Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-10-24Bitstream added on 2014-06-13T18:46:25Z : No. of bitstreams: 1 ledemi_yag_dr_araiq.pdf: 4381823 bytes, checksum: a988190ae336a68b630fd0469bbb9ed7 (MD5) / Les travaux présentés dans ce manuscrit concernent l’étude de nouvelles vitrocéramiques transparentes à base de chalco-halogénures dopées par des ions de terres pour la luminescence dans le visible. L’addition de différents halogénures d’alcalins à des verres du système Ga2S3-GeS2 a été étudiée avec l’objectif d’étendre leur transparence vers l’ultraviolet. Des verres du système Ga2S3- GeS2-CsCl complètement transparents dans le visible (400-750 nm) jusqu’au moyen infrarouge (11,5 μm) ont été obtenus. Des vitrocéramiques transparentes et homogènes ont ensuite été préparées de manière contrôlée à partir de plusieurs verres à différentes teneurs en CsCl dans le système Ga2S3-GeS2-CsCl. Des nanocristallites de taille homogène et uniformément dispersées dans la matrice amorphe sont formées de manière reproductible par des traitements thermiques appropriés. Une étude d’un point de vue structural de la cristallisation a été réalisée par diffraction de rayons X et résonance magnétique nucléaire à l’état solide sur les noyaux 71Ga et 133Cs. Le rôle d’agent de nucléation du gallium a été mis en évidence dans cette matrice avec la cristallisation d’une phase Ga2S3. Un meilleur comportement mécanique a également été observé pour les matériaux composites préparés. Des vitrocéramiques dopées par des ions de terres rares (praséodyme Pr3+ et néodyme Nd3+) ont été synthétisées dans le système Ga2S3-GeS2-CsCl. L’évolution de la luminescence dans le visible des ions Pr3+ et Nd3+ a été étudiée en fonction des conditions de traitement thermique. Au vu des résultats obtenus, il semble que l’ion Pr3+ ne soit pas incorporé dans les cristallites. Une augmentation de la luminescence de l’ion Nd3+ a en revanche été constatée, suggérant une incorporation partielle de ces ions dans une phase cristalline... (Résumé complet accès électronique ci - dessous) / Vitrocerâmicas transparentes baseadas em novas composições de calco-halogenetos dopadas com íons de terras raras foram produzidas com o objetivo de gerar luz no visível. A adição de diferentes halogenetos alcalinos em vidros do sistema Ga2S3-GeS2 foi estudada com a finalidade de aumentar a sua janela de transparência no ultravioleta. Vidros no sistema Ga2S3- GeS2-CsCl totalmente transparentes no visível (400-750 nm) até a região do infravermelho médio (11,5μm) foram obtidos. Vitrocerâmicas transparentes e homogêneas foram em seguida preparadas a partir de vidros variando a concentração de CsCl no sistema Ga2S3-GeS2-CsCl. As condições dos tratamentos térmicos (temperaturas e tempos) foram estabelecidas permitindo o controle dos processos de nucleação e crescimento dos cristalitos dentro da matriz vítrea. Nanocristalitos uniformemente distribuídos e com tamanho homogêneo foram obtidos e confirmados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Estudos estruturais foram realizadas nas vitrocerâmicas utilizando-se as técnicas de difração de raios X e resonância magnetica nuclear do sólido do 133Cs e 71Ga. Foi evidenciado o papel do agente de nucleação do gálio neste material, com a cristalização da fase Ga2S3. Um aumento da resistência mecânica foi também observado nestes materiais em comparação aos vidros de base. Em seguida, vitrocerâmicas dopadas com íons de terras raras (praseodímio Pr3+ e neodímio Nd3+) foram sintetizadas no sistema Ga2S3-GeS2-CsCl. A luminescência dos íons Pr3+ e Nd3+ no visível foi estudada em função dos tratamentos térmicos aplicados aos materiais. Foi observado que não houve a incorporação dos íons Pr3+na matriz. Por outro lado, um aumento da fluorescência do íon Nd3+ foi observado, sugerindo uma incorporação parcial destes íons dentro da fase cristalina... / The present work deals with the study of new chalco-halide glass-ceramics doped with rare earth ions for visible luminescence. The effect of the addition of different alkali-halide into glasses belonging to the Ga2S3-GeS2 system has been studied with the aim to extend their transparency into the ultraviolet region. Glasses transparent over the visible range (400-750 nm) up to the mid infrared (11,5 μm) have been obtained in the Ga2S3-GeS2-CsCl system. Transparent and homogeneous glass-ceramics have been prepared from several base glasses varying the CsCl content in the Ga2S3-GeS2-CsCl system. Nanocrystals with homogeneous size and uniformly distributed in the amorphous matrix have been generated with reproducibility by appropriate heat-treatment. A structural study of the crystallization has been realized using X-ray diffraction and solid state nuclear magnetic resonance performed on the 71Ga and 133Cs nuclei. The nucleating agent character of gallium has been shown in the glassy matrix with the crystallization of the Ga2S3 phase. An improved mechanical behaviour has also been observed in the prepared composite materials. Rare-earth ion (praseodymium Pr3+ and neodymium Nd3+) doped glass-ceramics have been synthesized in the Ga2S3-GeS2-CsCl system. The visible luminescence from Pr3+ and Nd3+ ions has been studied as a function of heat-treatment conditions. It appeared from experiments that Pr3+ ions are not incorporated into the crystals contrary to the Nd3+ ions from which an enhanced luminescence was observed, suggesting their partial integration into the crystalline phase. Finally, silver and Pr3+ doped glasses have been synthesized in the Ga2S3-GeS2 system. Metallic silver nanoparticles were generated by heat-treatment at 370°C and characterized by transmission electronic microscopy. The influence of the NPs on the Pr3+ ions luminescence properties was studied by performing frequency... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:03:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho é dedicado à caracterização óptica de materiais nanoestruturados que são de interesse nas áreas de óptica não linear, optoeletrônica e nanofotônica. Para isto utilizamos a técnica de geração de segundo harmônico incoerente conhecida como técnica de espalhamento hiper-Rayleigh e a técnica de geração de terceiro harmônico. Os materiais investigados são vitrocerâmicas contendo nanocristais de niobato de sódio (NaNbO3) e colóides contendo nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) e titanato de chumbo (PbTiO3) em etanol. O primeiro capítulo apresenta uma introdução sobre materiais nanoestruturados e sua relação com a óptica não linear, e no mesmo capítulo descrevemos algumas propriedades particulares dos materiais estudados nesta pesquisa assim com o processo de elaboração das amostras. O capitulo 2 é dedicado às questões teóricas relacionadas com os fenômenos de geração de harmônicos coerentes e incoerentes. Os capítulos 3 e 4 são dedicados a técnica de espalhamento hiper-Rayleigh e a técnica de terceiro harmônico. Em ambos os capítulos fazemos uma descrição das técnicas e dos experimentos realizados e os resultados obtidos. A técnica de espalhamento hiper-Rayleigh foi desenvolvida para determinar a primeira hyperpolarizabilidade (β) de moléculas em solução, mas nos últimos anos também tem sido utilizada para determinar a primeira hiperpolarizabilidade efetiva de nanopartículas em colóides. Em nosso trabalho, utilizamos esta técnica pela primeira vez para determinar β de nanopartículas inseridas numa matriz vítrea. Também utilizamos a técnica para determinar β de nanopartículas de materiais ferroelétricos suspensas em etanol. O valor de β calculado para as partículas de NaNbO3 foi muito baixo se comparado com o valor reportado para partículas semicondutoras de igual tamanho, enquanto o valor calculado para as partículas de BaTiO3 e PbTiO3 foi da ordem de outros materiais semicondutores. A técnica de geração de terceiro harmônico é utilizada para determinar a susceptibilidade de terceira ordem de materiais transparentes, para isto é utilizado o método de franjas de Maker que é tradicionalmente realizado com pulsos monocromáticos, e permite calcular o comprimento de coerência de geração de segundo o terceiro harmônico dos materiais e o coeficiente não linear de terceiro harmônico. Em nossa pesquisa realizamos o experimento pela primeira vez com pulsos de femtossegundos e desenvolvemos um método para determinar a curva de dispersão de materiais e o coeficiente não linear. O método foi utilizado para a caracterização das vitrocerâmicas contendo nanocristais de niobato de sódio

Orientador: José de los Santos Guerra / Resumo: Os materiais vítreos a base de TeO2 têm sido amplamente estudados e suas potencialidades requerem particular atenção para o desenvolvimento de novos sistemas vitrocerâmicos. Neste trabalho, com o objetivo de formar nanocristais de BaTiO3 (na fase tetragonal) através da estequiometria do sistema xBaO–xTiO2–(100–2x)TeO2 (BTT), tratamentos isotérmicos foram realizados sob diferentes condições. Desse modo, foram investigadas as propriedades físicas do sistema BTT para as composições x = 7,5, 10,0 e 12,5 mol%, de nomenclaturas 85BTT, 80BTT e 75BTT, respectivamente. As amostras foram obtidas pelo método convencional de fusão, seguido de um rápido resfriamento (quenching). Particularmente, suas propriedades térmicas, estruturais e óticas foram analisadas a partir de Análise Térmica Diferencial (DTA), Difração de raios-X (DRX), Espectroscopia Raman (ER) e de Absorção Ótica (AO). Os resultados revelaram uma forte influência das concentrações de BaO-TiO2 nas propriedades estudadas, que pode ser associada à quebra de simetria da unidade estrutural elementar (TeO4), devido à variação estrutural TeO4TeO3+1TeO3, ao caráter covalente das ligações TeO, a presença do par de elétrons livres na camada de valência do TeO2 e, consequentemente, à formação de oxigênios não ligantes (NBO’s). As bandas de cortes no UV-Vis apresentaram absorção fundamental na região de 400-450nm, onde a rede mais polimerizada da composição 80BTT proporcionou os valores mais elevados do gap indireto (Ei = 2,87eV) e ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: TeO2-based glassy materials have been extensively studied and their potentialities require particular attention for the development of new ceramic-glass materials. In this work, viewing the formation of tetragonal BaTiO3 nanocrystals by considering the xBaO–xTiO2–(100–2x)TeO2 (BTT) stoichiometry formula, isothermal treatments were performed under different conditions. Thus, the physical properties of the BTT system were investigated for compositions with x = 7.5, 10.0 and 12.5 mol%, hereafter labeled as 85BTT, 80BTT and 75BTT, respectively. The samples were obtained by the conventional fusion method followed by rapid cooling (known as the quenching method). Particularly, the thermal, structural and optical properties were studied from Differential Thermal Analysis (DTA), X-ray Diffraction (XRD), Raman Spectroscopy and Optical Absorption (OA) analyses. The results showed a strong influence of the BaO-TiO2 concentrations on the studied properties, which could be related to the symmetry breaking of the elemental structural unit (TeO4), due to the TeO4→TeO3+1→TeO3 structural variation, the covalent character of the Te−O bonds, the presence of the lone-pair valence electrons in the TeO2 and, consequently, the formation of non-binding oxygen (NBO's). The UV-Vis cut-off bands revealed the fundamental absorption in the 400-450nm region, where the most polymerized network of the 80BTT samples has provided the highest indirect (Ei = 2.87eV) and direct (Ed = 2.96eV) gap values. The resu... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Nos últimos anos tem sido grande o interesse na tecnologia de fabricação de cerâmicas cossinterizadas a baixas temperaturas (LTCC – Low Temperature Cofired Ceramics), usualmente inferiores a 1000 °C, para fabricação de dispositivos microeletrônicos multicamadas a partir de substratos cerâmicos e vitrocerâmicos. Além do considerável progresso nas comunicações wireless, a indústria eletrônica tem demandado miniaturização, multifuncionalidade e compactação de circuitos e componentes de última geração. Com esse propósito, busca-se desenvolver substratos, sinterizados a baixa temperatura, com baixa perda dielétrica e retração controlada. O diopsídio (CaO.MgO.2SiO2) é considerado de grande potencial para uso como substrato na referida tecnologia para aplicações em altas frequências, pois apresenta baixa constante dielétrica e capacidade de ser sinterizado a temperaturas relativamente baixas. Assim, o objetivo do presente trabalho foi a obtenção de substratos vitrocerâmicos conformados por tape casting a partir de pó de vidro com a composição do diopsídio, passando por tratamentos térmicos de sinterização e cristalização, avaliando o comportamento da retração durante a sinterização para diferentes distribuições de tamanho de partícula. Para isso, fizeram-se moagens do vidro em álcool isopropílico durante 6, 12 e 24 h, em seguida suspensões cerâmicas de pó vítreo foram preparadas e caraterizadas reologicamente buscando-se a máxima concentração de sólidos para a colagem das fitas cerâmicas. Para esse trabalho foi construída uma máquina de tape casting para conformação de fitas finas a partir de suspensões de vidro diopsídio. As fitas coladas foram sinterizadas em tratamentos não isotérmicos com uma taxa de aquecimento de 5°C/min e a retração linear das fitas foi caracterizada simultaneamente. Curvas de retração e densificação foram calculadas usando o modelo de Clusters de sinterização de vidros por escoamento viscoso com cristalização concorrente, e comparadas com os valores experimentais. Finalmente, foram avaliadas as características físicas, térmicas, microestruturais e dielétricas das fitas sinterizadas. A melhor distribuição de tamanho de partícula foi a representada pelo D50 = 5,7 μm, que apresentou as melhores condições reológicas e de dispersão em barbotinas, sendo possível preparar suspensões com concentração de até 49 %vol de sólidos e fitas de espessura acimas de 1 mm. A retração linear ao término da sinterização variou de acordo com a densidade de empacotamento, que por sua vez depende da concentração inicial de sólidos. A maior concentração e densidade de empacotamento foram obtidas para a distribuição de maior tamanho de partícula (D50 = 13,4 μm) e apresentou uma retração linear de 14%. O substratos de diopsídio sinterizado e totalmente cristalizado de 1 mm de espessura e 14% de porosidade apresentou constante dielétrica de 5,3 e perdas dielétricas menores que 0,008 para uma frequência de 30 GHz. Os resultados demostram que o material obtido a partir do processo de manufatura desenvolvido tem grande potencial de inovação. / In recent years there has been a great deal of interest in Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC) manufacturing technology, usually below 1000°C, for the manufacture of multilayer microelectronic devices from ceramic and glass-ceramic substrates. In addition to the considerable progress in wireless communications, the electronics industry needs miniaturization, multifunctionality, and integration of the latest components and circuits. Therefore, it is sought to develop dense, sintered at low-temperature substrates, with low loss dielectric and controlled shrinkage. The diopside (CaO.MgO2.SiO2) has a great potential for use as a substrate for LTCC technology for high-frequency applications since it presents low dielectric constant and the capacity of sintered at low temperatures. The aim of this work was to obtain glass-ceramic substrates prepared by tape casting from diopside glass powder through sintering and crystallization thermal treatments, assessing the behavior of shrinkage during sintering for different particles sizes. For this purpose, the glass was milled in isopropyl alcohol for 6, 12 and 24 h, then slurries from glass powder were prepared and rheological characterized, aiming at the using the highest possible solids concentration to tape casting. It was manufactured a tape casting machine to thin tape making from diopside glass powder slurries. The tapes were sintered in non-isothermal treatments with a heating rate of 5°C/min and the linear shrinkage of the tapes was characterized in situ. Shrinkage and densification curves were calculated using the Clusters model of glass sintering with concurrent crystallization compared with the experimental values. Finally, the physical, thermal, microstructural and dielectric characteristics of the sintered tapes were evaluated. The best particle size distribution was represented by the D50 = 5.66 μm, which presented the optimal rheological and dispersion conditions in slurries, is it possible to prepare suspensions with a concentration of up to 49% volume solids and tape of the thickness of 1 mm. The linear shrinkage after sintering varied according to the green density, which in turn depends on the initial solids concentration. The highest concentration and green density were obtained for the largest particle size distribution (D50 = 13.40 μm) and showed a linear shrinkage of 14%. The sintered and fully crystallized diopside substrates of 1 mm thickness and 14% porosity showed a dielectric constant of 5.3 and dielectric losses of less than 0.008 at a frequency of 30 GHz. The results show that the material obtained has great potential for innovation.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Iolanda Cristina Dechandt.pdf: 4265751 bytes, checksum: 63e41222d90f6a9011f71a3cac7991d8 (MD5) Previous issue date: 2015-03-06 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / Progress in medicine has led to an increase in life expectancy of the world population. On the other hand, the properties of certain tissues and organs that compose the human body continues to follow the aging process. Faced with this challenge, biomaterial are developed with new technologies for bone substitutes. In this study we investigated the bioactivity of the glasses system 2Na2O.1CaO.3SiO2 with 0, 3 and 6% P2O5 in weight. The bioactivity was studied by immersion in simulated body fluid solution. Heat treatments were also performed in order to study the bioactivity of these glass-ceramics. Differential scanning calorimetry was performed to determine the glass transition temperatures for the glasses. Through Fourier transform infrared spectroscopy analysis was used to verify the bioactivity. The hardness and elastic modulus of the glasses were determined by the instrumented nanoindentation. X-ray diffraction confirmed the crystalline phases present in the glass ceramic samples. It was observed the formation of a hydroxycarbonate apatite layer after 21 days in samples of glass 2Na2O.1CaO.3SiO2 with 0, 3 and 6% P2O5 in weight. The best condition for the growth of hydroxycarbonate apatite layer in the glass-ceramics was the 2Na2O.1CaO.3SiO2 + 3% P2O5 that received heat treatment of 15 hours at 560° C. We observed the growth of the hydroxycabonate apatite layer after 7 days, and the glass-ceramic 2Na2O.1CaO.3SiO2+6% P2O5 who received heat treatment of 15 hours at 560° C the hydroxycabonate apatite layer was observed after 14 days in vitro novel. It was observed that cristalyzation is reduced with increase P concentration. At glass-ceramics with 6%wt of P2O5 the crystals are richer in Ca than in the stoichiometric glass matrix. In opposition, for 1Na2O2NaO3SiO2 glass-ceramics, the crystals are richer in Na.x / Os avanços na medicina vêm levando a um aumento na expectativa de vida da população mundial, por outro lado o desgaste de certas propriedades de tecidos e órgãos que compõe o corpo humano continua acompanhando o processo de envelhecimento. Frente a esse desafio os biomateriais são desenvolvidos com novas tecnologias para substituir ossos. Nesta pesquisa investigamos a bioatividade dos vidros no sistema 2Na2O.1CaO.3SiO2-P2O5 com 0, 3 e 6% em peso de P2O5. A bioatividade foi investigada pela imersão das amostras em solução de fluido corpóreo simulado. Realizados tratamentos térmicos a fim de verificar a bioatividade em vitrocerâmicas. Por meio da calorimetria exploratória diferencial determinamos os valores de temperatura de transição vítrea dos vidros. Através das análises de Infravermelho por transformada de Fourier pudemos verificar a bioatividade dos vidros. Analises de indentação instrumentada determinaram a dureza e o módulo de elasticidade dos vidros. A difração de raios X nos forneceu as fases cristalinas presentes nas amostras vitrocerâmicas. Foi verificado a formação de uma camada de hidroxicarbonato de apatita após 21 dias nas amostras de vidro 2Na2O.1CaO.3SiO2 com 0, 3 e 6% em peso de P2O5. A melhor condição para o crescimento da camada de hidroxicarbonato de apatita nos vitrocerâmicos foi 2Na2O.1CaO.3SiO2 + 3% P2O5 que recebeu tratamento térmico por 15 horas a 560°C. Nos observamos a camada de hidroxiapatita após 7 dias, e o vitrocerâmico 2Na2O.1CaO.3SiO2+6% P2O5 que recebeu tratamento por 15 horas a camada hidroxiapatita foi observada após 14 dias de ensaio in vitro. Foi observado que a cristalização é reduzida com o aumento da concentração de P. No vitrocerâmico com 6% em peso de P2O5 os cristais são mais ricos em Ca do que na matriz vítrea estequiométrica. Por outro lado, o vitrocerâmico com a fase 1Na2O2NaO3SiO2 os cristais são ricos em Na.

Orientador: Keizo Yukimitu / Resumo: O novo sistema vítreo ZBT, 70 ZnO-30B2O3 (mol%) + xTe (wt%), sendo (x= 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 50) foi sintetizado por meio da técnica fusão resfriamento. As amostras foram tratadas termicamente numa temperatura de 450°C por um período de 3 h. Foi feito o estudo estrutural, térmico e óptico do sistema vítreo a partir das técnicas de Difratometria de Raios-X, Espectroscopias FT-IR e Raman, Análise Térmica Diferencial, Absorção óptica; Índice de refração e Determinação da densidade. O trabalho em questão tem como objetivo sintetizar uma matriz vítrea hospedeira que apresente boas características estruturais, térmicas e ópticas com potencial para aplicações tecnológicas. O índice de refração das amostras vítreas ZBT varia de acordo com a composição do material, a concentração com 0 Te (%wt) apresentou índice de refração de 1,48, enquanto que para concentração 50 Te Te (%wt) o índice de refração é de 1,84. Este aumento no índice de refração potencializa o material vítreo para aplicações ópticas. Tratamentos térmicos acima da Tg foram feitos a fim de estudar o comportamento térmico, em termos de estabilidade térmica e cristalização do vidro. Os vidros apresentaram boa estabilidade térmica, podendo ser aplicados em fibras ópticas. Espectroscopia Raman identificaram ligações O-Te-O; tetraedros ZnO; presença de anéis de boroxol com triângulos BO3 e tetraedros BO4, ligações Te-O- e vibrações de estiramento Te=O em TeO3+1 que indicam presença de oxigênios não ligantes (non-br... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The new glassy system ZBT, 70 ZnO-30B2O3 (mol%) + xTe (wt%), being (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 50) was synthesized by melting quentching. The samples were thermally treated at temperature of 450° C for 3 h. Structural, thermal and optical analysis of the vitreous system were carried out by of X-ray Diffraction, FT-IR and Raman Spectroscopy, Differential Thermal Analysis, Optical Absorption, Index of refraction and Determination of density techniques. The work in question aims to synthesize a host glass matrix that presents good structural, thermal and optical characteristics with potential technological applications. The refractive index of the ZBT glass samples varies according to the composition of the material, the concentration with 0 Te (% wt) had a refractive index of 1.48, whereas for the concentration 50 Te Te (% wt) the refractive index is 1.84. This increase in the refractive index enhances the vitreous material for optical applications. Thermal treatments above the Tg were done in order to study the thermal behavior in terms of thermal stability and glass crystallization. The glasses presented good thermal stability and could be applied in optical fibers. Raman spectroscopy has identified O-Te-O bonds; ZnO tetrahedra; presence of boroxol rings with BO3 triangles and BO4 tetrahedra, Te-O- bonds and Te=O stretching vibrations in TeO3+1 indicating the presence of non-bridging NBO's. FT-IR spectra reveal bands corresponding to ZnO, TeO3, TeO6, BO3, BO4. The ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A implantação de materiais vítreos e vitrocerâmicos bioativos representa estratégia terapêutica importante para se promover a formação de matriz extracelular mineralizada em defeitos ósseos críticos. Quando expostos a fluidos biológicos, estes biomateriais sofrem alterações químicas e topográficas de superfície que afetam as interações de células com sua superfície, reduzindo o espraiamento celular e alterando o padrão de marcação de proteínas do citoesqueleto. O objetivo deste estudo foi avaliar se as alterações no padrão de marcação para as proteínas citoesqueléticas actina e tubulina observadas in vitro em células osteogênicas sobre superfícies do vidro Bioglass® 45S5 e da vitrocerâmica Biosilicato®, são decorrentes de redução quantitativa na expressão do RNAm e das proteínas correspondentes. Células osteogênicas foram obtidas a partir da digestão enzimática de calvárias de ratos Wistar recémnascidos e plaqueadas sobre superfícies de Bioglass® 45S5, Biosilicato® e borosilicato (controle bioinerte) para a avaliação dos seguintes parâmetros: 1) detecção de actina e tubulina por microscopia de fluorescência; 2) expressão de RNAm para actina e tubulina por reação em cadeia da polimerase em tempo real (Real time PCR); 3) quantificação de actina e tubulina por ensaio imunoenzimático direto (ELISA), e 4) análise da morfologia celular por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Aos 3 e 7 dias, células crescidas sobre borosilicato exibiam padrões de marcação para actina e tubulina típicos de células aderidas e espraiadas sobre substratos planos in vitro, enquanto que sobre Bioglass® 45S5 e Biosilicato® as células apresentavam áreas circulares destituídas de marcação para essas proteínas. Nos mesmos períodos, culturas crescidas sobre os materiais bioativos apresentavam alterações significantes da expressão de RNAm para actina e tubulina, embora fossem observadas apenas discretas variações na quantidade das proteínas correspondentes em relação ao borosilicato. Além disso, apenas para culturas crescidas sobre borosilicato observava-se correlação positiva entre RNAm e proteína e correspondência entre as observações por epifluorescência e os dados quantitativos. Aos 3 dias, imagens de MEV revelaram células aderidas e espraiadas sobre os materiais bioativos, parcial ou totalmente recobertas por acúmulos de material de aspecto semelhante ao da topografia do substrato, por vezes impedindo a visualização dos limites celulares. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que as superfícies bioativas de Bioglass® 45S5 e Biosilicato® afetam a expressão de RNAm para actina e tubulina, mas não de proteína. Assim, as alterações nos padrões de marcação por fluorescência para essas proteínas devem ser atribuídas, pelo menos em parte, a acúmulos de material sobre as células, possivelmente decorrentes das reações de superfície a que estão submetidos Bioglass® 45S5 e Biosilicato® quando em contato com fluidos biológicos. / Bioactive glasses and glass-ceramics have been successfully applied in various therapeutic strategies to promote the formation of mineralized matrix in bone defects. The exposure of these materials to biological fluids results in chemical and topographical modifications that may affect the interactions of cells with the biomaterial surface, with potential effects on cytoskeletal protein expression and/or organization and cell spreading. The aim of the present study was to evaluate whether changes in the labelling pattern for the cytoskeletal proteins actin and tubulin in osteogenic cells cultured on bioactive Bioglass® 45S5 and Biosilicate® are due to altered mRNA and protein expression levels. Osteogenic cells were obtained by enzymatic digestion of newborn Wistar rat calvarial bone and plated on Bioglass® 45S5, Biosilicate® and borosilicate (bioinert control) for periods of up to 7 days. The following parameters were assayed: i) qualitative epifluorescence analysis of actin and tubulin distribution; ii) quantitative mRNA expression for actin and tubulin by real time polymerase chain reaction (real time PCR); iii) quantitative actin and tubulin expression by enzymelinked immunoabsorbent assay (ELISA), and iv) qualitative analysis of cell morphology by scanning electron microscopy (SEM). At days 3 and 7, cells grown on borosilicate showed typical actin and tubulin labeling patterns of adherent and spread cells on flat, rigid substrates, whereas those on Bioglass® 45S5 and Biosilicate® showed dark areas devoid of fluorescent signals for the cytoskeletal proteins. At the same time points, cultures grown on the bioactive materials showed significant changes in mRNA expression for actin and tubulin, although only slight differences in the amount of actin and tubulin were detected compared with borosilicate. Moreover, a positive correlation between mRNA and protein expression levels as well as a correspondence between epifluorescence imaging and the quantitative data were only detected for cultures grown on borosilicate. SEM analysis revealed that cells cultured on bioactive surfaces were partly or totally covered with material accumulations, whose characteristics resembled the ones for the substrate topography, and which, in some cases, prevented the visualization of the cell limits. In conclusion, Bioglass® 45S5 and Biosilicate® affect actin and tubulin mRNA levels, but not the corresponding protein expression, in osteogenic cell cultures. Thus, the observed changes in the labeling pattern for these proteins should be attributed, at least in part, to the accumulation of materials on the cell surface, likely due to substrate reactions that take place on Bioglass® 45S5 and Biosilicate® when exposed to the cell culture medium.

A implantação de materiais vítreos e vitrocerâmicos bioativos representa estratégia terapêutica importante para se promover a formação de matriz extracelular mineralizada em defeitos ósseos críticos. Quando expostos a fluidos biológicos, estes biomateriais sofrem alterações químicas e topográficas de superfície que afetam as interações de células com sua superfície, reduzindo o espraiamento celular e alterando o padrão de marcação de proteínas do citoesqueleto. O objetivo deste estudo foi avaliar se as alterações no padrão de marcação para as proteínas citoesqueléticas actina e tubulina observadas in vitro em células osteogênicas sobre superfícies do vidro Bioglass® 45S5 e da vitrocerâmica Biosilicato®, são decorrentes de redução quantitativa na expressão do RNAm e das proteínas correspondentes. Células osteogênicas foram obtidas a partir da digestão enzimática de calvárias de ratos Wistar recémnascidos e plaqueadas sobre superfícies de Bioglass® 45S5, Biosilicato® e borosilicato (controle bioinerte) para a avaliação dos seguintes parâmetros: 1) detecção de actina e tubulina por microscopia de fluorescência; 2) expressão de RNAm para actina e tubulina por reação em cadeia da polimerase em tempo real (Real time PCR); 3) quantificação de actina e tubulina por ensaio imunoenzimático direto (ELISA), e 4) análise da morfologia celular por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Aos 3 e 7 dias, células crescidas sobre borosilicato exibiam padrões de marcação para actina e tubulina típicos de células aderidas e espraiadas sobre substratos planos in vitro, enquanto que sobre Bioglass® 45S5 e Biosilicato® as células apresentavam áreas circulares destituídas de marcação para essas proteínas. Nos mesmos períodos, culturas crescidas sobre os materiais bioativos apresentavam alterações significantes da expressão de RNAm para actina e tubulina, embora fossem observadas apenas discretas variações na quantidade das proteínas correspondentes em relação ao borosilicato. Além disso, apenas para culturas crescidas sobre borosilicato observava-se correlação positiva entre RNAm e proteína e correspondência entre as observações por epifluorescência e os dados quantitativos. Aos 3 dias, imagens de MEV revelaram células aderidas e espraiadas sobre os materiais bioativos, parcial ou totalmente recobertas por acúmulos de material de aspecto semelhante ao da topografia do substrato, por vezes impedindo a visualização dos limites celulares. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que as superfícies bioativas de Bioglass® 45S5 e Biosilicato® afetam a expressão de RNAm para actina e tubulina, mas não de proteína. Assim, as alterações nos padrões de marcação por fluorescência para essas proteínas devem ser atribuídas, pelo menos em parte, a acúmulos de material sobre as células, possivelmente decorrentes das reações de superfície a que estão submetidos Bioglass® 45S5 e Biosilicato® quando em contato com fluidos biológicos. / Bioactive glasses and glass-ceramics have been successfully applied in various therapeutic strategies to promote the formation of mineralized matrix in bone defects. The exposure of these materials to biological fluids results in chemical and topographical modifications that may affect the interactions of cells with the biomaterial surface, with potential effects on cytoskeletal protein expression and/or organization and cell spreading. The aim of the present study was to evaluate whether changes in the labelling pattern for the cytoskeletal proteins actin and tubulin in osteogenic cells cultured on bioactive Bioglass® 45S5 and Biosilicate® are due to altered mRNA and protein expression levels. Osteogenic cells were obtained by enzymatic digestion of newborn Wistar rat calvarial bone and plated on Bioglass® 45S5, Biosilicate® and borosilicate (bioinert control) for periods of up to 7 days. The following parameters were assayed: i) qualitative epifluorescence analysis of actin and tubulin distribution; ii) quantitative mRNA expression for actin and tubulin by real time polymerase chain reaction (real time PCR); iii) quantitative actin and tubulin expression by enzymelinked immunoabsorbent assay (ELISA), and iv) qualitative analysis of cell morphology by scanning electron microscopy (SEM). At days 3 and 7, cells grown on borosilicate showed typical actin and tubulin labeling patterns of adherent and spread cells on flat, rigid substrates, whereas those on Bioglass® 45S5 and Biosilicate® showed dark areas devoid of fluorescent signals for the cytoskeletal proteins. At the same time points, cultures grown on the bioactive materials showed significant changes in mRNA expression for actin and tubulin, although only slight differences in the amount of actin and tubulin were detected compared with borosilicate. Moreover, a positive correlation between mRNA and protein expression levels as well as a correspondence between epifluorescence imaging and the quantitative data were only detected for cultures grown on borosilicate. SEM analysis revealed that cells cultured on bioactive surfaces were partly or totally covered with material accumulations, whose characteristics resembled the ones for the substrate topography, and which, in some cases, prevented the visualization of the cell limits. In conclusion, Bioglass® 45S5 and Biosilicate® affect actin and tubulin mRNA levels, but not the corresponding protein expression, in osteogenic cell cultures. Thus, the observed changes in the labeling pattern for these proteins should be attributed, at least in part, to the accumulation of materials on the cell surface, likely due to substrate reactions that take place on Bioglass® 45S5 and Biosilicate® when exposed to the cell culture medium.

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Materiais vítreos e vitrocerâmicos bioativos podem ser usados particulados ou como scaffolds em diferentes tratamentos de defeitos ósseos. Tratamentos térmicos que possibilitam o desenvolvimento de scaffolds a partir de composições de vidros bioativos introduzem fases cristalinas em sua estrutura amorfa com potencial impacto na bioatividade e biocompatibilidade do material. O objetivo do presente estudo foi avaliar, qualitativa e quantitativamente, o desenvolvimento do fenótipo osteogênico de culturas de células osteoblásticas sobre substratos vítreos e vitrocerâmicos bioativos. Células MC3T3-E1 foram cultivadas em condições osteogênicas por períodos de até 21 dias sobre superfícies de Bioglass® 45S5, de duas preparações de vitrocerâmica bioativa e altamente cristalina, Biosilicato® e Biosilicato® para scaffold, e de borosilicato (vidro bioinerte). Foram avaliados, nos períodos de 7, 12 e 21 dias, morfologia celular, formação de matriz mineralizada e expressão de genes relacionados à osteogênese. Os resultados mostraram confluência das culturas sobre as superfícies de vidros e vitrocerâmicas, com progressiva formação de multicamadas celulares. A quantificação de vermelho de Alizarina revelou aumento de mineralização para culturas sobre materiais bioativos, com os maiores valores para Biosilicato® para scaffold. Expressão diferencial de genes foi observada nos 3 períodos de culturas sobre os materiais vítreo e vitrocerâmicos bioativos em comparação ao vidro bioinerte e sobre as vitrocerâmicas em comparação ao vidro bioativo. Os resultados permitem concluir que modificações em aspectos químicos de materiais vítreos e vitrocerâmicos, com efeitos sobre sua bioatividade, resultam em alteração do potencial osteogênico e do perfil de expressão gênica de células osteoblásticas in vitro. A maior atividade osteogênica sobre o Biosilicato® para scaffold permite considerar esse material um potencial candidato para aplicações em defeitos ósseos. / Bioactive glasses and glass-ceramics have been used as bone substitutes in either particulate or scaffold forms. Various thermal treatments that allow the development of scaffolds from bioactive glasses may create varied proportions of new crystalline phases in the amorphous phase with a potential impact on the bioactivity and biocompatibility of the material. The aim of the present in vitro study was to qualitatively and quantitatively evaluate the development of the osteogenic phenotype in osteoblastic cell cultures grown on bioactive glass and glass-ceramic surfaces. MC3T3-E1 cells, subclone 14, were cultured under an osteogenic condition for periods of up to 21 days on the following disc surfaces: Bioglass® 45S5 (bioactive glass), Biosilicate® (bioactive glass-ceramic), Biosilicate® as the material for scaffold preparation (Bio-sc, bioactive glass-ceramic), and borosilicate (bioinert glass). At days 7, 12, and 21 post-plating, cell morphology, mineralized matrix formation and the expression profile of genes associated with osteogenesis were evaluated. Epifluorescence of actin cytoskeleton and DAPI DNA stain revealed confluent cell cultures at day 7 for all groups, with progressive cell multilayering formation. The quantitative analysis of Alizarin red-stained cultures at day 21 revealed significantly enhanced mineralization in cultures grown on bioactive materials compared with the ones on borosilicate and the highest absorbance intensities for the Bio-sc group. Differential gene expression profiles were detected at the three time points evaluated in cultures grown on the bioactive materials in comparison with borosilicate, and on the glass-ceramics in comparison with Bioglass® 45S5. From the results presented, it can be concluded that changes in chemical characteristics of glass and glass-ceramic that may have an impact on their bioactivity index can affect the osteogenic potential and the gene expression profile of osteoblastic cells in vitro. The highest osteogenic activity on Bio-sc renders this material a good candidate for bone defect applications.