Graduation date: 1991

Single crystal surfaces can be used as substitutes or models for the actual reactive surfaces of heterogeneous catalysts. The advantage in using such models is that the reaction of interest can be isolated on the particular face of the crystal that is thought to be catalytically active. A variety of ordered chlorine covered Ti surfaces were prepared which should be useful as model surfaces for studying Ziegler-Natta reactions. These include a chlorine covered Ti(100) surface on which a 4x6 LEED pattern was observed and a chlorine covered Ti(001) surface, on which a chlorine coincidence lattice was formed. The reactivity of clean and partially chlorine covered Ti(001) and (100) surfaces toward ethylene was also studied. During the investigation of ethylene uptake an epitaxial layer of TiC(lll) was produced on the clean Ti(001) surface. Ethylene uptake curves and carbon segregation to the chlorine covered crystal face are reported for various fractional chlorine coverages. Sulfur segregation from the bulk, to the surface of a Ti single crystal was studied and ordered LEED patterns recorded on ,both the Ti(001) and Ti(100) surfaces. The sulfur covered surfaces were in turn used in additional experiments designed to investigate the uptake of chlorine and the thermal desorption of chlorine from a sulfur covered surface. / Graduation date: 1991

A surface pretreatment for aluminum and titanium involving the reaction of phosphonic acid (RPO(OH)2), R=butyl or vinyl for aluminum and R=vinyl for titanium, has been investigated. The durability of phosphonic acid-pretreated samples was compared with that for P2-etched (ferric sulfate-sulfuric acid) adherends. Samples were bonded with LaRC-IA adhesive in a wedge test geometry. Environmental testing consisted of static and cyclical exposure for 240 hours in three atmospheres: 1) 170°C, 2 torr; 2) -20°C; 3) 60°C, 70% relative humidity. Crack propagation arrested within 48 hours. The order of durability in static environmental tests for aluminum was vinyl phosphonic acid > P2 > butyl phosphonic acid. The durability performance was reversed for cyclic testing. The durability of specimens using P2-etched titanium was superior to that for vinyl phosphonic acid-treated titanium in all environmental tests. / Master of Science

Este estudo analisou a influência de diferentes superfícies de titânio na adesão, proliferação e diferenciação de células semelhantes a osteoblastos de rato (osteo-1) em culturas, na presença ou não da proteína morfogenética óssea recombinante-2 (rhBMP-2). As células osteo-1 foram cultivadas sobre as seguintes superfícies de titânio: 1. superfície lisa, 2. superfície desgastada com partículas de areia e condicionamento ácido (SLA) e 3. superfície desgastada com partículas de areia e condicionamento ácido sob proteção de nitrogênio e armazenadas em solução isotônica de cloreto de sódio (SLActive), na presença ou não de 20 ng/ml de rhBMP-2. Foram analisadas a adesão celular em 24 horas, o conteúdo total de proteínas, o conteúdo de colágeno e a atividade de fosfatase alcalina em 7, 14 e 21 dias e a formação de nódulos calcificados em 21 dias. Os resultados mostraram que a adesão não foi influenciada nem pelo tipo de superfície nem pelo tratamento com rhBMP-2 (p=0,0936). Quando relacionamos o conteúdo total de proteínas ao número total de células, percebemos que a proliferação não foi influenciada pelo tipo de superfície de titânio, porém a adição de rhBMP-2 levou a uma redução estatisticamente significante na superfície SLA aos 21 dias (p=0,0000). Em relação à diferenciação, pudemos observar que o tipo de superfície não influenciou o conteúdo total de proteínas, o conteúdo de colágeno e a formação de nódulos calcificados em quaisquer dos períodos analisados. A atividade de fosfatase alcalina somente foi influenciada pelo tipo de superfície aos 14 dias, onde o grupo C/SLAactive apresentou valores inferiores ao grupo C/Liso (p=0,0000). A adição de rhBMP-2 promoveu uma maior influência sobre o processo de diferenciação, levando a uma redução estatisticamente significante no conteúdo total de proteínas na superfície SLA aos 21 dias (p=0,0000), a um aumento estatisticamente significante no conteúdo de colágeno na superfície SLActive no período de 7 dias (p=0,0005) e a uma diminuição estatisticamente significante na atividade de fosfatase alcalina na superfície lisa nos períodos de 14 e 21 dias, na superfície SLA aos 14 dias e na superfície SLActive aos 21 dias (p=0,0000). Somente a formação de nódulos calcificados não sofreu influência da adição de rhBMP-2. / This study has analyzed the influence of different titanium surfaces in the adhesion, proliferation and differentiation of rat osteoblast-like cells (osteo-1 culture), in the presence or not, of the recombinant bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2). The osteo-1 cells were grown on the following titanium surfaces: 1. smooth surface; 2. coarse grit-blasted and acid-etched surface (SLA); and 3. coarse grit-blasted and acid-etched surface under nitrogen protection, and stored in sodium chloride isotonic solution (SLActive), in the presence or not, of 20 ng/ml of rhBMP-2. It was analyzed the cell adhesion in 24 hours, the total protein content, the collagen content, and the alkaline phosphatase in 7, 14 and 21-day periods, and also the formation of calcified nodules in 21 days. The results showed that the adhesion was neither influenced by the surface type, nor by the treatment with rhBMP-2 (p=0.0936). When we related the total protein content to the total number of cells, we noticed that the proliferation was not influenced by the titanium surface type; however, the addition of rhBMP-2 led to a statistically significant reduction on the SLA surface at 21 days (p=0.0000). Concerning the differentiation, we could observe that the surface type did not influence the total content of proteins, the collagen content and the formation of calcified nodules in any of the analyzed periods. The alkaline phosphatase activity was only influenced by the surface type at 14 days, where the group C/SLActive presented lower values than the group C/Smooth (p=0.0000). The addition of rhBMP- 2 promoted a bigger influence over the differentiation process, thus leading to a statistically significant reduction in the total protein content on the SLA surface at 21 days (p=0.0000), a statistically significant increase in the collagen content on the surface SLActive in the 7-day period (p=0.0005), a statistically significant reduction in the alkaline phosphatase activity on the smooth surface in the 14 and 21-day periods, on the SLA surface at 14 days, and on the SLActive surface at 21 days (p=0.0000). Only the formation of calcified nodules did not undergo influence of the rhBMP-2 addition.

Este estudo analisou a influência de diferentes superfícies de titânio na adesão, proliferação e diferenciação de células semelhantes a osteoblastos de rato (osteo-1) em culturas, na presença ou não da proteína morfogenética óssea recombinante-2 (rhBMP-2). As células osteo-1 foram cultivadas sobre as seguintes superfícies de titânio: 1. superfície lisa, 2. superfície desgastada com partículas de areia e condicionamento ácido (SLA) e 3. superfície desgastada com partículas de areia e condicionamento ácido sob proteção de nitrogênio e armazenadas em solução isotônica de cloreto de sódio (SLActive), na presença ou não de 20 ng/ml de rhBMP-2. Foram analisadas a adesão celular em 24 horas, o conteúdo total de proteínas, o conteúdo de colágeno e a atividade de fosfatase alcalina em 7, 14 e 21 dias e a formação de nódulos calcificados em 21 dias. Os resultados mostraram que a adesão não foi influenciada nem pelo tipo de superfície nem pelo tratamento com rhBMP-2 (p=0,0936). Quando relacionamos o conteúdo total de proteínas ao número total de células, percebemos que a proliferação não foi influenciada pelo tipo de superfície de titânio, porém a adição de rhBMP-2 levou a uma redução estatisticamente significante na superfície SLA aos 21 dias (p=0,0000). Em relação à diferenciação, pudemos observar que o tipo de superfície não influenciou o conteúdo total de proteínas, o conteúdo de colágeno e a formação de nódulos calcificados em quaisquer dos períodos analisados. A atividade de fosfatase alcalina somente foi influenciada pelo tipo de superfície aos 14 dias, onde o grupo C/SLAactive apresentou valores inferiores ao grupo C/Liso (p=0,0000). A adição de rhBMP-2 promoveu uma maior influência sobre o processo de diferenciação, levando a uma redução estatisticamente significante no conteúdo total de proteínas na superfície SLA aos 21 dias (p=0,0000), a um aumento estatisticamente significante no conteúdo de colágeno na superfície SLActive no período de 7 dias (p=0,0005) e a uma diminuição estatisticamente significante na atividade de fosfatase alcalina na superfície lisa nos períodos de 14 e 21 dias, na superfície SLA aos 14 dias e na superfície SLActive aos 21 dias (p=0,0000). Somente a formação de nódulos calcificados não sofreu influência da adição de rhBMP-2. / This study has analyzed the influence of different titanium surfaces in the adhesion, proliferation and differentiation of rat osteoblast-like cells (osteo-1 culture), in the presence or not, of the recombinant bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2). The osteo-1 cells were grown on the following titanium surfaces: 1. smooth surface; 2. coarse grit-blasted and acid-etched surface (SLA); and 3. coarse grit-blasted and acid-etched surface under nitrogen protection, and stored in sodium chloride isotonic solution (SLActive), in the presence or not, of 20 ng/ml of rhBMP-2. It was analyzed the cell adhesion in 24 hours, the total protein content, the collagen content, and the alkaline phosphatase in 7, 14 and 21-day periods, and also the formation of calcified nodules in 21 days. The results showed that the adhesion was neither influenced by the surface type, nor by the treatment with rhBMP-2 (p=0.0936). When we related the total protein content to the total number of cells, we noticed that the proliferation was not influenced by the titanium surface type; however, the addition of rhBMP-2 led to a statistically significant reduction on the SLA surface at 21 days (p=0.0000). Concerning the differentiation, we could observe that the surface type did not influence the total content of proteins, the collagen content and the formation of calcified nodules in any of the analyzed periods. The alkaline phosphatase activity was only influenced by the surface type at 14 days, where the group C/SLActive presented lower values than the group C/Smooth (p=0.0000). The addition of rhBMP- 2 promoted a bigger influence over the differentiation process, thus leading to a statistically significant reduction in the total protein content on the SLA surface at 21 days (p=0.0000), a statistically significant increase in the collagen content on the surface SLActive in the 7-day period (p=0.0005), a statistically significant reduction in the alkaline phosphatase activity on the smooth surface in the 14 and 21-day periods, on the SLA surface at 14 days, and on the SLActive surface at 21 days (p=0.0000). Only the formation of calcified nodules did not undergo influence of the rhBMP-2 addition.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Dental implants appeared as an alternative for replacing missing teeth. The first dental implants were based on empiricism and were unsuccessful because of the lack of controlled clinical trials and scientific studies. In the 1960 s Brånemark and colleagues, based on clinical research developed a new implant system using a direct anchorage in the bone structure, without an interposed having soft tissue, called osseointegration. The osseointegration process involves biomechanical aspects and it is not yet completely understood. In various studies it has been verified that the implat surface treatment, for example, surfaces treated with sandblasting and acid etching, has shown itself to be one of the principal factors influencing osteogenesis and consequently osseointegration. Such surfaces offer conditions appropriate for a quicker bone apposition, thus making load application possible in a shorter period of time. Therefore, the purpose of this study was to evaluate the osteogenesis phenomenon in dental implants, taking into consideration the different surfaces obtained through differing sandblasting and acid etching conditions. An evaluation was carried out using in vitro experiments of osteoblastic cell culture. An osseointegration index was defined to measure the intensity of the osteogenesis based on calculations of cell viability and proliferation, alkaline phosphatase activity and mineralized nodules formation. The experiments were conducted in such a way that the sensitivity of the varios measures would be analyzed and, by means of similar methods in engineering, a predictable equation was defined for the phenomenon. The advantage of this procedure is the possibility of foreseeing the osteogenesis level, without resorting to experiments in vivo and in vitro which, in general are time consuming and costly, making it possible to evaluate a product, with respect to its surface conditions before putting it on the market, thus serving as a quality control tool . / A implantodontia surgiu como uma alternativa para substituir um elemento dental perdido. Os primeiros implantes odontológicos baseavam-se no empirismo e fracassaram devido à falta de estudos clínicos e científicos controlados. Na década de 60, Brånemark e colaboradores, fundamentados em pesquisas clínicas, desenvolveram um novo sistema de implantes baseado em uma ancoragem direta no tecido ósseo, sem a interposição de tecido mole, denominada osseointegração. O processo de osseointegração envolve aspectos biomecânicos e ainda não foi completamente esclarecido. Em vários estudos tem-se verificado que o tratamento da superfície do implante, por exemplo, superfícies tratadas com jateamento e condicionadas com ataque ácido, vem sendo um dos principais fatores que influenciam na osteogênese e, consequentemente, na osseointegração. Tais superfícies apresentariam condições apropriadas para uma aposição óssea de forma mais rápida possibilitando uma aplicação de carga em um menor período de tempo. Assim, a proposta deste trabalho foi avaliar o fenômeno da osteogênese em implantes dentários, considerando diferentes superfícies obtidas por diferentes condições de jateamento e ataque ácido. A avaliação foi feita utilizando ensaios in vitro de cultura de células osteoblásticas, sendo definido um índice para medir a intensidade da osteogênese baseado nas medidas da proliferação e viabilidade celular, fosfatase alcalina e nódulos de mineralização. Os ensaios foram conduzidos, de tal forma que, a sensibilidade das variáveis medidas fosse analisada e através de métodos de similitude em engenharia definiu-se uma equação de predição para o fenômeno. A vantagem deste procedimento é a possibilidade de previsão do nível da osteogênese, sem utilizar ensaios in vitro e in vivo que em geral são demorados e de alto custo, permitindo avaliar um produto, quanto às condições da superfície, antes de ser lançado no mercado, servindo como uma ferramenta do controle de qualidade. / Doutor em Engenharia Mecânica