conformation, the porosity was characterized through electron scanning microscopy, apparent porosity through Archimedes method and median pore size through mercury porosimetry. The mechanical resistance was also obtained by compression testing. The analysis allowed to confirm the relation between each of the isolated samples’ microstructure and its respective layer in each of the graded materials, also, the graded materials shown good interfacial interaction between each of the layers. The porosity in graded materials kept close to the expected value, which was determined by the medium value of the porosities of the isolated samples respective to the graded material. Mechanical testing shown that there was no influence of the graded material interfaces in its compressive strength.

A cartilagem articular é um tema amplamente discutido na literatura por meio de vários estudos e pesquisas. Com o presente estudo, busca-se uma proposta inovadora e original no uso de um biomaterial composto e o desenvolvimento de uma cartilagem artificial que aja como coxim elástico, apresentando características de gel fibro-reforçado com finalidade biomimética mecânica que imite o comportamento da cartilagem articular. Foi conceituado um implante que tivesse uma superfície tribológica para contato com a cartilagem do platô tibial e gradualmente se convertesse em região osteo-integrável para fixação mecânica no osso subcondral. Foi desenvolvido um biomaterial composto por poliuretano e microfibra de biovidro 45S5 em gradiente funcional que foi obtido e validado através de ensaios in vitro, microscopia eletrônica de varredura e análise histológica. Nos testes in vitro seja na condição de citotoxicidade direta ou indireta, notou-se que a quantidade de células foi estatisticamente semelhante ao controle negativo, e estatisticamente diferente do controle positivo indicando que o biomaterial composto de poliuretano e microfibra de biovidro 45S5 apresentou não toxicidade direta ou indireta da amostra e ainda promoveram o crescimento e o espalhamento celular, resultados que o habilitaram para a continuidade nos estudos com experimentos in vivo com coelhos. O material foi manufaturado para aplicação em defeitos osteocondrais de coelhos medindo 3mm de diâmetro e 4mm de profundidade que foi realizado na região central da tróclea femoral. Após períodos experimentais de 15, 30 e 90 dias as análises de microscopia eletrônica de varredura mostrou na região distal da superfície tribológica uma neo-formação de uma estrutura semelhante as trabéculas ósseas que foi considerada biomimética confirmadas por análises histológicas, e na região proximal à superfície tribológica a presença de tecido fibrocartilaginoso com condrócitos e ricamente vascularizado, validando com sucesso o conceito proposto para o implante. / Articular cartilage has been widely discussed in the literature by means of several studies and researches. The present thesis reports on an innovative and original proposal to use a biomaterial compound and the development of an artificial cartilage that acts as a cushion rubber with characteristics of fiber-reinforced gel with biomimetic mechanical purpose mimicking the behavior of articular cartilage. An implant with a tribological surface for contact with the cartilage of the tibial plateau was designed. It should gradually turn into an osteo-integrable region for mechanical fixation in the subchondral bone. A biomaterial composed of polyurethane and bioglass microfiber in functional gradient was then developed and validated by scanning electron microscopy and histological analysis through in vitro tests. Under either direct or indirect cytotoxicity conditions, the tests showed that the amount of cells is statistically similar to negative control and statistically different from the positive control, indicating that the biomaterial composed of polyurethane and bioglass microfiber showed no direct or indirect toxicity and promoted cell growth and spreading. Such results allowed continuing the studies with in vivo experiments with rabbits. The material was manufactured for use in 3mm diameter and 4mm depth osteochondral defects in the central region of the femoral trochlea of rabbits. After experimental periods of 15, 30 and 90 days, the scanning electron microscopy analysis showed a neo-formation of a structure similar to trabecular bones on the tribological surface in the distal region. This neo-formation was considered biomimetic, confirmed by both histological analysis and the presence of richly vascularized fibrocartilaginous tissues with chondrocytes in the region proximal to the tribological surface.