RMN de Exchange em estado sólido é uma importante técnica utilizada na caracterização de processos dinâmicos em ciência dos materiais. Entretanto, a utilização desta técnica no estudo de materiais complexos tem sido limitada. Neste trabalho, serão propostas novas metodologias de RMN de Exchange em estado sólido, que permitem analisar eficientemente movimentos moleculares na escala de tempo de milisegundos. A técnica denominada Pure Exchange Solid-State NMR (PUREX), provê a supressão dos segmentos rígidos dos espectros de exchange, tomando possível observar os segmentos com mobilidade na escala de ms seletivamente. A técnica Centerband-Only Detection of Exchange (CODEX), permite a observação e caracterização de reorientações moleculares lentas com a maior sensibilidade e resolução disponíveis em RMN de estado sólido, através de espectros obtidos sob rotação da amostra em tomo do ângulo mágico (MAS). Utilizando essas técnicas as funções e tempos de correlação e a geometria de movimentos moleculares lentos podem ser determinadas diretamente, sem a necessidade da utilização de modelos que relacionem as grandezas medidas e as características do movimento molecular. A utilização dos métodos apresentados, permite a identificação e caracterização da dinâmica lenta em materiais complexos, tais como polímeros amorfos, semicristalinos e proteínas. Com objetivo inicial de demonstrar as técnicas, elas foram aplicadas para confirmar detalhes da dinâmica molecular em amostras modelo. Através destas técnicas foi possível confirmar a escala de tempo e os ângulos de reorientação envolvidos na dinâmica molecular de cristais orgânicos, Dimetil Sulfona (DMS), e também para revisitar processos de relaxação local em alguns polímeros, polimetacritato de metila (PMMA) e isotatico polipropileno (iPP). As metodologias foram também aplicadas no estudo da transição vítrea em polímeros semicristalinos, isotatico poli(1-buteno) (iPB 1) e sindiotático polipropileno, os quais não tinham sido ainda estudados por técnicas de RMN de Exchange, já que neste caso a maioria dos segmentos moleculares (porção cristalina do polímero) é rígida durante a transição vítrea. Utilizando os métodos CODEX e PUREX os movimentos lentos que ocorrem na região amorfa destes polímeros em temperaturas próximas as suas temperaturas de transição vítrea foram caracterizados. Um estudo dos movimentos lentos que ocorrem em tomo das temperaturas de transição vítrea nas cadeias poliméricas de dois tipos de nanocompostos híbridos siloxano/(polietileno glicol) (ormolitas) também é apresentado. Heterogeneidades nos movimentos das cadeias poliméricas associados com a interação PEG/siloxano foram diretamente observadas através de experimentos PUREX 1D de Exchange 2D. Evidenciais da presença de movimentos de grande e pequena amplitude foram observados para os dois tipos de híbridos. Os resultados revelam que a restrição do movimento das cadeias poliméricas pelas estruturas de siloxano depende tanto do comprimento da cadeia como da natureza das interações entre as fases orgânica e inorgânica do nanocomposto. Finalmente os resultados referentes a caracterização da dinâmica molecular rápida e lenta e sua relação com as propriedades estruturais de um hidrogel protéico são apresentados. Utilizando uma versão modificada da técnica CODEX, juntamente com experimentos de polarização direta, polarização cruzada e RMN de correlação 2D, foi possível não somente confirmar a estrutura e o modelo de formação propostos para o gel, mas também determinar a geometria e a escala de tempo dos movimentos lentos que ocorrem na região de hélice do hidrogel protéico em grandes detalhes. A demonstração teórica e experimental das técnicas e suas aplicações no estudo dessas importantes classes de materiais serão apresentadas. / Solid-State Exchange NMR is an important method to characterize details of dynamic process in materials science. However, the application of these techniques to study complex materials has been limited. In this work new solid-state Exchange NMR techniques, which allows efficient analysis of molecular motions in the millisecond time scale, are presented. The Pure Exchange Solid-State NMR (PUREX) method provides the suppression of the rigid segments in standard exchange spectrum, making possible to observe the slow moving moieties selectively. The Centerband-Only Detection of Exchange (CODEX) technique allows observing and characterizing slow segmental reorientations with the highest available NMR sensitivity and site resolution, in a magic angle spinning (MAS) NMR spectrum. Correlation functions, correlation times and information about the motional amplitude and geometry can be direct1y obtained using the techniques, without any model assumption. These methods allowed identifying and characterizing slow dynamics in complex materials such as, semicrystalline and amorphous polymers and proteins. To demonstrated the proposed techniques they have been applied to confirm some kwon aspect of the slow dynamics of model samples. Using the methods it was possible o confirm the time scale and the reorientation angles involved in the molecular dynamics of organic crystals, Dimethyl Sulfone (DMS), and also to revisit some relaxation process in standard polymers, such as the beta relaxation of poly(methyl metacrylate) (PMMA) and the alfa relaxation in isotactic polypropylene (iPP). The time scale and the geometry of the molecular motions responsible by these relaxation process obtained using the PUREX and CODEX techniques are in excellent agreement with the data taken from the literature, confirming the reliability of the proposed methods. Moreover, the techniques were also applied to study the slow molecular motions involved in the glass transition of semicrystalline polymers, such as isotactic poly (l-butene) form I (iPB1) and syndiotactic Polypropylene (sPP). The glass transition of these polymers had not been studied using Exchange NMR methods because most of the molecular segments (crystalline portion of the polymers) are rigid during the glass transition. Using the PUREX and CODEX methods the slow molecular reorientations within the amorphous region of the polymers were characterized for temperatures near its glass transition. A study of the slow motions occurring around the glass transition temperature in the polymer chains of two types of siloxane/(polyethylene glycol) nanocomposites (ormolites) is also presented. Motional heterogeneities associated with PEG/ siloxane interactions were directly observed in the 13C 1D PUREX and 2D exchange data. Evidences of both small and large angle amplitude motions were direct1y observed for both types of hybrids. The results revealed that the hindrance to the slow molecular motions of the polymer chains due to the siloxane structures depends on the chain length and the nature of the interaction between the organic and inorganic phases. Finally the results concerning the characterization of the fast and slow dynamics and its relationship with the structural properties of a protein hidrogel are presented. Using a modified version of the CODEX technique, together with standard direct polarization, cross polarization and 2D NMR correlation experiments, it was possible not only to confirm the proposed structure and the gel formation model, but also to characterize the geometry and the time scale of the slow motions in the helical domains of the protein hidrogel in great detail. The theoretical and experimental demonstration of all proposed methods and also its applications in these important classes of material will be present.

Este trabalho descreve a síntese, caracterização e aplicação de sistemas poliméricos baseados em polímeros condutores em sistemas de liberação controlada de drogas. Esta tese pode ser dividida em duas partes: na primeira se apresentam os resultados da aplicação de filmes de polianilina e polipirrol na liberação de drogasmodelo como a dopamina protonada e o ácido salicílico. Na liberação de salicilato utilizou-se um filme polianilina eletrosintetizado e dopado com íons cloreto. Já para a liberação de dopamina protonada (um cátion) a liberação foi conduzida a partir de um sistema bicamadas, com um filme de polianilina recoberta com uma camada de Náfion. É mostrada a liberação controlada nos dois casos, porém também se discutem limitaçãoes deste tipo de sistema que levaram ao estudo de uma forma alternativa de controle eletroquímico utilizando polímeros condutores. A segunda parte do trabalho mostra então esta nova metodologia que se baseia em compósitos de poianilina eletropolimerizada no interior de hidrogéis de poliacrilamida. É mostrado que este novo material é eletroativo e mantém as características de intumescimento dos hidrogéis, tanto necessárias ao desenvolvimento destes sistemas de liberação controlada. Mecanismos para o crescimento e distribuição da polianilina na matriz isolante e para a atuação do compósito no controle eletroquímico da liberação são propostos com base nos dados de microscopia de força atômica, Raman e eletrônica de varredura, além de testes de liberação controlada com moléculas de diferentes cargas. / This work describes the synthesis, characterization and application of polimeric systems based on contucting polymers for electrochemical release devices. The thesis is divided into two parts: frrst, results conceming the application of polyaniline and polypyrrole films in the controlled release of dopamine and salicilyc acid, are showed. An electrosyntetized polyaniline film doped with chloride ions was used in the salicilate release. On the other hand, for the controlled release of protonated dopamine, a bilayer system consisting of a polyaniline film recovered with Nafion was employed. The release control was reached in both cases, but this kind of actuator show serious limitations that lead to the conclusion that a new type of electrochemical control based in conducting polymers must be developped. The second part shows the new methodology based on composites of polyaniline grown inside polyacrylamide hydrogels. It\'s showed that this new material is electroactive and still maintains the hydrogel\'s swelling properties, which makes it an interesting and suitable material for drug delivery devices. Raman Microscopy, Scaning Electron Microscopy and Atomic Force Microscopy, and controlled release tests of different charged molecules were tools for the elucidation of polyaniline\'s growth and distribuition inside the hydrogels and for the mecanism of actuation in the controlled release.

Blendas poliméricas são misturas físicas de dois ou mais polímeros. O interesse de obtenção de blendas poliméricas, com características físicas e químicas desejadas para as mais diversas aplicações, é crescente em todo o mundo. Neste trabalho foram desenvolvidos filmes de blendas de quitosana e poli(N-vinil-2-pirrolidona) (PVP) em várias proporções. A irradiação destes filmes com radiação UV254nm gerou hidrogéis estáveis. Foram também obtidos hidrogéis a partir de co-soluções aquosas destes polímeros, em diversas proporções, com reticulação de seus componentes induzida pela radiação ultravioleta. Em ambos os casos, os materiais foram caracterizados e avaliados quanto a sua potencialidade de uso como biomaterial. Para análise e caracterização das blendas e hidrogéis utilizaram-se as técnicas de espectroscopia no infravermelho (IV), microscopia eletrônica de varredura (MEV), calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TGA), difratometria de raios X e transmissão de vapor de água (WVT). Os resultados mostraram que a forte interação entre PVP e quitosana leva a um aumento da insolubilidade da blenda em relação à PVP pura, mesmo com baixas quantidades de quitosana. A presença de PVP aumenta a hidrofilicidade da blenda e também ocasiona a diminuição da cristalinidade da quitosana. Outro aspecto importante foi o aumento da estabilidade térmica das quitosanas, também influenciada pelo aumento da parcela de PVP nas blendas. A análise dos dados parece indicar que uma SIPN foi formada, onde a rede básica é constituída de PVP reticulada, enquanto a quitosana é mantida \"presa\" nesta rede, sem participar da mesma, mas impedida de ser extraída. O estudo da irradiação de co-soluções aquosas de PVP e quitosana gerou hidrogéis estáveis, porém restritos a baixa porcentagem de quitosana na mistura - até 30%. Este estudo revelou, também, que a presença de ácido acético na solução facilita o processo de reticulação, incluindo solução de PVP pura. A permeabilidade à água dos filmes de blendas de quitosana/PVP não irradiados e irradiados indica sua potencialidade de aplicações desses materiais em áreas medicinal e alimentícia. A literatura descreve vários métodos de produção de hidrogéis de quitosana, porém, todos baseados no uso de agentes reticulantes externos ou da enxertia de grupos reativos na cadeia de quitosana. Deve-se ressaltar que o sistema de reticulação aqui proposto não faz uso de agentes de reticulação, fotoiniciadores nem incorporação de algum grupo fotorreativo nas cadeias dos polímeros. De modo geral, os resultados obtidos dos materiais poliméricos irradiados e não-irradiados sugerem que possuem potencialidade para várias aplicações: como biomaterial, por exemplo, matrizes poliméricas para liberação controlada de fármacos, curativos para ferimentos mais leves, outros. / Polymer blends are physical mixtures of two or more polymers. The interest in obtaining polymer blends, with desired physical and chemical characteristics for the most diverse applications, is increasing in the whole world. In this work, chitosan and poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) (PVP) blend films were developed at several ratios. Hydrogels were also obtained from co-solutions of these polymers, at diverse ratios, through crosslinking induced by ultraviolet radiation. In both cases, the materiais were characterized and evaluated in terms of their potentiality of use as biomaterial. For analysis and characterization of blends and hydrogels were utilized the techniques of infrared spectroscopy (IR), scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffractometry (XRD), and water vapor transmission (WVT). The results have shown that the strong interaction between PVP and chitosan leads to an increase of blend insolubility in relation to pure PVP, even with low amounts of chitosan. PVP presence increases blend hydrophilicity and causes reduction of chitosan crystallinity, as well. Another important aspect was the increase of chitosan thermal stability, influenced by the increase of PVP portion in blends. Analysis of the data seems to indicate that a SIPN was formed, where the basic net is constituted of crosslinked PVP, while chitosan is kept \"imprisoned\" in this net, without participating of the same, but hindered of being extracted. The study of irradiation of PVP and chitosan aqueous co-solutions generated stable hydrogels, however restricted low chitosan percentage in the mixture - up to 30%. This study also disclosed that the acetic acid presence in the solution facilitates the crosslinking process, including pure PVP solution. Permeability to water of non-irradiated and irradiated blend films of chitrosan/PVP indicates application potentiality of these materiais in medicinal and food areas. Literature describes several methods of chitosan hydrogel production, however, all basing on the use of external crosslinkers or graft of reactive groups on chitosan chain. It must be pointed out that the crosslinking system considered here does not make use of crosslinkers, photoinitiators nor incorporation of some photoreactive group into the chains of the polymers. In a general way, the results obtained from irradiated and non-irradiated polymer materials suggest they possess potentiality for some applications: as biomaterial, for example, polymer matrices for controlled drug release, dressings for simpler wounds, others.

Neste trabalho, o processo de estruturação por microfeixe de íons foi utilizado para a produção de membranas microporosas em folhas comerciais de PET. O processo de estruturação por microfeixe de íons consiste basicamente na interação direta entre um feixe de íons de dimensões micrométricas com o material em questão. As zonas modificadas pelo feixe são removidas do restante do material através de um processo químico. Nesse contexto, durante o desenvolvimento deste trabalho, sistemáticas experimentais para o processo de estruturação foram desenvolvidas. Com o intuito de operacionalizar a linha de microfeixe presente no Laboratório de Implantação Iônica da UFRGS, foi necessário realizar um estudo aprofundado sobre o funcionamento de todo o sistema, verificando problemas e explorando a potencialidade de técnicas não convencionais de análise de materiais. O estudo sobre a sistemática de estruturação ocorreu através da investigação de parâmetros clássicos, como fluência utilizada durante a irradiação e tempo de ataque químico. Para atingir tais objetivos, amostras de poli (tereftalato de etileno) (Mylar) de 12 μm foram irradiadas com microfeixe de íons (H+ e He++) com energias de 3 e 2,2 MeV e fluências que variaram entre 1 x 1011 e 6 x 1015 íons/cm2. Posteriormente à irradiação, as amostras foram submetidas a um ataque químico com solução alcalina de hidróxido de sódio 6 M durante tempos que variaram de 0,5 à 60 minutos. A temperatura do ataque em todos os casos se manteve fixa em 60°C. A caracterização das amostras foi realizada através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por microscopia de transmissão iônica (STIM). As amostras também foram caracterizadas através de medidas elétricas utilizando um circuito de corrente alternada. O processo de enxertia (grafting) foi testado nas membranas estruturadas, utilizando um hidrogel de PNIPAAm com concentrações de 0,340, 0,450 e 0,700 g/L. Tais resultados também foram analisados através de MEV. O estudo sobre a linha de microfeixe permitiu verificar a existência de problemas relacionados ao registro da carga elétrica durante as irradiações. Além disso, para o ajuste do foco do feixe de íons, foram feitas curvas de calibração de corrente para as lentes magnéticas considerando diferentes energias de feixe. O processo de estruturação através da técnica de microfeixe de íons se mostrou eficaz para a produção de estruturas regulares e definidas em folhas de PET. A fluência ótima de prótons a ser utilizada nos processos de estruturação foi estimada em 6 x 1014 íons/cm2. Para esta fluência, tempos de ataque químico inferiores a 1 minuto já são suficientes para corroer toda a parte irradiada. Entretanto, tempos um pouco mais longos (e.g. 2 minutos) tornam o processo mais reprodutível. Com relação à geometria das estruturas fabricadas, observou-se irregularidades em estruturas que, em princípio, deveriam ser simétricas. Esse problema foi atribuído à assimetria do feixe, proveniente de ajustes dos parâmetros de colimação do feixe. Finalmente, o estudo do processo de enxertia mostrou que o hidrogel adere nas paredes das estruturas, porém não as preenche. Para concentrações elevadas (e.g. 0,7 g/L) o processo não é tão eficiente, sendo que não é verificada a redução da área das microestruturas pela inserção do hidrogel. As medidas elétricas mostraram a existência de regimes distintos e dependentes da frequência da corrente alternada. Os polímeros apresentaram basicamente comportamentos resistivo e capacitivo. / In this work, the process of irradiation of PET foils with ion beams in the micrometer size range was used for the production of microporous membranes. Basically, this process consists on the direct interaction between the ion beam and the material under study. The regions modified by the beam are removed from the material through a chemical process. In this context, experimental procedures for the production process of the membranes were developed during the course of this work. In order to make the microbeam station of the Ion Implantation Laboratory of the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS), it was necessary to perform a thorough study of the operational parameters of the system, thus allowing a proper identification of problems and providing grounds for pushing the technique to the frontier of materials science. To achieve such objectives, foils of polyethylene terephtalate (Mylar®) 12 μm thick were irradiated with H+ and He++ ions with 3 e 2,2 MeV respectively. Fluencies varied from 1 x 1011 and 6 x 1015 ions/cm2. After the irradiation, the foils were submitted to an etching procedure using alkaline solution of sodium hydroxide at 6 M during periods of time varying from 0,5 to 60 minutes. In all cases, the temperature of the etching was fixed at 60°C. The characterization of the samples was performed through scanning electron microscopy (SEM) and scanning transmission ion microscopy (STIM). The samples also were characterized by electric measurements using an AC current circuit. The process of grafting was tested on the structured membranes using a PNIPAAm hydrogel with concentrations of 0,340, 0,450 and 0,700 g/L. The results of this study were also analyzed through MEV. With the present study, it was possible to pinpoint problems related to the integration and recording of the charge during the irradiations. Besides that, calibration curves were obtained relating the electric currents needed on the magnetic lenses for an optimal ion beam focus and the beam energy. The irradiation process with ion beam proved itself efficient for the production of regular patterns on PET foils. The optimum dose of prótons to be used on the patterning processes was estimated in 6 x 1014 ions/cm2. For this dose, etching times smaller than 1 minute were enough to remove all the irradiated area. However, times slightly longer (e.g. 2 minutes) make the process more reproducible. Regarding the geometry of the patterns generated by the ion irradiation, asymmetries were observed on structures that were supposed to be symmetric. This problem was attributed to the asymmetry of the beam spot on the target due to the settings of the objective slits that collimates the beam. The study of the grafting process showed that the hydrogel adheres to the structures walls, but does not fill it. For high concentrations (e.g. 0,7 g/L), the process is not efficient, since no reduction of the area of the microstructures by the insertion of the hydrogel was observed. The electric measurements showed the existence of distinct regimes as a function of the frequency of the alternate current. Basically, the polymer foils present resistive and capacitive behaviors.

Os cimentos de fosfato de cálcio apresentam uma série de vantagens de utilização em ortopedia e traumatologia, sendo as mais destacadas a sua biocompatibilidade e bioatividade, as quais permitem a osteocondução dos tecidos ósseos e o endurecimento “in situ”, permitindo maior facilidade de manipulação. Entretanto; através dos métodos convencionais de reação no estado sólido há uma grande dificuldade em se obter a fase α- fosfato tricálcico pura. Com o desenvolvimento deste trabalho foi possível sintetizar a fase α-fosfato tricálcico nanoestruturado com elevado grau de pureza, utilizando-se o método de síntese de combustão em solução. Após os estudos da influência do pH, da natureza do combustível (uréia ou glicina) e dos teores estequiométricos de combustível (0,75; 1,0; 1,5 e 2,0) foi possível definir os melhores parâmetros de síntese (pH 1,5 e combustível uréia em teor duas vezes maior do que o estequiométrico). Com a definição dos parâmetros ótimos de reação, estudou-se a viabilidade de sua utilização como cimento de fosfato de cálcio. Nesta etapa verificou-se a influência do tamanho de partícula através do tempo de moagem. Para tempo de moagem de 180 minutos foram obtidos valores de resistência mecânica à compressão de até 30,4 MPa. Porém após a imersão em solução de plasma sanguineo simulado (SBF) em tempos crescentes de até 28 dias, ocorreu a diminuição desta propriedade o que é indicativo da alta solubilidade dos pós de α-fosfato tricálcico obtidos via síntese de combustão em solução. O ensaio de citotoxicidade In Vitro demonstrou que o CFC sintetizado neste trabalho não apresentou efeito tóxico para as células. Na sequência do trabalho, investigou-se a viabilidade da aplicação do CFC como substituto ósseo e como carga cerâmica em criogéis poliméricos para utilização em engenharia de tecidos. Inicialmente utilizou-se o sistema dimetilaminoetil metacrilato (DMAEMA) com a adição de 5% de um ácido acrílico (ácido acrílico ou ácido metacrílico), porém tal sistema se mostrou muito instável e apresentou baixa reprodutibilidade. Dessa forma, substituiu-se o ácido acrílico pelo monômero hidroxietil metacrilato (HEMA), pelo fato de o último possuir maior estabilidade química e melhores propriedades mecânicas. Com o uso deste sistema foram obtidos arcabouços porosos através do método de criopolimerização com porosidade de até 75% e poros de até 1 milímetro de diâmetro. A adição de α-fosfato tricálcico às estruturas porosas pouco influenciou nas propriedades físicas da rede polimérica e nas propriedades mecânicas dos arcabouços porosos, porém aumentou significativamente a biocompatibilidade destes, permitindo a adesão e a proliferação de células tronco mesenquimais. A presença de colágeno do tipo I e de fosfatase alcalina são bons indicativos de que as células tronco mesenquimais estão se diferenciando em tecido ósseo e demonstram o potencial destes materiais para o seu uso como biomaterial e mais especificamente como substitutos ósseos. / The calcium phosphate cements have a large number of advantages regarding its use in orthopedics and traumatology, being the most prominent its biocompatibility and bioactivity, which allows the osteoconductive of bone tissue and in situ hardening, allowing greater ease of handling. However, the use of conventionals synthesis methods, e.g. solid state reactions, brings great difficulty to the obtainment of highly pure α- tricalcium phosphate phase. In this thesis, the use of the solution combustion synthesis method allowed to synthesize nanostructured α-tricalcium phosphate with high purity. Further studies on pHs influence, fuel natures (urea or glycine) and fuel ratio (0.75, 1.0, 1.5 and 2.0) allowed to define the best synthesis parameters (pH 1.5 and urea fuel content in two times higher than the stoichiometric). After choosing the best paramaters to the obtainment of higly pure α-tricalcium phosphate, we studied the feasibility of their use as calcium phosphate cement (CFC) by studing the influence of particle size by increasing the milling time from 30 to 180 minutes. The better results were found for the milling time of 180 minutes. Compressives strength of up to 30.4 Mpa were obtained for this formulation. However, after soaking the calcium phosphate cements in simulated blood plasma (SBF) in growing times up to 28 days, a decrease in the compressive strenght was noticed, which is an indicative of the high solubility of the α-tricalcium phosphate powders obtained by solution combustion synthesis. After the obtainment of the calcium phosphate cements, its application as bone substitute and as ceramic load in polymeric cryogels for use in tissue engineering were studied. Initially, the system dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) with 5% of an acrylic acid (acrylic acid or methacrylic acid) was used, but due its great instability and lack of reproductbility this system was abandoned. Since it has greater chemical stability and good mechanical properties, the monomer hydroxyethyl methacrylate (HEMA) was chosen as pair to the DMAEMA monomer. With the use of this polymeric system, porous scaffolds with porosity of up to 75% and pores up to 1 mm in diameter were obtained by the method of cryopolymerization. The addition of α-tricalcium phosphate to the porous scaffolds did not showed a significant influence on physical properties of the polymer network nether on mechanical properties of porous structures. However, it increased significantly the biocompatibility of the scaffolds, allowing the adhesion and proliferation of mesenchymal stem cells. The presence of type I collagen and alkaline phosphatase are good indicators that mesenchymal stem cells are differentiating into bone tissue and demonstrate the potential application of these materials as biomaterials, more specifically as bone substitutes.

Neste trabalho, o processo de estruturação por microfeixe de íons foi utilizado para a produção de membranas microporosas em folhas comerciais de PET. O processo de estruturação por microfeixe de íons consiste basicamente na interação direta entre um feixe de íons de dimensões micrométricas com o material em questão. As zonas modificadas pelo feixe são removidas do restante do material através de um processo químico. Nesse contexto, durante o desenvolvimento deste trabalho, sistemáticas experimentais para o processo de estruturação foram desenvolvidas. Com o intuito de operacionalizar a linha de microfeixe presente no Laboratório de Implantação Iônica da UFRGS, foi necessário realizar um estudo aprofundado sobre o funcionamento de todo o sistema, verificando problemas e explorando a potencialidade de técnicas não convencionais de análise de materiais. O estudo sobre a sistemática de estruturação ocorreu através da investigação de parâmetros clássicos, como fluência utilizada durante a irradiação e tempo de ataque químico. Para atingir tais objetivos, amostras de poli (tereftalato de etileno) (Mylar) de 12 μm foram irradiadas com microfeixe de íons (H+ e He++) com energias de 3 e 2,2 MeV e fluências que variaram entre 1 x 1011 e 6 x 1015 íons/cm2. Posteriormente à irradiação, as amostras foram submetidas a um ataque químico com solução alcalina de hidróxido de sódio 6 M durante tempos que variaram de 0,5 à 60 minutos. A temperatura do ataque em todos os casos se manteve fixa em 60°C. A caracterização das amostras foi realizada através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por microscopia de transmissão iônica (STIM). As amostras também foram caracterizadas através de medidas elétricas utilizando um circuito de corrente alternada. O processo de enxertia (grafting) foi testado nas membranas estruturadas, utilizando um hidrogel de PNIPAAm com concentrações de 0,340, 0,450 e 0,700 g/L. Tais resultados também foram analisados através de MEV. O estudo sobre a linha de microfeixe permitiu verificar a existência de problemas relacionados ao registro da carga elétrica durante as irradiações. Além disso, para o ajuste do foco do feixe de íons, foram feitas curvas de calibração de corrente para as lentes magnéticas considerando diferentes energias de feixe. O processo de estruturação através da técnica de microfeixe de íons se mostrou eficaz para a produção de estruturas regulares e definidas em folhas de PET. A fluência ótima de prótons a ser utilizada nos processos de estruturação foi estimada em 6 x 1014 íons/cm2. Para esta fluência, tempos de ataque químico inferiores a 1 minuto já são suficientes para corroer toda a parte irradiada. Entretanto, tempos um pouco mais longos (e.g. 2 minutos) tornam o processo mais reprodutível. Com relação à geometria das estruturas fabricadas, observou-se irregularidades em estruturas que, em princípio, deveriam ser simétricas. Esse problema foi atribuído à assimetria do feixe, proveniente de ajustes dos parâmetros de colimação do feixe. Finalmente, o estudo do processo de enxertia mostrou que o hidrogel adere nas paredes das estruturas, porém não as preenche. Para concentrações elevadas (e.g. 0,7 g/L) o processo não é tão eficiente, sendo que não é verificada a redução da área das microestruturas pela inserção do hidrogel. As medidas elétricas mostraram a existência de regimes distintos e dependentes da frequência da corrente alternada. Os polímeros apresentaram basicamente comportamentos resistivo e capacitivo. / In this work, the process of irradiation of PET foils with ion beams in the micrometer size range was used for the production of microporous membranes. Basically, this process consists on the direct interaction between the ion beam and the material under study. The regions modified by the beam are removed from the material through a chemical process. In this context, experimental procedures for the production process of the membranes were developed during the course of this work. In order to make the microbeam station of the Ion Implantation Laboratory of the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS), it was necessary to perform a thorough study of the operational parameters of the system, thus allowing a proper identification of problems and providing grounds for pushing the technique to the frontier of materials science. To achieve such objectives, foils of polyethylene terephtalate (Mylar®) 12 μm thick were irradiated with H+ and He++ ions with 3 e 2,2 MeV respectively. Fluencies varied from 1 x 1011 and 6 x 1015 ions/cm2. After the irradiation, the foils were submitted to an etching procedure using alkaline solution of sodium hydroxide at 6 M during periods of time varying from 0,5 to 60 minutes. In all cases, the temperature of the etching was fixed at 60°C. The characterization of the samples was performed through scanning electron microscopy (SEM) and scanning transmission ion microscopy (STIM). The samples also were characterized by electric measurements using an AC current circuit. The process of grafting was tested on the structured membranes using a PNIPAAm hydrogel with concentrations of 0,340, 0,450 and 0,700 g/L. The results of this study were also analyzed through MEV. With the present study, it was possible to pinpoint problems related to the integration and recording of the charge during the irradiations. Besides that, calibration curves were obtained relating the electric currents needed on the magnetic lenses for an optimal ion beam focus and the beam energy. The irradiation process with ion beam proved itself efficient for the production of regular patterns on PET foils. The optimum dose of prótons to be used on the patterning processes was estimated in 6 x 1014 ions/cm2. For this dose, etching times smaller than 1 minute were enough to remove all the irradiated area. However, times slightly longer (e.g. 2 minutes) make the process more reproducible. Regarding the geometry of the patterns generated by the ion irradiation, asymmetries were observed on structures that were supposed to be symmetric. This problem was attributed to the asymmetry of the beam spot on the target due to the settings of the objective slits that collimates the beam. The study of the grafting process showed that the hydrogel adheres to the structures walls, but does not fill it. For high concentrations (e.g. 0,7 g/L), the process is not efficient, since no reduction of the area of the microstructures by the insertion of the hydrogel was observed. The electric measurements showed the existence of distinct regimes as a function of the frequency of the alternate current. Basically, the polymer foils present resistive and capacitive behaviors.

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No. of bitstreams: 1 DissVBS.pdf: 1740289 bytes, checksum: f0f9dfa6182cf0c0dfe8b39ff3cda89c (MD5) Previous issue date: 2015-11-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Poly(vinyl alcohol) - PVA is a high hydrophilic semicrystalline polymer which has excellent properties such as good chemical resistance and high biodegradability and biocompatibility. Due to its semi-crystalline nature, crystalline domains, under controlled conditions, may act as physical crosslinking points, while maintaining the integrity of the structure under swelling. This feature makes PVA hydrogels promising for the development of drug, or other bioactive substances, delivery systems. Another interesting feature of this kind of hydrogels is the ability to form high stable network from crystalline domains formed through freezing and thawing cycles. This method shows the formation of crystallites which act as physical crosslinks while maintaining the insolubility of the material in water. Recently many studies show the use of nanostructures to improve mechanics properties and diffusional behavior of small molecules. Paromomycin is an aminoglycoside antibiotic widely used for cutaneous leishmaniasis therapeutics in Brazil. In the last years some studies have revealed that the patience adhesion to the treatments of cutaneous leishmaniasis with ointments form is low. Therefore hydrogels are an interesting alternative to the ointment forms. As the main objective of this work was the preparation and characterization of poly(vinyl alcohol) hydrogels containing sepiolite nanoparticles for the preliminary feasibility of using as controlled release system for paromomycin, hydrogels were prepared by cryogelation process. This ensures the formation of the hydrogel, as long as the crystalline domains formed during the PVA cycles act as crosslinking points, allowing the membranes water transport measurements of the drug in the presence of sepiolite. In this investigation membranes were characterized by differential calorimetry, thermogravimetry and X-ray diffraction. Furthermore polymer retention, swelling in simulated body fluid, hemocompatibility and drug delivery were studied to establish structure-properties correlations. The results show that cryogelation cycles significantly alter the swelling of the membranes; interactions polymer-nanoparticle increases the rigidity of the amorphous phase. Comparing to pure PVA hydrogels, in nanocomposites hydrogels the hemolysis decreased. Increasing the percentage of nanoparticles the membrane crystallinity decreases. The samples degradation profile, the thermal stability and drug delivery profile are not modified by the amount of nanoparticles incorporated. / Poli(álcool vinílico) - PVA é um polímero semicristalino altamente hidrofílico que possui excelentes propriedades, como boa resistência química e elevada biodegradabilidade e biocompatibilidade. Devido à sua natureza semicristalina, os domínios cristalinos, sob condições controladas de crescimento, podem atuar como pontos de reticulação físicos, mantendo a integridade da estrutura sob inchamento. Esta característica torna hidrogéis de PVA bastante promissores em relação ao desenvolvimento de sistemas de carreamento de fármacos e outras substâncias bioativas. Soluções aquosas de PVA podem formar hidrogéis com boas propriedades mecânicas através de ciclos de resfriamento e aquecimento. Este método resulta na formação de cristalitos que atuam como reticulações físicas, mantendo a insolubilidade do material em água. Recentemente muitos estudos mostram o uso de nanoestruturas para melhorar as propriedades mecânicas e o comportamento difusional de pequenas moléculas. Paromomicina é um antibiótico aminoglicosídeo muito utilizado para o tratamento de Leishmaniose cutânea (LC) no Brasil. Nos últimos anos, estudos mostraram que a adesão de pacientes ao tratamento de LC com pomadas é baixa. Portanto hidrogéis são uma interessante alternativa para este tratamento. Como o principal objetivo deste trabalho foi o preparo e a caracterização de hidrogéis poliméricos nanocompósitos de PVA contendo nanopartículas de SEP para a viabilidade preliminar do uso como sistema de liberação controlada para paromomicina, os hidrogéis foram preparados através de um processo de criogelificação. Este procedimento garante a formação do hidrogel, pois os domínios cristalinos do PVA formados durante os ciclos atuam como pontos de reticulação da membrana, permitindo a avaliação das medidas de transporte de água e do fármaco das membranas na presença de SEP. Neste estudo as membranas foram caracterizadas através de calorimetria diferencial, termogravimetria e difração de raios-X. Ainda foram feitos estudos de retenção polimérica, inchamento em plasma simulado, hemocompatibilidade, carreamento e liberação de fármaco. Os resultados mostram que os ciclos de criogelificação alteram significativamente o inchamento das membranas; as interações polímero-nanopartícula aumentam a rigidez da fase amorfa. O grau de hemólise diminui nos hidrogéis nanocompósitos quando comparados com os hidrogéis puros. O aumento da porcentagem de nanopartícula diminui a cristalinidade da membrana. O perfil de degradação, a estabilidade térmica das amostras e a liberação do fármaco não são modificados pela quantidade de nanopartícula incorporada.

Os cimentos de fosfato de cálcio apresentam uma série de vantagens de utilização em ortopedia e traumatologia, sendo as mais destacadas a sua biocompatibilidade e bioatividade, as quais permitem a osteocondução dos tecidos ósseos e o endurecimento “in situ”, permitindo maior facilidade de manipulação. Entretanto; através dos métodos convencionais de reação no estado sólido há uma grande dificuldade em se obter a fase α- fosfato tricálcico pura. Com o desenvolvimento deste trabalho foi possível sintetizar a fase α-fosfato tricálcico nanoestruturado com elevado grau de pureza, utilizando-se o método de síntese de combustão em solução. Após os estudos da influência do pH, da natureza do combustível (uréia ou glicina) e dos teores estequiométricos de combustível (0,75; 1,0; 1,5 e 2,0) foi possível definir os melhores parâmetros de síntese (pH 1,5 e combustível uréia em teor duas vezes maior do que o estequiométrico). Com a definição dos parâmetros ótimos de reação, estudou-se a viabilidade de sua utilização como cimento de fosfato de cálcio. Nesta etapa verificou-se a influência do tamanho de partícula através do tempo de moagem. Para tempo de moagem de 180 minutos foram obtidos valores de resistência mecânica à compressão de até 30,4 MPa. Porém após a imersão em solução de plasma sanguineo simulado (SBF) em tempos crescentes de até 28 dias, ocorreu a diminuição desta propriedade o que é indicativo da alta solubilidade dos pós de α-fosfato tricálcico obtidos via síntese de combustão em solução. O ensaio de citotoxicidade In Vitro demonstrou que o CFC sintetizado neste trabalho não apresentou efeito tóxico para as células. Na sequência do trabalho, investigou-se a viabilidade da aplicação do CFC como substituto ósseo e como carga cerâmica em criogéis poliméricos para utilização em engenharia de tecidos. Inicialmente utilizou-se o sistema dimetilaminoetil metacrilato (DMAEMA) com a adição de 5% de um ácido acrílico (ácido acrílico ou ácido metacrílico), porém tal sistema se mostrou muito instável e apresentou baixa reprodutibilidade. Dessa forma, substituiu-se o ácido acrílico pelo monômero hidroxietil metacrilato (HEMA), pelo fato de o último possuir maior estabilidade química e melhores propriedades mecânicas. Com o uso deste sistema foram obtidos arcabouços porosos através do método de criopolimerização com porosidade de até 75% e poros de até 1 milímetro de diâmetro. A adição de α-fosfato tricálcico às estruturas porosas pouco influenciou nas propriedades físicas da rede polimérica e nas propriedades mecânicas dos arcabouços porosos, porém aumentou significativamente a biocompatibilidade destes, permitindo a adesão e a proliferação de células tronco mesenquimais. A presença de colágeno do tipo I e de fosfatase alcalina são bons indicativos de que as células tronco mesenquimais estão se diferenciando em tecido ósseo e demonstram o potencial destes materiais para o seu uso como biomaterial e mais especificamente como substitutos ósseos. / The calcium phosphate cements have a large number of advantages regarding its use in orthopedics and traumatology, being the most prominent its biocompatibility and bioactivity, which allows the osteoconductive of bone tissue and in situ hardening, allowing greater ease of handling. However, the use of conventionals synthesis methods, e.g. solid state reactions, brings great difficulty to the obtainment of highly pure α- tricalcium phosphate phase. In this thesis, the use of the solution combustion synthesis method allowed to synthesize nanostructured α-tricalcium phosphate with high purity. Further studies on pHs influence, fuel natures (urea or glycine) and fuel ratio (0.75, 1.0, 1.5 and 2.0) allowed to define the best synthesis parameters (pH 1.5 and urea fuel content in two times higher than the stoichiometric). After choosing the best paramaters to the obtainment of higly pure α-tricalcium phosphate, we studied the feasibility of their use as calcium phosphate cement (CFC) by studing the influence of particle size by increasing the milling time from 30 to 180 minutes. The better results were found for the milling time of 180 minutes. Compressives strength of up to 30.4 Mpa were obtained for this formulation. However, after soaking the calcium phosphate cements in simulated blood plasma (SBF) in growing times up to 28 days, a decrease in the compressive strenght was noticed, which is an indicative of the high solubility of the α-tricalcium phosphate powders obtained by solution combustion synthesis. After the obtainment of the calcium phosphate cements, its application as bone substitute and as ceramic load in polymeric cryogels for use in tissue engineering were studied. Initially, the system dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) with 5% of an acrylic acid (acrylic acid or methacrylic acid) was used, but due its great instability and lack of reproductbility this system was abandoned. Since it has greater chemical stability and good mechanical properties, the monomer hydroxyethyl methacrylate (HEMA) was chosen as pair to the DMAEMA monomer. With the use of this polymeric system, porous scaffolds with porosity of up to 75% and pores up to 1 mm in diameter were obtained by the method of cryopolymerization. The addition of α-tricalcium phosphate to the porous scaffolds did not showed a significant influence on physical properties of the polymer network nether on mechanical properties of porous structures. However, it increased significantly the biocompatibility of the scaffolds, allowing the adhesion and proliferation of mesenchymal stem cells. The presence of type I collagen and alkaline phosphatase are good indicators that mesenchymal stem cells are differentiating into bone tissue and demonstrate the potential application of these materials as biomaterials, more specifically as bone substitutes.

RMN de Exchange em estado sólido é uma importante técnica utilizada na caracterização de processos dinâmicos em ciência dos materiais. Entretanto, a utilização desta técnica no estudo de materiais complexos tem sido limitada. Neste trabalho, serão propostas novas metodologias de RMN de Exchange em estado sólido, que permitem analisar eficientemente movimentos moleculares na escala de tempo de milisegundos. A técnica denominada Pure Exchange Solid-State NMR (PUREX), provê a supressão dos segmentos rígidos dos espectros de exchange, tomando possível observar os segmentos com mobilidade na escala de ms seletivamente. A técnica Centerband-Only Detection of Exchange (CODEX), permite a observação e caracterização de reorientações moleculares lentas com a maior sensibilidade e resolução disponíveis em RMN de estado sólido, através de espectros obtidos sob rotação da amostra em tomo do ângulo mágico (MAS). Utilizando essas técnicas as funções e tempos de correlação e a geometria de movimentos moleculares lentos podem ser determinadas diretamente, sem a necessidade da utilização de modelos que relacionem as grandezas medidas e as características do movimento molecular. A utilização dos métodos apresentados, permite a identificação e caracterização da dinâmica lenta em materiais complexos, tais como polímeros amorfos, semicristalinos e proteínas. Com objetivo inicial de demonstrar as técnicas, elas foram aplicadas para confirmar detalhes da dinâmica molecular em amostras modelo. Através destas técnicas foi possível confirmar a escala de tempo e os ângulos de reorientação envolvidos na dinâmica molecular de cristais orgânicos, Dimetil Sulfona (DMS), e também para revisitar processos de relaxação local em alguns polímeros, polimetacritato de metila (PMMA) e isotatico polipropileno (iPP). As metodologias foram também aplicadas no estudo da transição vítrea em polímeros semicristalinos, isotatico poli(1-buteno) (iPB 1) e sindiotático polipropileno, os quais não tinham sido ainda estudados por técnicas de RMN de Exchange, já que neste caso a maioria dos segmentos moleculares (porção cristalina do polímero) é rígida durante a transição vítrea. Utilizando os métodos CODEX e PUREX os movimentos lentos que ocorrem na região amorfa destes polímeros em temperaturas próximas as suas temperaturas de transição vítrea foram caracterizados. Um estudo dos movimentos lentos que ocorrem em tomo das temperaturas de transição vítrea nas cadeias poliméricas de dois tipos de nanocompostos híbridos siloxano/(polietileno glicol) (ormolitas) também é apresentado. Heterogeneidades nos movimentos das cadeias poliméricas associados com a interação PEG/siloxano foram diretamente observadas através de experimentos PUREX 1D de Exchange 2D. Evidenciais da presença de movimentos de grande e pequena amplitude foram observados para os dois tipos de híbridos. Os resultados revelam que a restrição do movimento das cadeias poliméricas pelas estruturas de siloxano depende tanto do comprimento da cadeia como da natureza das interações entre as fases orgânica e inorgânica do nanocomposto. Finalmente os resultados referentes a caracterização da dinâmica molecular rápida e lenta e sua relação com as propriedades estruturais de um hidrogel protéico são apresentados. Utilizando uma versão modificada da técnica CODEX, juntamente com experimentos de polarização direta, polarização cruzada e RMN de correlação 2D, foi possível não somente confirmar a estrutura e o modelo de formação propostos para o gel, mas também determinar a geometria e a escala de tempo dos movimentos lentos que ocorrem na região de hélice do hidrogel protéico em grandes detalhes. A demonstração teórica e experimental das técnicas e suas aplicações no estudo dessas importantes classes de materiais serão apresentadas. / Solid-State Exchange NMR is an important method to characterize details of dynamic process in materials science. However, the application of these techniques to study complex materials has been limited. In this work new solid-state Exchange NMR techniques, which allows efficient analysis of molecular motions in the millisecond time scale, are presented. The Pure Exchange Solid-State NMR (PUREX) method provides the suppression of the rigid segments in standard exchange spectrum, making possible to observe the slow moving moieties selectively. The Centerband-Only Detection of Exchange (CODEX) technique allows observing and characterizing slow segmental reorientations with the highest available NMR sensitivity and site resolution, in a magic angle spinning (MAS) NMR spectrum. Correlation functions, correlation times and information about the motional amplitude and geometry can be direct1y obtained using the techniques, without any model assumption. These methods allowed identifying and characterizing slow dynamics in complex materials such as, semicrystalline and amorphous polymers and proteins. To demonstrated the proposed techniques they have been applied to confirm some kwon aspect of the slow dynamics of model samples. Using the methods it was possible o confirm the time scale and the reorientation angles involved in the molecular dynamics of organic crystals, Dimethyl Sulfone (DMS), and also to revisit some relaxation process in standard polymers, such as the beta relaxation of poly(methyl metacrylate) (PMMA) and the alfa relaxation in isotactic polypropylene (iPP). The time scale and the geometry of the molecular motions responsible by these relaxation process obtained using the PUREX and CODEX techniques are in excellent agreement with the data taken from the literature, confirming the reliability of the proposed methods. Moreover, the techniques were also applied to study the slow molecular motions involved in the glass transition of semicrystalline polymers, such as isotactic poly (l-butene) form I (iPB1) and syndiotactic Polypropylene (sPP). The glass transition of these polymers had not been studied using Exchange NMR methods because most of the molecular segments (crystalline portion of the polymers) are rigid during the glass transition. Using the PUREX and CODEX methods the slow molecular reorientations within the amorphous region of the polymers were characterized for temperatures near its glass transition. A study of the slow motions occurring around the glass transition temperature in the polymer chains of two types of siloxane/(polyethylene glycol) nanocomposites (ormolites) is also presented. Motional heterogeneities associated with PEG/ siloxane interactions were directly observed in the 13C 1D PUREX and 2D exchange data. Evidences of both small and large angle amplitude motions were direct1y observed for both types of hybrids. The results revealed that the hindrance to the slow molecular motions of the polymer chains due to the siloxane structures depends on the chain length and the nature of the interaction between the organic and inorganic phases. Finally the results concerning the characterization of the fast and slow dynamics and its relationship with the structural properties of a protein hidrogel are presented. Using a modified version of the CODEX technique, together with standard direct polarization, cross polarization and 2D NMR correlation experiments, it was possible not only to confirm the proposed structure and the gel formation model, but also to characterize the geometry and the time scale of the slow motions in the helical domains of the protein hidrogel in great detail. The theoretical and experimental demonstration of all proposed methods and also its applications in these important classes of material will be present.

Os cimentos de fosfato de cálcio apresentam uma série de vantagens de utilização em ortopedia e traumatologia, sendo as mais destacadas a sua biocompatibilidade e bioatividade, as quais permitem a osteocondução dos tecidos ósseos e o endurecimento “in situ”, permitindo maior facilidade de manipulação. Entretanto; através dos métodos convencionais de reação no estado sólido há uma grande dificuldade em se obter a fase α- fosfato tricálcico pura. Com o desenvolvimento deste trabalho foi possível sintetizar a fase α-fosfato tricálcico nanoestruturado com elevado grau de pureza, utilizando-se o método de síntese de combustão em solução. Após os estudos da influência do pH, da natureza do combustível (uréia ou glicina) e dos teores estequiométricos de combustível (0,75; 1,0; 1,5 e 2,0) foi possível definir os melhores parâmetros de síntese (pH 1,5 e combustível uréia em teor duas vezes maior do que o estequiométrico). Com a definição dos parâmetros ótimos de reação, estudou-se a viabilidade de sua utilização como cimento de fosfato de cálcio. Nesta etapa verificou-se a influência do tamanho de partícula através do tempo de moagem. Para tempo de moagem de 180 minutos foram obtidos valores de resistência mecânica à compressão de até 30,4 MPa. Porém após a imersão em solução de plasma sanguineo simulado (SBF) em tempos crescentes de até 28 dias, ocorreu a diminuição desta propriedade o que é indicativo da alta solubilidade dos pós de α-fosfato tricálcico obtidos via síntese de combustão em solução. O ensaio de citotoxicidade In Vitro demonstrou que o CFC sintetizado neste trabalho não apresentou efeito tóxico para as células. Na sequência do trabalho, investigou-se a viabilidade da aplicação do CFC como substituto ósseo e como carga cerâmica em criogéis poliméricos para utilização em engenharia de tecidos. Inicialmente utilizou-se o sistema dimetilaminoetil metacrilato (DMAEMA) com a adição de 5% de um ácido acrílico (ácido acrílico ou ácido metacrílico), porém tal sistema se mostrou muito instável e apresentou baixa reprodutibilidade. Dessa forma, substituiu-se o ácido acrílico pelo monômero hidroxietil metacrilato (HEMA), pelo fato de o último possuir maior estabilidade química e melhores propriedades mecânicas. Com o uso deste sistema foram obtidos arcabouços porosos através do método de criopolimerização com porosidade de até 75% e poros de até 1 milímetro de diâmetro. A adição de α-fosfato tricálcico às estruturas porosas pouco influenciou nas propriedades físicas da rede polimérica e nas propriedades mecânicas dos arcabouços porosos, porém aumentou significativamente a biocompatibilidade destes, permitindo a adesão e a proliferação de células tronco mesenquimais. A presença de colágeno do tipo I e de fosfatase alcalina são bons indicativos de que as células tronco mesenquimais estão se diferenciando em tecido ósseo e demonstram o potencial destes materiais para o seu uso como biomaterial e mais especificamente como substitutos ósseos. / The calcium phosphate cements have a large number of advantages regarding its use in orthopedics and traumatology, being the most prominent its biocompatibility and bioactivity, which allows the osteoconductive of bone tissue and in situ hardening, allowing greater ease of handling. However, the use of conventionals synthesis methods, e.g. solid state reactions, brings great difficulty to the obtainment of highly pure α- tricalcium phosphate phase. In this thesis, the use of the solution combustion synthesis method allowed to synthesize nanostructured α-tricalcium phosphate with high purity. Further studies on pHs influence, fuel natures (urea or glycine) and fuel ratio (0.75, 1.0, 1.5 and 2.0) allowed to define the best synthesis parameters (pH 1.5 and urea fuel content in two times higher than the stoichiometric). After choosing the best paramaters to the obtainment of higly pure α-tricalcium phosphate, we studied the feasibility of their use as calcium phosphate cement (CFC) by studing the influence of particle size by increasing the milling time from 30 to 180 minutes. The better results were found for the milling time of 180 minutes. Compressives strength of up to 30.4 Mpa were obtained for this formulation. However, after soaking the calcium phosphate cements in simulated blood plasma (SBF) in growing times up to 28 days, a decrease in the compressive strenght was noticed, which is an indicative of the high solubility of the α-tricalcium phosphate powders obtained by solution combustion synthesis. After the obtainment of the calcium phosphate cements, its application as bone substitute and as ceramic load in polymeric cryogels for use in tissue engineering were studied. Initially, the system dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) with 5% of an acrylic acid (acrylic acid or methacrylic acid) was used, but due its great instability and lack of reproductbility this system was abandoned. Since it has greater chemical stability and good mechanical properties, the monomer hydroxyethyl methacrylate (HEMA) was chosen as pair to the DMAEMA monomer. With the use of this polymeric system, porous scaffolds with porosity of up to 75% and pores up to 1 mm in diameter were obtained by the method of cryopolymerization. The addition of α-tricalcium phosphate to the porous scaffolds did not showed a significant influence on physical properties of the polymer network nether on mechanical properties of porous structures. However, it increased significantly the biocompatibility of the scaffolds, allowing the adhesion and proliferation of mesenchymal stem cells. The presence of type I collagen and alkaline phosphatase are good indicators that mesenchymal stem cells are differentiating into bone tissue and demonstrate the potential application of these materials as biomaterials, more specifically as bone substitutes.