Afin de répondre à une demande de soins et traitements toujours mieux adaptés et plus performants, des dispositifs médicaux implantables (DMI) ont vu le jour. Il s’agit actuellement de dispositifs isolés et autonomes à l’intérieur de l’organisme hôte, dont la fonction ne nécessite pas d’interaction avec celui-ci, ou uniquement dans un sens (par la libération de molécules par exemple). Une nouvelle génération de DMI dont le fonctionnement s’appuie sur des échanges continus avec l’organisme vivant est toutefois en cours de développement, et un des points clefs de leur élaboration est l’enrobage. En effet, l’interface entre le DMI et le corps joue un rôle primordial puisqu’elle doit assurer une symbiose parfaite entre ces derniers. Les mécanismes inflammatoires et immunitaires étant si complexes et puissants, il est nécessaire de protéger ces dispositifs tout en leur permettant de communiquer avec l’organisme hôte. En outre, cette barrière protège aussi le corps d’éventuels éléments agressifs libérés par l’implant. Ainsi, le travail de recherche décrit dans ce manuscrit concerne la fabrication et la caractérisation d’un matériau qui peut être utilisé pour enrober des dispositifs symbiotiques implantables.Dans ce contexte, les hydrogels d’alcool polyvinylique (Polyvinyl alcohol) : PVA) polymérisés physiquement par un procédé de congélation/décongélation se sont révélés particulièrement intéressants. En effet, leur structure semi-cristalline permet de modifier leur porosité et leurs propriétés mécaniques en faisant varier les paramètres de fabrication. Nous avons donc caractérisé physico-chimiquement les hydrogels de PVA (propriétés mécaniques, porosité, diffusivité), avant d’étudier leur biocompatibilité in vitro et in vivo. Pour finir, nous nous sommes concentrés sur un DMI particulier qu’est la biopile à glucose implantable, en analysant les performances du PVA en tant qu’enrobage d’électrodes.Ainsi, nous avons déterminé un procédé de fabrication permettant d’obtenir une membrane enrobante solide et facile à manipuler, poreuse afin de laisser diffuser le glucose et l’oxygène de manière optimale jusqu’à l’électrode, et protectrice vis-à-vis des protéines de l’organisme de plus grandes tailles. / The development of implantable medical devices (IMD) provides for more efficient treatment in specific healthcare applications. Such devices are isolated and autonomous within the host organism. Their function does not usually require any input from the host, with the main function of the IMD being typically to stimulate tissues (e.g. muscles, nerves) or to release molecules (e.g. osmotic pump). New generations of IMD that rely on the on continuous duplex interactions with the living organism are being developed. The key aspect of such IMD is the interface with the internal environment of the body. This interface plays a crucial role because it must ensure a perfect symbiosis between the IMD and the host. For example, the interface must both protect the IMD from the complex and powerful inflammatory and immune mechanisms in addition to providing an efficient communication pathway with the host organism. Furthermore, this interface also protects the body from the potentially aggressive elements that can be released by the IMD. The research described in this manuscript is focused to the manufacture and characterisation of a material that can be used to coat IMD so as to optimise both the biocompatibility and efficient functions of the IMD.In this context, the research described here has focused on hydrogels of polyvinyl alcohol (PVA) physically polymerized by a freeze/thaw method. Indeed, the semi-crystalline structure of PVA allows modification of the porosity and mechanical properties by varying the parameters of the production process. We therefore performed physico-chemical characterisations of PVA hydrogels (mechanical properties, porosity and diffusivity) before studying in vitro cytotoxicity and in vivo biocompatibility. We tuned the PVA membranes to a specific IMD that relied upon duplex communication for its function (i.e. the implantable glucose biofuel cell) and analyzed the performance of PVA to provide an optimised coating. The results report an optimised manufacturing process for PVA that provides for the IMD (i) a solid and easily handled membrane, (ii) a porous membrane optimised for the diffusion of glucose and oxygen to the IMD bioelectrodes, and (iii) a protective membrane against proteins of larger dimension.

Introdução: A aplicação clínica de biomateriais está se expandindo para diversas especialidades médicas. Dentre os diversos tipos de biomateriais, os classificados como temporários merecem atenção especial, pois são assimilados pelo organismo após exercerem sua função, evitando, assim, procedimento cirúrgico para sua retirada. O copolímero de poli (ácido láctico-co-glicólico) (PLGA) é um tipo de biomaterial temporário, rotineiramente utilizado na medicina na forma de fios de sutura e implantes ortopédicos. A mistura do PLGA com o poli (isopreno) resulta em uma blenda (PLGA / PI), de alta resistência e tenacidade, que foi desenvolvida pelo Laboratório de Biomateriais do Instituto de Engenharia da UFRGS. Entretanto, não existem estudos “in vivo” testando a reação óssea desta blenda. Objetivo: Testar a histotoxicidade da blenda de PLGA / PI em relação ao biopolímero já consagrado PLGA. Método: Foram utilizados 46 ratos machos wistar (Rattusnorvegicus - linhagem albina), divididos em 2 grupos conforme o material implantado (PLGA ou PLGA / PI) na calota craniana, e subdivididos em tempos de morte (15, 30, 60 e 90 dias). Os procedimentos foram realizados na Unidade de Experimentação Animal (UEA) do Hospital de Clínicas de Porto Alegre (HCPA). Após a morte, a calota craniana foi retirada, submetida ao exame histopatológico e aplicado o escore de Dadas e cols (14) modificado. Resultados: A diferença da histotoxicidade dos dois materiais não foi significativa nos períodos 15, 30 e 90 dias, porém foi significativa no período 60 dias. Conclusão: A histotoxicidade do PLGA / PI, ao final do estudo (90 dias), foi semelhante ao PLGA, demonstrando equivalência em longo prazo. O período de 60 dias pós-cirúrgico (grupo da blenda) foi o único em que a histotoxicidade mostrou-se significativamente maior. Mais estudos devem ser feitos para melhorar o entendimento desta variação. / Introduction: Clinical application of biomaterials is expanding to various medical specialties. Among the different types of biomaterials, those classified as temporary deserve special attention because they are assimilated by the body after exercising their function, thereby avoiding surgical procedure for their removal. Co-polymer poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA) is a type of temporary biomaterial, routinely used in medicine as suture threads and orthopedic implants. The mixture of PLGA with poly (isoprene) results in a high-strength and thoughness blend (PLGA / PI), developed by the Biomaterials Laboratory of the Engineering Institute/ UFRGS. However, there are no studies “in vivo” testing the bone reaction of that blend. Objective: To Test histotoxicity of PLGA / PI blend over the already established biopolymer, PLGA. Method: Forty six male Wistar rats (Rattus norvegicus – albino strain), divided into 2 groups according to the material (PLGA or PLGA / PI) implanted in the skull and sub divided into periods of death (15, 30, 60 and 90 days). The procedures were developed in the Animal Experiment Unit (AEU) of Hospital de Clínicas de Porto Alegre (HCPA). After death, the skull was removed, submitted to histopathologic examination and the modified Dadas’ et all score was used (14). Results: The histotoxicity difference of the two materials was not significant in the periods of 15, 30 and 90 days, but it was significant in the period of 60 days. Conclusion: At the end of the study (90 days), the PLGA / PI histotoxicity was similar to PLGA, showing longterm equivalence. The 60-day post-surgical period was the only one in which histotoxicity was significantly higher (blend group). More studies shall be done in in order to better understand that variation.

O aumento da longevidade da população mundial e dos acidentes com consequências traumáticas nas últimas décadas provocaram um incremento na demanda de materiais e tecnologias destinados à substituição de alguma função ou porção do organismo humano para assegurar a qualidade de vida do ser humano. Neste contexto, o desenvolvimento de novos biomateriais para a ortopedia e odontologia baseados nos fosfatos de cálcio é relevante, uma vez que estes apresentam composição química semelhante à fase mineral de ossos e dentes. Os cimentos de fosfatos de cálcio (CPC) possuem composição de fases cristalinas e resposta biológica similares às biocerâmicas de fosfato de cálcio utilizadas como material de implante por excelência devido à sua alta biocompatibilidade e excelente bioatividade; mas com a diferença de que estes podem ser facilmente moldados e adaptados ao local de implantação, injetados através de vias minimamente invasivas, ou misturados com diversos fármacos para obter uma ação terapêutica determinada e localizada no local de implantação. Em geral, tanto as biocerâmicas como os CPC apresentam baixas resistências mecânicas, pelo qual o objetivo principal deste trabalho foi a obtenção de novas formulações de CPC com propriedades mecânicas melhoradas mediante a adição de componentes de cimento Portland tradicional ou de cimento de aluminato de cálcio. Outras propriedades que se pretende melhorar com a adição de compostos portadores de silício são a bioatividade e osteogenicidade dos materiais resultantes, uma vez que os cimentos baseados em silicato de cálcio são altamente osteogênicos. Para isto, foi escolhido o sistema baseado em a-Ca3(PO4)2 e foram desenhadas diferentes formulações através da introdução de Ca3SiO5 (C3S) ou CaAl2O4 (CA), fases majoritárias dos cimentos Portland e cimentos de aluminato de cálcio que apresentam uma excelente resistência mecânica, além de ser biocompatíveis e bioativas. Do estudo realizado verificou-se que a adição de um 5% de C3S ao cimento baseado em a- Ca3(PO4)2 produz um incremento das propriedades mecânicas em longo prazo (14d) e melhora a bioatividade e citotoxicidade dos CPC tradicionais; no entanto, retarda a pega do cimento e a hidrólise do a-Ca3(PO4)2 e aumenta a o grau de degradação dos materiais. A introdução de SiO2 como modificação de esta formulação, embora diminuiu o pH resultante, retardou a pega do cimento provocando uma perda notável da resistência mecânica durante os primeiros estágios da reação. Por outro lado, a introdução de CA provocou uma diminuição da resistência à compressão dos cimentos, independente do teor adicionado, e não se observou a melhoria desta propriedade com o aumento do tempo. Contudo, a presença de CA permitiu a obtenção de materiais menos citotóxicos, e por consiguiente mais biocompatíves, assim como o aumento da bioatividade em relação aos CPC tradicionais. / The increased longevity of the world population and the growth of traumatic accidents in last decades, led to an increase in demand of materials and technologies for replacement of any portion or function of the human body to ensure the quality of human life. In this context, the development of new biomaterials for orthopedics and dentistry based on calcium phosphates is relevant, since they have similar chemical composition to the mineral phase of bones and teeth. The calcium phosphate cements (CPC) have composition of crystalline phases and biological response similar to calcium phosphate bioceramics used as implant material par excellence due to its high biocompatibility and excellent bioactivity; but with the difference that these can be easily shaped and adapted to the site, injected through minimally invasive means, or mixed with various drugs for a specific therapeutic action at the site of implantation. In general, both bioceramics such as CPC have low mechanical strength; whereby, the main objective of this study was to obtain new formulations of CPC with improved mechanical properties by adding components of traditional Portland cement or calcium aluminate cement. Other properties that are intended to improve with the addition of silicon compounds, are the bioactivity and osteogenic potential of the resulting materials, as it cements based on calcium silicate are highly osteogenic. For this, we chose a system based a-Ca3(PO4)2 and different formulations were designed by introducing Ca3SiO5 (C3S) or CaAl2O4 (CA), majority phases of Portland cement and calcium aluminate cements that have an excellent mechanical strength, and are biocompatible and bioactive. From the study it was found that the adittion of a 5% C3S to the a-Ca3(PO4)2 based cement, produces an increase in the mechanical properties in the long term (14d) and enhances bioactivity and cytotoxicity; however, enlarge the setting times and the degree of degradation ofaand hydrolysis of materials. The introduction of SiO2 as a modification of this formulation, resulted in a pH decreased, but in the increased of the setting times causing a noticeable loss of strength during the early stages of the reaction. Moreover, the introduction of CA reduced the compressive strength of cements, regardless of content added, and there was no improvement of this property with increasing time. However, the presence of CA allowed the production of materials less cytotoxic, and thereby to more biocompatible, as well as the increase in bioactivity relative to traditional CPC.

Introdução: A aplicação clínica de biomateriais está se expandindo para diversas especialidades médicas. Dentre os diversos tipos de biomateriais, os classificados como temporários merecem atenção especial, pois são assimilados pelo organismo após exercerem sua função, evitando, assim, procedimento cirúrgico para sua retirada. O copolímero de poli (ácido láctico-co-glicólico) (PLGA) é um tipo de biomaterial temporário, rotineiramente utilizado na medicina na forma de fios de sutura e implantes ortopédicos. A mistura do PLGA com o poli (isopreno) resulta em uma blenda (PLGA / PI), de alta resistência e tenacidade, que foi desenvolvida pelo Laboratório de Biomateriais do Instituto de Engenharia da UFRGS. Entretanto, não existem estudos “in vivo” testando a reação óssea desta blenda. Objetivo: Testar a histotoxicidade da blenda de PLGA / PI em relação ao biopolímero já consagrado PLGA. Método: Foram utilizados 46 ratos machos wistar (Rattusnorvegicus - linhagem albina), divididos em 2 grupos conforme o material implantado (PLGA ou PLGA / PI) na calota craniana, e subdivididos em tempos de morte (15, 30, 60 e 90 dias). Os procedimentos foram realizados na Unidade de Experimentação Animal (UEA) do Hospital de Clínicas de Porto Alegre (HCPA). Após a morte, a calota craniana foi retirada, submetida ao exame histopatológico e aplicado o escore de Dadas e cols (14) modificado. Resultados: A diferença da histotoxicidade dos dois materiais não foi significativa nos períodos 15, 30 e 90 dias, porém foi significativa no período 60 dias. Conclusão: A histotoxicidade do PLGA / PI, ao final do estudo (90 dias), foi semelhante ao PLGA, demonstrando equivalência em longo prazo. O período de 60 dias pós-cirúrgico (grupo da blenda) foi o único em que a histotoxicidade mostrou-se significativamente maior. Mais estudos devem ser feitos para melhorar o entendimento desta variação. / Introduction: Clinical application of biomaterials is expanding to various medical specialties. Among the different types of biomaterials, those classified as temporary deserve special attention because they are assimilated by the body after exercising their function, thereby avoiding surgical procedure for their removal. Co-polymer poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA) is a type of temporary biomaterial, routinely used in medicine as suture threads and orthopedic implants. The mixture of PLGA with poly (isoprene) results in a high-strength and thoughness blend (PLGA / PI), developed by the Biomaterials Laboratory of the Engineering Institute/ UFRGS. However, there are no studies “in vivo” testing the bone reaction of that blend. Objective: To Test histotoxicity of PLGA / PI blend over the already established biopolymer, PLGA. Method: Forty six male Wistar rats (Rattus norvegicus – albino strain), divided into 2 groups according to the material (PLGA or PLGA / PI) implanted in the skull and sub divided into periods of death (15, 30, 60 and 90 days). The procedures were developed in the Animal Experiment Unit (AEU) of Hospital de Clínicas de Porto Alegre (HCPA). After death, the skull was removed, submitted to histopathologic examination and the modified Dadas’ et all score was used (14). Results: The histotoxicity difference of the two materials was not significant in the periods of 15, 30 and 90 days, but it was significant in the period of 60 days. Conclusion: At the end of the study (90 days), the PLGA / PI histotoxicity was similar to PLGA, showing longterm equivalence. The 60-day post-surgical period was the only one in which histotoxicity was significantly higher (blend group). More studies shall be done in in order to better understand that variation.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A diversificação das fontes de luz empregadas para fotopolimerização de compósitos e o seu extenso uso nas diversas aplicações odontológicas, torna necessária a investigação da biocompatibilidade das mesmas. A conseqüente exposição dos tecidos durante estes procedimentos, sugere fortemente que mais investigações sobre os efeitos biológicos da luz com comprimentos de onda correspondentes ao da luz azul são necessárias. O efeito positivo provocado pela evolução dos aparelhos fotopolimerizadores desviou a atenção das possíveis alterações fototóxicas sobre o profissional e o paciente. Além disso, o aumento da temperatura causado por estes aparelhos fotopolimerizadores de maiores densidades de potência pode ser prejudicial ao tecido pulpar. Da mesma maneira, a presença de um corante no meio bucal e sua conseqüente exposição à luz azul poderia levar à formação de radicais livres, o que em situações de estresse oxidativo, poderia causar danos aos tecidos adjacentes. Este fenônemo é denominado Ação Fotodinâmica. O objetivo deste estudo foi avaliar em cepas de Escherichia coli (E. coli): (i) o potencial citotóxico de duas fontes de ativação utilizadas em procedimentos odontológicos durante 40 e 80 s de exposição; (ii) o efeito biológico do enxaguatório bucal da marca Plax Classic, contendo corante vermelho; (iii) o efeito biológico da associação das fontes de luz ao enxaguatório bucal da marca Plax Classic, contendo corante vermelho (ação fotodinâmica), durante 40 e 80 s de exposição; (iv) medir a emissão de calor gerada pelas fontes de luz. Foram utilizadas suspensões bacterianas de E.coli AB1157 (proficiente em mecanismos de reparo de lesões no DNA) e de E. coli BW9091 (deficiente no gene xthA-, envolvido no reparo por excisão de bases), irradiadas por um aparelho de luz halógena e um LED, que apresentam comprimentos de onda correspondentes ao da luz azul e densidades de potência de 430 mW/cm2 e 1669 mW/cm2, respectivamente. As medições da potência foram realizadas através de um lediômetro, para o LED, o Hilux LEDMAX, e um radiômetro acoplado ao próprio aparelho de luz halógena, Optilux 501. A partir dos resultados deste estudo, pôde-se constatar que: (i) as fontes de luz nas densidades de potência utilizadas e nos tempos de exposição realizados, não foram capazes de alterar a sobrevivência celular; (ii) o enxaguatório bucal isoladamente reduziu a sobrevivência das cepas de E. coli BW9091 e não causou efeito nas cepas de E. coli AB1157; (iii) quando o enxaguatório bucal foi associado às fontes de luz observamos que não houve diminuição da sobrevivência para as duas cepas bacterianas nos dois períodos de exposição, porém, na cepa mutante, BW9091, houve uma proteção contra o efeito citotóxico do enxaguatório bucal tanto em 40 quanto em 80 s para as duas fontes de luz; (iv) o aumento da temperatura das duas fontes de luz durante a fotoativação não foi capaz de reduzir a sobrevivência das cepas bacterianas. As fontes de luz utilizadas neste trabalho não apresentaram letalidade às cepas de E. coli. O enxaguatório bucal apresentou efeito biológico para a cultura de E. coli BW9091, possivelmente pela sua natureza antimicrobiana. A associação dos agentes físico e químico neste estudo não pareceu causar um estresse oxidativo nas células a ponto de reduzir a sobrevivência das culturas bacterianas, contrariamente, pareceu ativar mecanismos de proteção celular na cepa de E. coli BW9091 e mantê-la mais resistente à ação antimicrobiana do enxaguatório bucal. A variação da temperatura, apesar de elevada, parece ter sido dissipada pelo meio aquoso que continha a cultura bacteriana. / The diversity of light curing units (LCUs), its large use on variety dental applications, and its function as an activator of dental composites polymerization make necessary a study of its biocompatibility. The consequent exposure of tissues during photo activation, strongly suggests that more investigations about the biological effects of blue light are needed. The positive effect promoted by the LCUs evolution biased the attention of possible phototoxic effects on professionals and patients. In addition, the temperature rise caused by these LCUs with higher power densities may be harmful to the pulp tissue. On the same way, the presence of a photosensitizer upon oral environment and its consequent exposure to blue light could lead the formation of free radicals, in which oxidative stress outcome could damage the adjacent tissues. This phenomenon is called Photodynamic Action. The aim of this study was to evaluate in Escherichia coli (E. coli) strains: (i) the cytotoxic effect of two LCUs used in dental procedures during 40 and 80 seconds of irradiation times; (ii) the biological effect of a mouth rinse with a red photosensitizer, Plax Classic; (iii) the biological effect of the association of the LCUs to a mouth rinse, with a red photosensitizer, Plax Classic, during 40 and 80 seconds of irradiation times; (iv) measurement of the LCUs thermal emission. Suspensions of E. coli AB1157 (proficient in all DNA repair mechanisms) and E. coli BW9091 (gene xthA- deficient, related to DNA damage repair), were irradiated by a halogen light and a LED (light emitting diode), that presents intervals of wavelength correspondents with blue light and power densities of 430 mW/cm2 and 1669 mW/cm2, respectively. The power density for the LED LCU was measured on a Hilux LEDMAX power meter, and for the halogen LCU, on the Optilux 501 power meter. The results indicated that: (i) the LCUs used with these power densities and these irradiation times, were not capable in altering the cellular survival rate; (ii) the mouth rinse itself reduced the survival rate of E. coli strain BW9091 and did not caused effect in E. coli strain AB1157; (iii) when the mouth rinse was associated to the LCUs, we observed that there was no reduction of the survival rate to both E. coli strains in both irradiation times; however, in the mutant strain, BW9091, a protection against the citotoxic effect of the mouth rinse was observed in 40 and 80 seconds of irradiation times to both LCUs; (iv) the temperature rise of both LCUs during photo activation, despite being elevated, was not capable in reducing the bacterial strains survival rate. The LCUs used in this study did not present lethal effect to the E. coli strains. The mouth rinse presented a biological effect to the E. coli strain BW9091, possibly because its antimicrobial nature. Although the association of the physical and chemical agents did not seem to cause an oxidative stress that could reduce the bacterial survival rate of E. coli strains, it seemed to activate mechanisms of cellular protection in E. coli BW9091 that kept them more resistants to the antimicrobial nature of the chemical agent. The temperature rise seemed to be dissipated by the aquous solution that contained the bacterial culture.

This dissertation presents an implant model of natural latex to be used on partial canine diaphragm replacement. The implant could be used in cases of diaphragmatic hernias, or significant loss of the diaphragm integrity disabling its reconstitution. For such, seven different membranes had been tested, six of them had been produced experimentally and one is a commercial model in use, for several applications. Firstly, the biocompatibility was evaluated in rabbits. Membranes were implanted between the cutaneous and the oblique abdominal sternum muscles by the means of a surgical procedure and the reactions of hipersensibility and rejection were evaluated. Mechanical traction tests were performed in control membranes to measure deformation and resistance. Results pointed that the membranes are incompatible, and not able to substitute muscular sheath in rabbits. New tests were made in dogs. The membranes were regrouped and three of then were tested in a similar way, in abdomen straight muscle. Two membranes were selected, for use in the canine diaphragm, and being tested in front a control group, without membrane. A rectangular defect (4 cm in length and 3 cm in width) was created in the diaphragm muscle, which was substituted, in groups 1 and 2, by the implantation of the corresponding latex membrane. The animals were evaluated radiographically, by blood count, video-surgery, and histopathology study. The results showed that the membrane made of natural latex, vulcanizants mixture and formic acid, were efficient in the correction of the diaphragm defect, promoting repair and local neovascularization, capable to keep the respiratory function and movements of the diaphragm without causing rejection during the evaluated period. / Esta dissertação apresenta um modelo de implante à base de látex natural para a substituição parcial de diafragma canino. Este poderá ser utilizado em casos de hérnias diafragmáticas, ou situações em que haja perda da integridade do diafragma, impossibilitando sua reconstituição. Para tal, foram testadas sete diferentes membranas, das quais seis foram produzidas experimentalmente e um modelo comercial em uso no mercado, para diferentes fins. Foram realizados testes de resistência para verificar a deformação e elasticidade das membranas. A biocompatibilidade foi avaliada primeiramente em coelhos, nos quais as membranas foram fixadas através de procedimento cirúrgico na bainha do músculo oblíquo externo do abdome e avaliadas quanto a reações de hipersensibilidade e rejeição. Os resultados contra-indicam o uso destas em coelhos. Novos testes foram realizados em cães. As membranas foram reagrupadas e três delas testadas de maneira semelhante, no músculo reto do abdome verificando-se biocompatibilidade com essa espécie. Foram selecionadas duas membranas para a utilização no diafragma canino, sendo testadas frente a um grupo controle, sem membrana. Foi criado um defeito retangular no músculo diafragma, com 4 cm de comprimento e 3 cm de largura, que no grupo 1 e 2 foi substituído pelo implante de membrana de látex correspondente. A avaliação foi feita através de análise do hemograma, por estudo radiográfico, por vídeocirurgia e estudo histopatológico. Pode-se inferir dos resultados que a membrana constituída de: látex natural, mistura vulcanizante e ácido fórmico, foi eficiente na correção do defeito no diafragma canino, promovendo a reparação tecidual e neovascularização local, capaz de manter a função do diafragma e movimentos respiratórios sem causar rejeição durante o período de avaliação.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-08-14Bitstream added on 2014-06-13T18:42:35Z : No. of bitstreams: 1 simoes_rd_dr_bauru.pdf: 3657789 bytes, checksum: 0f75cbf5a9ed07aa12a486e70e6189f6 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Filmes auto-sustentáveis de polifluoreto de vinilideno (PVDF) e de polifluoreto de vinilideno com trifluoretileno (P(VDF-TrFE)) contendo amido de milho e/ou látex da borracha natural foram produzidos visando à obtenção de blendas biocompátiveis. Estas blendas foram produzidas pela técnica de prensagem a quente a qual não necessita fazer uso de solventes orgânicos para dissolver os polímeros sintéticos (PVDF e P(TrFE)). Tal processamento, além de não utilizar solventes tóxicos, possibilita a fabricação de filmes auto-sustentáveis com propriedades físicas e químicas apropriadas para aplicações como um material biocompatível. Os filmes de PVDF ou P(VDF-TrFE) com os polímeros naturais (amido e/ou látex de borracha natural) foram caracterizados através das técnicas de espectroscopia vibracional (absorção no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e espalhamento Raman), análise termogravimétrico (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise dinâmico-mecânica (DMA), microscopia ótica (MO), microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X, densidade, índice de fluidez (MFI), dureza e condutividade térmica. Os resultados que os polímeros naturais estão bem dispersos na matriz de PVDF ou P(VDF-TrFE) em nível micrométrico e não interagem quimicamente com os polímeros sintéticos. As blendas apresentaram elevada estabilidade térmica, cujo módulo de elasticidade está na mesma ordem de grandeza do osso humano. Entretanto, observou-se que a adesão dos polímeros naturais é melhor para as blendas com P(VDF-TrFe). Adicionalmente, as estruturas cristalinas do PVDF-α e do P(VDF-TrFE) ferroelétrico são mantidos em todas as blendas. A densidade, a dureza, o índice de fluidez e os valores de condutividade térmica das blendas seguiram o que deve se esperar de misturas físicas... / Films of poly(vinylidene fluoride), PVDF, and poly(vinylidene fluoride - trifluoroethylene), P(VDF-TrFE), containing corn starch and latex of natural rubber were produced visioning to obtain biocompatible blends. These blends were produced by compressing/annealing, which discards the necessity of using organic solvents to dissolve the synthetic polymers (PVDF and P(VDF-TrFE)). This process, besides discarding the use of toxic solvents, allows obtaining self-standing films with suitable physical and chemical properties considering their application as biocompatible materials. The PVDF or P(VDF-TrFe) films with different percentage of the natural polymers (starch and/or latex of natural rubber) were characterized using thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), and dynamicalmechanical analysis (DMA). Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Raman scattering, optic microscopy, scanning electric microscopy, scanning electric microscopy (SEM), X-ray diffraction, density, melt flow index, hardness, and thermal conductivity. The results showed that the natural polymers are well dispersed within the matrix of PVDF or P(VDF-TrFE) at micrometer level and do not interact chemically with the synthetic polymers. The blends present high thermal stability with elasticity modulus at the same order of magnitude of the bone. However, it was observed that the adhesion of the natural polymers is better for the blends of P(VDF-TrFE). Besides, the crystalline structures of the α-PVDF and ferroelectric P(VDF-TrFE) are kept in the blends. The density, hardness, melt flow index and thermal conductivity values of the blends followed what shoud be expected from physical mixtures. The tests of biocompatibility for these materials were carried out implanting the films at the subcutaneous region of rats the results showed histological characteristics favorable to the compatibility in vivo...(Complete abstract click electronic access below)

O aumento da longevidade da população mundial e dos acidentes com consequências traumáticas nas últimas décadas provocaram um incremento na demanda de materiais e tecnologias destinados à substituição de alguma função ou porção do organismo humano para assegurar a qualidade de vida do ser humano. Neste contexto, o desenvolvimento de novos biomateriais para a ortopedia e odontologia baseados nos fosfatos de cálcio é relevante, uma vez que estes apresentam composição química semelhante à fase mineral de ossos e dentes. Os cimentos de fosfatos de cálcio (CPC) possuem composição de fases cristalinas e resposta biológica similares às biocerâmicas de fosfato de cálcio utilizadas como material de implante por excelência devido à sua alta biocompatibilidade e excelente bioatividade; mas com a diferença de que estes podem ser facilmente moldados e adaptados ao local de implantação, injetados através de vias minimamente invasivas, ou misturados com diversos fármacos para obter uma ação terapêutica determinada e localizada no local de implantação. Em geral, tanto as biocerâmicas como os CPC apresentam baixas resistências mecânicas, pelo qual o objetivo principal deste trabalho foi a obtenção de novas formulações de CPC com propriedades mecânicas melhoradas mediante a adição de componentes de cimento Portland tradicional ou de cimento de aluminato de cálcio. Outras propriedades que se pretende melhorar com a adição de compostos portadores de silício são a bioatividade e osteogenicidade dos materiais resultantes, uma vez que os cimentos baseados em silicato de cálcio são altamente osteogênicos. Para isto, foi escolhido o sistema baseado em a-Ca3(PO4)2 e foram desenhadas diferentes formulações através da introdução de Ca3SiO5 (C3S) ou CaAl2O4 (CA), fases majoritárias dos cimentos Portland e cimentos de aluminato de cálcio que apresentam uma excelente resistência mecânica, além de ser biocompatíveis e bioativas. Do estudo realizado verificou-se que a adição de um 5% de C3S ao cimento baseado em a- Ca3(PO4)2 produz um incremento das propriedades mecânicas em longo prazo (14d) e melhora a bioatividade e citotoxicidade dos CPC tradicionais; no entanto, retarda a pega do cimento e a hidrólise do a-Ca3(PO4)2 e aumenta a o grau de degradação dos materiais. A introdução de SiO2 como modificação de esta formulação, embora diminuiu o pH resultante, retardou a pega do cimento provocando uma perda notável da resistência mecânica durante os primeiros estágios da reação. Por outro lado, a introdução de CA provocou uma diminuição da resistência à compressão dos cimentos, independente do teor adicionado, e não se observou a melhoria desta propriedade com o aumento do tempo. Contudo, a presença de CA permitiu a obtenção de materiais menos citotóxicos, e por consiguiente mais biocompatíves, assim como o aumento da bioatividade em relação aos CPC tradicionais. / The increased longevity of the world population and the growth of traumatic accidents in last decades, led to an increase in demand of materials and technologies for replacement of any portion or function of the human body to ensure the quality of human life. In this context, the development of new biomaterials for orthopedics and dentistry based on calcium phosphates is relevant, since they have similar chemical composition to the mineral phase of bones and teeth. The calcium phosphate cements (CPC) have composition of crystalline phases and biological response similar to calcium phosphate bioceramics used as implant material par excellence due to its high biocompatibility and excellent bioactivity; but with the difference that these can be easily shaped and adapted to the site, injected through minimally invasive means, or mixed with various drugs for a specific therapeutic action at the site of implantation. In general, both bioceramics such as CPC have low mechanical strength; whereby, the main objective of this study was to obtain new formulations of CPC with improved mechanical properties by adding components of traditional Portland cement or calcium aluminate cement. Other properties that are intended to improve with the addition of silicon compounds, are the bioactivity and osteogenic potential of the resulting materials, as it cements based on calcium silicate are highly osteogenic. For this, we chose a system based a-Ca3(PO4)2 and different formulations were designed by introducing Ca3SiO5 (C3S) or CaAl2O4 (CA), majority phases of Portland cement and calcium aluminate cements that have an excellent mechanical strength, and are biocompatible and bioactive. From the study it was found that the adittion of a 5% C3S to the a-Ca3(PO4)2 based cement, produces an increase in the mechanical properties in the long term (14d) and enhances bioactivity and cytotoxicity; however, enlarge the setting times and the degree of degradation ofaand hydrolysis of materials. The introduction of SiO2 as a modification of this formulation, resulted in a pH decreased, but in the increased of the setting times causing a noticeable loss of strength during the early stages of the reaction. Moreover, the introduction of CA reduced the compressive strength of cements, regardless of content added, and there was no improvement of this property with increasing time. However, the presence of CA allowed the production of materials less cytotoxic, and thereby to more biocompatible, as well as the increase in bioactivity relative to traditional CPC.

abstract: Early detection and treatment of disease is paramount for improving human health and wellness. Micro-scale devices promote new opportunities for the rapid, cost-effective, and accurate identification of altered biological states indicative of disease early-onset; these devices function at a scale more sensitive to numerous biological processes. The application of Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) in biomedical settings has recently emerged and flourished over course of the last two decades, requiring a deep understanding of material biocompatibility, biosensing sensitively/selectively, biological constraints for artificial tissue/organ replacement, and the regulations in place to ensure device safety. Capitalizing on the inherent physical differences between cancerous and healthy cells, our ultra-thin silicone membrane enables earlier identification of bladder cancer—with a 70% recurrence rate. Building on this breakthrough, we have devised an array to multiplex this sample-analysis in real-time as well as expanding beyond bladder cancer. The introduction of new materials—with novel properties—to augment current and create innovative medical implants requires the careful analysis of material impact on cellular toxicity, mutagenicity, reactivity, and stability. Finally, the achievement of replacing defective biological systems with implanted artificial equivalents that must function within the same biological constraints, have consistent reliability, and ultimately show the promise of improving human health as demonstrated by our hydrogel check valve. The ongoing proliferation, expanding prevalence, and persistent improvement in MEMS devices through greater sensitivity, specificity, and integration with biological processes will undoubtedly bolster medical science with novel MEMS-based diagnostics and therapeutics. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2018

This dissertation thesis deals with the evaluation of biocompatibility and osseointegration of nanostructured titanium materials used for dental implants. Bulk material topography and surface modification of titanium are currently of intense research mainly due to the significant impact on biocompatibility and improvement of osseointegration of dental implants. In the theoretical part are described types of titanium material and different methods of its surface modification. In vitro and in vivo biocompatibility and osseointegration tests are described as well. The experimental work consists of two parts of experiments. In the first experiment, we examined how grain size of nanostructured titanium material influences the behaviour of fibroblastic as well as osteoblastic cells growth on its surface. The experimentally obtained data were statistically analysed and discussed. Grain size was proven to be an important factor that influenced not only the strength of material but also its interactions with cells. The second experiment describes current methods used in the experimental evaluation of osseointegration of dental implants. The results of histological staining methods are illustrated and compared. A standardized and reproducible technique for stereological quantification of bone-implant contact...