Com os avanços tecnológicos ocorridos nas últimas décadas, tornou-se possível às diversas áreas do conhecimento melhorar a qualidade e expectativa de vida da população. Dentre as diversas áreas da Engenharia de Materiais, a de Biomateriais é a que está se destacando, vindo ao encontro das necessidades crescentes de melhorar a qualidade de vida da população. O uso de materiais que possam substituir partes ósseas vem sendo motivo de estudos há muitos anos. Para isto, os materiais têm que possuir propriedades químicas e mecânicas semelhantes às do organismo. Materiais como: cerâmicas, polímeros, metais ou até mesmo combinações entre eles vem sendo utilizados como biomateriais. Uma linha de materiais cerâmicos que se destaca é a de produtos à base de alumina, em função de suas características de biocompatibilidade e excelentes propriedades mecânicas. Na medicina, as próteses assumiram um papel importante, tanto na questão estética quanto na funcional. Os desafios nesta área, no intuito de descobrir novos materiais que possam substituir os existentes com desempenho satisfatório e custos mais acessíveis, tornam-se objetos de pesquisa em todo mundo. Na literatura existem poucos trabalhos que correlacionam bioatividade e propriedades mecânicas de cerâmicas à base de alumina, com relação à área médica. Para contribuir nesta questão, propôs-se um estudo tendo como base a alumina. O trabalho tem como objetivo desenvolver cerâmicas a base de alumina porosa, utilizando para isto o hidróxido de alumínio como nucleador de microporos. Resultados obtidos para o material mostram que a porosidade cresce com o aumento da concentração de hidróxido de alumínio na amostra. O preenchimento dos poros da matriz com biovidro tem por objetivo facilitar o processo de osteocondução. A vantagem do processo é a diminuição do tempo de recuperação para o paciente. Os resultados obtidos mostram que a adição de hidróxido de alumínio leva a uma porosidade maior nas amostras. Ensaios realizados verificaram que a concentração máxima de hidróxido é de 20 % em volume, e que concentrações maiores levam os corpos de prova a instabilidade. Os ensaios com o biovidro em forma de gel mostraram-se promissores, devido a facilidade para impregnação nos corpos de prova. Testes de bioatividade in vitro revelaram que o biovidro poderá ser utilizado como material bioativo, revelando um material útil no uso em próteses médicas. / With technological advances in the past decades, it became possible for various areas of knowledge to improve the quality and life expectancy of the population. Among the various areas of Materials Engineering, the Biomaterials is one that is emerging, coming to meet the growing needs to improve the quality of life. The use of materials that can replace bony parts has been subject of study for many years. For this, the materials have to possess chemical and mechanical properties similar to the body. Materials such as ceramics, polymers, metal or even combinations of them have been used as biomaterials. A line of ceramic materials that stands out is that of alumina-based products, due to their biocompatibility and excellent mechanical properties. In medicine, prosthetics played an important role in both aesthetics and functionality. The challenges in this area in order to discover new materials that can replace the existing performance and costs more affordable, they become objects of research worldwide. In the literature there are few studies that correlate bioactivity and mechanical properties of alumina ceramic base with respect to the medical field. To contribute to this issue, a proposed a study based on alumina. The work aims to develop ceramic-based porous alumina, using study has been aluminum hydroxide as nucleator of micropores. Results obtained for the material show that the porosity increases with increasing concentration of aluminum hydroxide in the sample. The filling of pores of the matrix with bioglass aims to facilitate the process of osteoconduction. The advantage of the process is to reduce the recovery time for the patient. The results show that the addition of aluminum hydroxide leads to a higher porosity in the samples. Tests carried out found that the maximum concentration of hydroxide is 20%, and higher concentrations lead to specimens instability. The tests with the bioglass gel have show promising due to ease of impregnation in the specimens. Bioactivity in vitro tests revealed that the bioglass can be used as a bioactive material, revealing a useful material for medical prostheses.

Com os avanços tecnológicos ocorridos nas últimas décadas, tornou-se possível às diversas áreas do conhecimento melhorar a qualidade e expectativa de vida da população. Dentre as diversas áreas da Engenharia de Materiais, a de Biomateriais é a que está se destacando, vindo ao encontro das necessidades crescentes de melhorar a qualidade de vida da população. O uso de materiais que possam substituir partes ósseas vem sendo motivo de estudos há muitos anos. Para isto, os materiais têm que possuir propriedades químicas e mecânicas semelhantes às do organismo. Materiais como: cerâmicas, polímeros, metais ou até mesmo combinações entre eles vem sendo utilizados como biomateriais. Uma linha de materiais cerâmicos que se destaca é a de produtos à base de alumina, em função de suas características de biocompatibilidade e excelentes propriedades mecânicas. Na medicina, as próteses assumiram um papel importante, tanto na questão estética quanto na funcional. Os desafios nesta área, no intuito de descobrir novos materiais que possam substituir os existentes com desempenho satisfatório e custos mais acessíveis, tornam-se objetos de pesquisa em todo mundo. Na literatura existem poucos trabalhos que correlacionam bioatividade e propriedades mecânicas de cerâmicas à base de alumina, com relação à área médica. Para contribuir nesta questão, propôs-se um estudo tendo como base a alumina. O trabalho tem como objetivo desenvolver cerâmicas a base de alumina porosa, utilizando para isto o hidróxido de alumínio como nucleador de microporos. Resultados obtidos para o material mostram que a porosidade cresce com o aumento da concentração de hidróxido de alumínio na amostra. O preenchimento dos poros da matriz com biovidro tem por objetivo facilitar o processo de osteocondução. A vantagem do processo é a diminuição do tempo de recuperação para o paciente. Os resultados obtidos mostram que a adição de hidróxido de alumínio leva a uma porosidade maior nas amostras. Ensaios realizados verificaram que a concentração máxima de hidróxido é de 20 % em volume, e que concentrações maiores levam os corpos de prova a instabilidade. Os ensaios com o biovidro em forma de gel mostraram-se promissores, devido a facilidade para impregnação nos corpos de prova. Testes de bioatividade in vitro revelaram que o biovidro poderá ser utilizado como material bioativo, revelando um material útil no uso em próteses médicas. / With technological advances in the past decades, it became possible for various areas of knowledge to improve the quality and life expectancy of the population. Among the various areas of Materials Engineering, the Biomaterials is one that is emerging, coming to meet the growing needs to improve the quality of life. The use of materials that can replace bony parts has been subject of study for many years. For this, the materials have to possess chemical and mechanical properties similar to the body. Materials such as ceramics, polymers, metal or even combinations of them have been used as biomaterials. A line of ceramic materials that stands out is that of alumina-based products, due to their biocompatibility and excellent mechanical properties. In medicine, prosthetics played an important role in both aesthetics and functionality. The challenges in this area in order to discover new materials that can replace the existing performance and costs more affordable, they become objects of research worldwide. In the literature there are few studies that correlate bioactivity and mechanical properties of alumina ceramic base with respect to the medical field. To contribute to this issue, a proposed a study based on alumina. The work aims to develop ceramic-based porous alumina, using study has been aluminum hydroxide as nucleator of micropores. Results obtained for the material show that the porosity increases with increasing concentration of aluminum hydroxide in the sample. The filling of pores of the matrix with bioglass aims to facilitate the process of osteoconduction. The advantage of the process is to reduce the recovery time for the patient. The results show that the addition of aluminum hydroxide leads to a higher porosity in the samples. Tests carried out found that the maximum concentration of hydroxide is 20%, and higher concentrations lead to specimens instability. The tests with the bioglass gel have show promising due to ease of impregnation in the specimens. Bioactivity in vitro tests revealed that the bioglass can be used as a bioactive material, revealing a useful material for medical prostheses.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-04-16Bitstream added on 2014-06-13T18:07:54Z : No. of bitstreams: 1 brandao_sm_me_botfm.pdf: 3665016 bytes, checksum: 75fc54153ef156f5ca956b6030a55db2 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A reposição do volume perdido nas cavidades enucleadas e evisceradas é feita há muitos anos. O vidro foi o primeiro material utilizado para este fim, seguido por uma série de outros, sem que nenhum deles possa ser considerado como o material ideal. Mais recentemente, o vidro ou melhor, o biovidro, voltou ao cenário das reconstruções em outras áreas da Medicina, levantando-se a hipótese do uso destes em cavidade anoftálmica. Avaliar experimentalmente a biocompatibilidade de cones de biovidro, biovitrocerâmico I e biovitrocerâmico II em cavidades evisceradas de coelhos. Foram utilizados 51 coelhos albinos, espécie Orictolagus cuniculus, submetidos a cirurgia de evisceração do olho direito, seguida da inclusão de cones na cavidade escleral. Os animais foram divididos em três grupos (G) que diferiram pelo tipo de biomaterial de que eram feitos os cones: cones de biovidro (GA), cones de biovitrocerâmico I (GB) e cones de biovitrocerâmico II (GC). Os animais foram sacrificados em três momentos (M) experimentais: sete (M1), 90 (M2) e 180 (M3) dias após a colocação dos cones na cavidade eviscerada. Os parâmetros avaliados foram: peso no início e ao final do período experimental; exame clínico diário; exames bioquímicos (TGO, TGP, CPK, FA, LDH, Uréia e Creatinina) imediatamente antes do procedimento cirúrgico e nos momentos de sacrifício; avaliação histológica do conteúdo orbitário e exame morfométrico da pseudocápsula e celularidade formada ao redor dos cones nos momentos de sacrifício; estudo tomográfico da órbita 45 dias após a evisceração e colocação dos cones; e microscopia eletrônica de varredura, realizada em seis coelhos no M3. O exame clínico e os exames bioquímicos dos animais mostraram que os animais mantiveram-se saudáveis durante o experimento. Houve boa integração dos cones com os tecidos do hospedeiro em todos os grupos e em todo... / Replacement of lost volume in eviscerated and enucleated cavities has been performed for many years. Glass was the first material for this purpose, followed by a number of others, although none of them could be considered an ideal one. Recently, bioglass made its return at the reconstruction scenery, bringing up the hypothesis of its use in anophthalmic cavity. To evaluate bioglass, bioglassceramic and bioglassceramic II biocompatibility in rabbit’s eviscerated cavities. 51 rabbitis were used, species Orictolagus cuniculus, all submitted to right eye evisceration surgery, followed by the inclusion of protheses in the escleral cavity. Those animals were gathered in 3 groups (G), distinguished through the type of material used to manufacture the cones: bioglass (GA), bioglassceramic (GB) and bioglassceramic II (GC). The animals were sacrificed at three distinctive experimental moments (M): 7 (M1), 90 (M2) and 180 (M3) days after the placement of cones in eviscerated cavities. The parameters evaluated were: daily clinical exam; biochemical exam (AST, ALT, CK, AP, HDL, urea and creatinine) before surgery and sacrifice; histological analysis; morphometric evaluation; ocular tomography 45 days after surgery; and scanning electron microscopy evaluation in six rabbits in M3. Clinical and biochemical examination led to the conclusion that the animals stayed healthy during the experiment. There was good cone integration with the host tissue in every group and throughout every experimental moment, having occurred extrusion in none of the animals. Histologically, it was observed pseudocapsule formation around the cones, composed of fibrovascular reaction, neovases, low amount of erythrocyte and inflammatory cells. Morphometric evaluation showed that the inflammatory reaction was higher at M1, getting progressively lower while getting at M3, being the lowest in rabbits which received ... (Complete abstract click access electronic below)

Orientador: Francine Benetti / Resumo: Introdução: Novas formulações de materiais vítreos apresentaram atividade antibacteriana e à indução a osteogênese. Objetivos: O objetivo deste estudo foi avaliar a citotoxicidade e a biocompatibilidade de soluções irrigadoras produzidas a partir de novas formulações de biovidros, o F18 (biovidro experimental) e o F18 com Cobalto (F18-Co; biovidro experimental dopado com cobalto), comparadas à água de cal, obtida a partir de solução com hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). Materiais e métodos: O F18 foi preparado e moído, e parte deste foi dopado com cobalto. Soluções irrigadoras foram preparadas com cada material (1:10 de pó para água), formando os grupos F18, F18-Co e Ca(OH)2. Células L929 foram cultivadas, e a viabilidade celular avaliada a partir de diluições das soluções irrigadoras (não diluída, ½, ¼, 1/8 e 1/16 diluição) pelo teste MTT, após 24 e 48 horas. Tubos de polietileno foram preenchidos com esponjas de fibrina e embebidos nas soluções, e tubos embebidos em soro fisiológico serviram de controle. Os tubos foram implantados no dorso de 16 ratos. Após 7 e 30 dias (n = 8), os ratos foram eutanasiados, e os tubos com o tecido circundante foram processados para coloração de hematoxilina-eosina (H.E.) e análise da inflamação através de escores. Os dados paramétricos (citotoxicidade) foram submetidos aos testes de normalidade para definir o teste estatístico a ser empregado, e os dados não-paramétricos (H.E.), foram avaliados pelos testes de Kruskal Wallis e Dunn (p < 0,05). ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Introduction: New formulations of vitreous materials showed antibacterial activity and osteogenesis induction. Objectives: The aim of this study was to evaluate the cytotoxicity and biocompatibility of irrigating solutions produced from new formulations of bioglass, F18 (experimental bioglass) and F18 with Cobalt (F18-Co; experimental bioglass doped with cobalt), compared to cobalt water lime, obtained from a solution with calcium hydroxide (Ca(OH)2). Materials and methods: The F18 was prepared and ground, and part of it was doped with cobalt. Irrigating solutions were prepared with each material (1:10 powder to water), forming groups F18, F18-Co and Ca(OH)2. L929 cells were cultured, and cell viability assessed from dilutions of irrigating solutions (undiluted, ½, ¼, 1/8 and 1/16 dilution) by the MTT test, after 24 and 48 hours. Polyethylene tubes were filled with fibrin sponges and embedded in the solutions, tubes embedded in 0.9% saline water served as controls. The tubes were implanted on the back of 16 rats. After 7 and 30 days (n = 8), the rats were euthanized, and the tubes with the surrounding tissue were processed for staining of hematoxylin-eosin (H.E.) and analysis of inflammation through scores. The parametric data (cytotoxicity) were subjected to normality tests to define the statistical test to be used, and the non-parametric data (H.E.), were evaluated by the Kruskal Wallis and Dunn tests (p < 0.05). Results: Undiluted solutions of the materials, and dilutions ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A complexidade de desenvolver novas tecnologias para aplicações em reconstituição óssea se deve à necessidade de combinar várias propriedades químicas e físicas para que o material proporcione o desempenho almejado. Particularmente, em aplicações que visam osteogênese, os enxertos sintéticos devem ser bioativos, possuir porosidade com volume, geometria e interconectividade de poros controlados, além de ter boas propriedades mecânicas, dentro de limites relativamente rígidos. Por essa razão, o recobrimento de materiais bioinertes com cerâmicas bioativas se tornou o foco da presente pesquisa. O objetivo desse estudo foi desenvolver um novo método de produção de enxertos cerâmicos com macroporosidade funcionalizada, onde a formação e o revestimento dos poros são realizados em uma única etapa. Foi realizado o estudo de recobrimento com vidro bioativo e fosfato de cálcio. Para isso, agentes porogênicos na forma de grânulos (de 600 &#956m a 2 mm de diâmetro) foram sintetizados pelo método da gelificação de uma solução aquosa de alginato de sódio gotejada em solução de nitrato de cálcio (0,5 M), com incorporação de outros elementos para a formação de biovidro ou fosfato de cálcio. Esses grânulos foram conglomerados a um vidro ou alumina em pó, formando um compósito, que foi tratado termicamente para sinterização e formação de poros. No caso da matriz vítrea, a sinterização ocorreu com cristalização simultânea e concorrente. As cerâmicas resultantes foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura, sendo possível observar a formação de macroporos aproximadamente esféricos (de 600 &#956m a 2 mm de diâmetro) revestidos internamente por uma camada de material com possível composição bioativa. / A tough requirement in the manufacture of implants for medicine is to conciliate appropriate mechanical properties and the porosity necessary for bone ingrowth. It is further important to control the fraction, morphology, size, surface to volume ratio and interconnectivity of pores. The difficulty in matching these characteristics is a deterrent for practical applications. High strength materials coated with a bioactive layer can overcome this problem. Therefore, the aim of the present study was to develop a new method for production of implants with functionalized macro porosity on ceramic. The production of a porous glass-ceramic and the internal coating of the pores with a bioactive material were performed in situ. The bioactive glass coating and calcium phosphate coating were studied. In order to achieve this goal, a porogenic agent in the form of beads (from 600 &#956m to 2 mm diameter) were prepared by the gelation of a water solution of sodium alginate into calcium nitrate solution (0.5 M), and incorporation of other components to yield the Bioglass composition or a calcium phosphate. The beads were further mixed with glass or ceramic powder and the assembly was heat treated for sintering. In the case of glass, the sintering occurred with concurrent crystallization. The obtained ceramics were characterized by optical and scanning electronic microscopy, which indicated that the porogenic beads acted successfully as a sacrificial template to produce functionalized macro pores.

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

Este trabalho está baseado no desenvolvimento do compósito poli(metacrilato de metila) (PMMA) microfibra de biovidro 45S5® (BV) com porosidade para aplicação direcionada a implantes ósseos. O PMMA é um material do tipo bioinerte amplamente utilizado na fabricação de implantes. O biovidro 45S5® é um biomaterial bioativo classe-A, que significa ser capaz de integração com tecidos moles e ósseos. O presente trabalho objetiva a conjugação das propriedades destes dois materiais em um conceito que introduz microfibra de biovidro 45S5® e porosidade em uma matriz de PMMA na busca de um material com elevada osteointegração e que permita a manufatura de implantes com adequada resistência a carregamentos mecânicos. Foram manufaturados e avaliados fisicamente e in vivo corpos de prova de PMMA com introdução de 20% de microfibra de biovidro (densos e porosos a 80%), corpos de PMMA com introdução de hidroxiapatita (densos e porosos a 80%) e de PMMA (densos e porosos a 80%) para controle. Foram realizados testes mecânicos de compressão e de flexão a três pontos para medidas de resistência e rigidez. Também foram realizadas medidas da microdureza Vickers e da densidade das amostras. Os resultados médios obtidos da tensão de escoamento e módulo elástico para os corpos de prova com introdução de 20% de microfibra de biovidro nos ensaios de compressão foram de 44 MPa e 1403 MPa respectivamente para as amostras densas e de 8 MPa e 13 MPa para as amostras porosas e nos ensaios de flexão foram de 48 MPa e 8129 MPa para os corpos densos e de 5 MPa e 97 MPa para os corpos porosos. A modelagem matemática a partir dos resultados permite a determinação antecipada da formulação para o atendimento específico de cada proposta de implante. Os implantes ensaiados in vivo com adição de microfibra de Biovidro 45S5® foram os que apresentaram os melhores resultados em integração óssea e controle da inflamação local. / This work is based on the development of poly(methyl methacrylate) (PMMA) - bioglass 45S5® microfibers composite with porosity for bone implants application. PMMA is a bioinert material widely used in the manufacture of biological implants. The 45S5® bioglass is a bioactive class-A biomaterial which indicates ability to integrate with bone and soft tissues. The present study aims to combine the properties of these two materials on a concept that introduces bioglass 45S5® microfibers and porosity in a matrix of PMMA in order to find a material with high bone integration and capable of manufacture implants with adequate resistance to mechanical loads. Samples of PMMA with the introduction of 20% of bioglass microfiber (dense and 80% of porous), PMMA with introduction of hydroxyapatite (dense and 80% of porous), and PMMA (dense and 80% of porous) for control were fabricated and evaluated both physically and in vivo. Mechanical tests such as compression and three points bending have been performed for measurements of strain and stiffness. Measurements of Vickers microhardness and density of the samples also were performed. The average results of yield stress and elastic modulus for the samples with the introduction of 20% microfiber bioglass in compression tests were 44 MPa and 1403 MPa respectively for dense samples and 8 MPa and 13 MPa for porous samples and in bending tests were 48 MPa and 8129 MPa for dense bodies and 5 MPa and 97 MPa for the porous bodies. The mathematical modeling based on the results allows the early determination of the formulation to meet the specific needs of each implant proposal. The implants tested in vivo with addition of 45S5® bioglass microfiber presented the best results in bone integration and control of local inflammation when compared with all the other groups with the scaffold presence.

Este trabalho está baseado no desenvolvimento do compósito poli(metacrilato de metila) (PMMA) microfibra de biovidro 45S5® (BV) com porosidade para aplicação direcionada a implantes ósseos. O PMMA é um material do tipo bioinerte amplamente utilizado na fabricação de implantes. O biovidro 45S5® é um biomaterial bioativo classe-A, que significa ser capaz de integração com tecidos moles e ósseos. O presente trabalho objetiva a conjugação das propriedades destes dois materiais em um conceito que introduz microfibra de biovidro 45S5® e porosidade em uma matriz de PMMA na busca de um material com elevada osteointegração e que permita a manufatura de implantes com adequada resistência a carregamentos mecânicos. Foram manufaturados e avaliados fisicamente e in vivo corpos de prova de PMMA com introdução de 20% de microfibra de biovidro (densos e porosos a 80%), corpos de PMMA com introdução de hidroxiapatita (densos e porosos a 80%) e de PMMA (densos e porosos a 80%) para controle. Foram realizados testes mecânicos de compressão e de flexão a três pontos para medidas de resistência e rigidez. Também foram realizadas medidas da microdureza Vickers e da densidade das amostras. Os resultados médios obtidos da tensão de escoamento e módulo elástico para os corpos de prova com introdução de 20% de microfibra de biovidro nos ensaios de compressão foram de 44 MPa e 1403 MPa respectivamente para as amostras densas e de 8 MPa e 13 MPa para as amostras porosas e nos ensaios de flexão foram de 48 MPa e 8129 MPa para os corpos densos e de 5 MPa e 97 MPa para os corpos porosos. A modelagem matemática a partir dos resultados permite a determinação antecipada da formulação para o atendimento específico de cada proposta de implante. Os implantes ensaiados in vivo com adição de microfibra de Biovidro 45S5® foram os que apresentaram os melhores resultados em integração óssea e controle da inflamação local. / This work is based on the development of poly(methyl methacrylate) (PMMA) - bioglass 45S5® microfibers composite with porosity for bone implants application. PMMA is a bioinert material widely used in the manufacture of biological implants. The 45S5® bioglass is a bioactive class-A biomaterial which indicates ability to integrate with bone and soft tissues. The present study aims to combine the properties of these two materials on a concept that introduces bioglass 45S5® microfibers and porosity in a matrix of PMMA in order to find a material with high bone integration and capable of manufacture implants with adequate resistance to mechanical loads. Samples of PMMA with the introduction of 20% of bioglass microfiber (dense and 80% of porous), PMMA with introduction of hydroxyapatite (dense and 80% of porous), and PMMA (dense and 80% of porous) for control were fabricated and evaluated both physically and in vivo. Mechanical tests such as compression and three points bending have been performed for measurements of strain and stiffness. Measurements of Vickers microhardness and density of the samples also were performed. The average results of yield stress and elastic modulus for the samples with the introduction of 20% microfiber bioglass in compression tests were 44 MPa and 1403 MPa respectively for dense samples and 8 MPa and 13 MPa for porous samples and in bending tests were 48 MPa and 8129 MPa for dense bodies and 5 MPa and 97 MPa for the porous bodies. The mathematical modeling based on the results allows the early determination of the formulation to meet the specific needs of each implant proposal. The implants tested in vivo with addition of 45S5® bioglass microfiber presented the best results in bone integration and control of local inflammation when compared with all the other groups with the scaffold presence.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a caracterização de biovidros e vitrocerâmicos bioativos do sistema 3CaO.P2O5-SiO2-MgO, com índices de cristalinidade variados, visando o uso destes materiais em implantes estruturais ósseos. Amostras de composição nominal (% em peso) 57,75% CaO.P2O5 - 30% SiO2 - 17,25% MgO foram obtidas por fusão, e posteriormente, tratamentos térmicos foram realizados para a cristalização parcial dos vitrocerâmicos em temperaturas entre 700 ºC e 1100 ºC, com tempos diversos de até 480 minutos. Esses materiais foram caracterizados quanto ao seu comportamento térmico, quanto às fases cristalinas presentes e à microestrutura. Os resultados mostram que o vidro base apresenta separação de fases amorfas e os vitrocerâmicos apresentam como fase cristalina majoritária a fase whitlockite, podendo ser encontrada também a fase diopsídio, em tratamentos térmicos acima de 1050 °C. As propriedades mecânicas de dureza, tenacidade à fratura, módulo de fratura por ensaio de flexão e módulo elástico dinâmico foram determinadas. Todas as propriedades foram avaliadas em função do grau de cristalinidade do material, mostrando que a microestrutura e a fração cristalizada, bem como as diferentes fases cristalinas presentes, influenciam os resultados obtidos. O ganho máximo nas propriedades mecânicas ocorre em tratamentos térmicos a 975 °C, sendo atingidos valores próximos a 6,2 GPa, 1,7 MPa.m1/2 e 120 MPa para a dureza, a tenacidade à fratura e o módulo de fratura, respectivamente, em comparação aos valores de 4,8 GPa, 1,1 MPa.m1/2, 71 MPa dos vidros nucleados, o que indica aumento da ordem de 30% na dureza, 55% na tenacidade e 70% na resistência à fratura. Para o teste in vitro de citotoxicidade foram utilizadas células CHO como meio de cultura. Para os testes de bioatividade, as trocas iônicas entre os materiais e a solução acelular SBF ressaltam as diferenças em termos de reatividade química, sendo o efeito da cristalização de biovidros na formação da HCA observado por FTIR. Todas as amostras não apresentaram caráter citotóxico e o vitrocerâmico tratado a 775 °C mostrou ser o material mais bioativo, com início de formação da HCA em período de 24 h. Assim, os resultados obtidos indicam que o vidro e os vitrocerâmicos do sistema 3CaO.P2O5-SiO2-MgO são promissores candidatos ao uso como implantes ósseos, com distintas características e propriedades. / The current work presents the development and characterization of bioglass and bioactive glass-ceramic based on 3CaO.P2O5-SiO2-MgO-system, with different crystallization degrees, in order to use these materials in bone restorations. Samples of nominal composition (wt%) 57.75% CaO.P2O5-30% SiO2-17.25% MgO were obtained by melting and after heat-treated to partial crystallization of glass-ceramic at temperatures between 700 ºC and 1100 °C , with times up to 480 minutes. These materials were characterized by thermal analysis, X-Ray diffraction and scanning electron microscopy. The results showed amorphous phase separation in glasses. In glass-ceramics, it was identified whitlockite as major crystal phase, and diopside phase above 1050 °C. Hardness, fracture toughness, bending strength and elastic modulii of the samples were evaluated. These mechanical properties were evaluated according to the matrix crystallinity degree. The microstructure and the crystallization degree must be influencing the mechanical properties results. The optimized properties were observed in samples crystallized at 975 °C, with values near to 6.2 GPa, 1.7 MPa.m1/2 and 120 MPa for hardness, fracture toughness and bending strength, respectively, in comparison to 4.8 GPa, 1.1 MPa.m1/2 and 71 MPa presented by nucleated glasses at 700 °C, which indicates increases of 30% in hardness, 55% in fracture toughness and 70% in bending strength. In the cytotoxicity test, the culture medium was CHO cells. Ionic exchanges with the SBF-K9 acellular solution during the in vitro bioactivity tests highlight the differences in terms of chemical reactivity between the glass and the glassceramics. The effect of crystallinity on the rates of hydroxycarbonate apatite (HCA) formation was followed by FTIR. All samples were considered not cytotoxic. The glassceramic obtained at 775 °C presented the most interesting result, because onset for HCA formation is about 24 hours.The results obtained indicate that glasses and glass-ceramics of the 3CaO.P2O5-SiO2-MgO system are promissory candidates to be used as bonegraft implants.

Neste trabalho, foi desenvolvida e caracterizada a cerâmica à base de zircônia tetragonal aditivada com biovidro para aplicações em implantes ou próteses. Essa zircônia (Y-TZP) tem conteúdo de 3% em mol de Y2O3, com objetivo de estabilizar a fase metaestável tetragonal, a qual possui características de conferir características tenacificantes ao material. O Biovidro utilizado como aditivo de sinterização, e, supressor de interstícios foi de composição (em peso) 52,75% CaOP2O5, 30% SiO2 e 17,25% MgO.Na preparação do Biovidro os pós foram moídos, misturados e peneirados a 63 um. Misturas contendo pós de Y-TZP e Biovidros foram preparadas nas propoções (em peso) de 0, 3, 5 e 10%. As misturas destes pós foram moídas e homogeneizadas em meio úmido, utilizando moinho planetário e, em seguida, secadas, desaglomeradas e peneiradas a 63 um. Foram feitos estudos sobre o comportamento dos compactados durante a sinterização, utilizando dilatometria. As misturas foram compactadas por prensagem uniaxial à frio e submetidas à sinterização em 1300ºC, a uma taxa de aquecimento de 10ºC/min, patamar de 120 min e taxa de resfriamento de 5ºC/min. As amostras sinterizadas depois de retificadas, foram cortadas em hastes nas dimensões (mm) 3x4x45, seguindo as especificações ditadas pela norma DIN EM 843-1 (ASTM C 1161-90) e polidas. Os corpos de prova tiveram analisada a densidade relativa, identificação das fases por difração de raios X, e microestrutura por microscopia eletrônica de varredura (MEV), determinando-se o tamanho e a morfologia (razão de aspecto) média dos grãos. A dureza e a tenacidade à fratura, desses corpos sinterizados, foram avaliados utilizando método de identação Vickers. Quanto à resistência mecânica foram aplicados ensaios de flexão estática e de fadiga, utilizando dispositivo de flexão em 4 pontos. Os resultados indicaram que as amostras com maiores teores de biovidro (10%), apresentam baixa densidade relativa, enquanto as amostras com 3 e 5% possuem alta densificação, sendo indicadas para aplicações estruturais. Esses resultados são relacionados ao aumento da quantidade de fase monoclínica das amostras com 10%, o que gera microtrincamento e, consequente aumento da porosidade. Esse efeito interfere diretamente nas propriedades mecânicas, as quais indicam que amostras com 3 e 5% de biovidro possuem dureza próxima a 1150 HV, tenacidade à fratura de 6,1 a 6,3 MPam1/2, e resistência a flexão de 360 a 450 MPa. Esses resultados são superiores aos relatados a zircônica monolítica (sem adição de biovidro) e, ao material aditivado com 10% de biovidro, os quais apresentaram resultados sensivelmente inferiores da ordem de 900 HV, tenacidade máxima de 4 a 5 MPam1/2 e resistência a fratura média de 125MPa (Y-TZP) e 300MPa (Y-TZP-10% biovidro). Os resultados dos testes de fadiga indicaram que as amostras sofrem grande espalhamento de valores, os quais são inerentes das características microestruturais do material. Estas se devem principalmente ao espalhamento heterogêneo dos vidros (fase líquida) pela matriz de ZrO2 durante o processo de sinterização, promovendo regiões com diferentes quantidades de fase intergranular, o que ocasiona formação de campos com diferentes concentrações de tensão, que são, possivelmente, responsáveis pelo aparecimento das trincas e, seu respectivo crescimento subcrítico durante os testes de fadiga. Com a diminuição da tensão aplicada nos testes de fadiga, foi encontrado que o limite de resistência a fadiga destes materiais está na ordem de 220 MPa, para ambas as composições com 3 e 5% de Biovidro. / Not avaliable.