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Objectives: Orthopaedic and dental implants are prone to frequent infections. This can lead to detrimental and often irreversible outcomes for many patients. The objective of this study was to develop a novel system using zinc oxide nanoparticles (nZnO) as a coating material that inhibits both bacterial adhesion / growth and promotes osteoblast growth. Methods and Results: Initially bacteria (S. aureus, E. coli, S. epidermidis and P. aeruginosa) were exposed to different concentrations of zinc oxide nanoparticulate suspensions (250 μg/mL, 500 μg/mL, 1000 μg/mL and 2500 μg/mL); with the higher concentrations of the suspensions demonstrating significant bactericidal effects. A novel electrohydrodynamic atomization coating technique (EHDA) was used to deposit mixtures of nZnO and nano-hydroxyapatite (nHA) onto the surface of glass samples (1 cm2). Exposure of the coated samples to phosphate buffered saline (PBS) and adult bovine serum (ABS) and measurement of bactericidal activity demonstrated superior antimicrobial activity for 100% and 75% nZnO composite coated samples. Lactate dehydrogenase (LDH) release from osteoblast-like cells (UMR-106 and MG-63) exposed to both nano-TiO2 and nano-ZnO nanoparticulate suspension supernatants indicated minimal toxicity. Nano-ZnO coated samples did not elicit LDH release with an increase in proliferation and viability of cells was observed. Scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy indicated that all cell types used (mesenchymal stem cells and osteoblast-like cells) were able to maintain their normal morphological state when adhered to the surface of the nano-coated material. Further studies as regards to patterned coated samples showed an exclusive adhesion selection by osteoblast-like cells to nZnO patterned regions that needs to be further investigated. Conclusion: ZnO NPs provide an antimicrobial and biocompatible coating material for medical and dental bone implants.

This thesis writes about biodegradable bone implants based on iron. The currently used metal-based implants have disadvantage in an often need of secondary surgery intervention to remove the implant. Therefore, there is a big research of biodegradable bone implants nowadays. In this work, iron-based materials with the addition of zinc and magnesium are being investigated. The produced samples have been immersed in a solution of NaCl and simulated body fluid, SBL. Subsequently there were regularly analysed changes of corrosion potential, pH, conductivity and also weight loss was watched.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Approximately 25% of all fractures in dogs involve the pelvis, of which 18-46% are iliac fractures. Conservative treatment can be performed in simple cases where minimum displacement occurs fractured fragments. However when there is severe displacement of the fragments, pelvic canal narrowing and involvement of weight bearing, surgical fixation is indicated. A variety of techniques have been described for the iliac fracture fixation. The highest percentage of successful cases can be attributed to the use of plates. Other methods used include pins, cerclage wire and compression screw. This study evaluated biomechanically the use of cortical allografts preserved in honey for the stabilization of transverse osteotomy of the ilium in dogs, as well as the use of hemicerclage wire isolated this cases, and compared the of two methods against the forces of bending. Were prepared cortical bone implants removed from humerus of dogs that eventually died for reasons not related to this research. The implants were preserved in honey for a period between 30 and 128 days. Were tested bilaterally thirteen canines pelves which held the body transverse osteotomy of the ilium. One hemipelvis of each dog was stabilized with a bone graft fixed by two hemicerclage wire and the contralateral hemipelvis with hemicerclage wire alone. To test the strength of flexion was used a manual compression machine where hemipelvis each was mounted on a wooden support. It was established that the time to stop the application of bending force would be when the fissure of the fracture suffer traction until half the width of the ilium (TMLI) or to failure. The strength of flexion needed to TMLI was significantly higher (P = 0.03) for hemipelves stabilized with bone implants (mean ± SD: 16.54 ± 5.29 kg) than for hemipelves stabilized with hemicerclage wire used alone (mean ± SD: 12.54 ± 4.01 kg). The force applied to fail was also statistically higher (P = 0.002) for hemipelves stabilized with bone implants (mean ± SD: 20.16 ± 7.3 kg) than in stabilized with hemicerclage wire used alone (mean ± SD: 12.54 ± 4.01 kg). The results showed that the use of cortical bone implants is a viable alternative for fixing the iliac osteotomy and is more resistant to strength of flexion in relation to the use of hemicerclage wire used in isolation. / Aproximadamente 25% de todas as fraturas em cães envolvem a pelve, sendo que 18-46% são fraturas ilíacas. O tratamento conservador pode ser realizado em casos simples onde ocorre deslocamento mínimo dos fragmentos fraturados. Entretanto, quando há deslocamento grave dos fragmentos, estreitamento do canal pélvico e comprometimento do suporte de peso, a fixação cirúrgica é indicada. Uma variedade de técnicas tem sido descrita para a fixação de fraturas ilíacas. A maior porcentagem de casos de sucesso pode ser atribuída ao uso de placas. Outros métodos usados incluem pinos, cerclagem de fio de aço e parafusos compressivos. Este trabalho avaliou biomecanicamente o uso de um implante ósseo cortical alógeno preservado em mel para a estabilização de osteotomia transversa de ílio em cães, bem como o uso de hemicerclagem de fio de aço isoladamente nestes casos, e comparou os dois métodos de estabilização de ílio frente às forças de flexão. Foram confeccionados implantes ósseos corticais alógenos retirados de úmeros de cães que vieram a óbito por motivos não relacionados com este trabalho. Os implantes foram preservados em mel por um período entre 30 e 128 dias. Foram testadas bilateralmente 13 pelves caninas nas quais se realizou osteotomia transversa do corpo do ílio. Uma hemipelve de cada cão foi estabilizada com o implante ósseo fixado por meio de duas hemicerclagens de fio de aço e a hemipelve contralateral com hemicerclagem de fio de aço isoladamente. Para testar a força de flexão, foi utilizada uma prensa de compressão manual onde cada hemipelve foi montada em um suporte de madeira. Foi estabelecido que o momento de interromper a aplicação da força de flexão seria quando a fenda da fratura sofresse tração até a metade da largura do ílio (TMLI) ou até a falha. A força de flexão necessária para TMLI foi significativamente maior (P=0,03) para hemipelves estabilizadas com implante ósseo (média ± SD: 16,54 ± 5,29 kgf) do que para as hemipelves estabilizadas com hemicerclagem de fio de aço usada isoladamente (média ± SD: 12,54 ± 4,01 kgf). A força aplicada para falhar também foi estatisticamente maior (P= 0,002) para as hemipelves estabilizadas com implante ósseo (média ± SD: 20,16 ± 7,3 kgf) do que nas estabilizadas com hemicerclagem de fio de aço usada isoladamente (média ± SD: 12,54 ± 4,01 kgf). Os resultados demonstraram que o uso de implante ósseo cortical alógeno é uma alternativa viável para a fixação da osteotomia ilíaca e apresenta maior resistência à força de flexão em relação ao uso de hemicerclagem de fio de aço usada isoladamente.

Commercially available titanium (Ti) alloys, such as Ti–6Al–4V and c.p. Ti, even though established in clinical use as load-bearing bone implant materials in orthopedics and dentistry, possess significant drawbacks that may lead to implant failure: i) presence of alloying elements with harmful health effects, ii) high Young’s modulus (E > 100 GPa) compared to human cortical bone (Ebone = 10 – 30 GPa), and iii) lack of antibacterial activity against multidrug-resistant bacteria, which may lead to implant-associated infections. To overcome the first two drawbacks, a new generation of biocompatible metastable β-type Ti alloys has been developed, in particular β-type Ti–Nb alloys, which are versatile candidates due to their low Young’s modulus, high strength-to-weight ratio and improved corrosion resistance. The present work aims to tackle all three aforementioned issues by developing novel β-type Ti–45Nb-based alloys with potential intrinsic antibacterial activity by adding antibacterial gallium (Ga) and copper (Cu) in minor amounts (up to 8 wt.%) via metallurgical route. Nine alloys with the following chemical compositions: (100-x)(Ti–45Nb)–xGa, (100-x)(Ti–45Nb)–xCu (where x = 2, 4, 6, 8 wt.%), and 96(Ti–45Nb)–2Ga–2Cu, based on alloy design approaches, were produced by controlled casting and homogenization treatment. The effect of antibacterial alloying additions on phase constitution, mechanical characteristics, corrosion, and tribocorrosion response in a simulated physiological environment has been investigated. All nine alloys in the homogenized state display a single-phase β (BCC) phase microstructure, whose lattice parameter is proved to be sensitive to Ga and Cu content, with an almost linear contraction. The mechanical characteristics are strongly influenced by Ga and Cu addition, with a general strengthening effect mainly attributed to substitutional solid solution strengthening, and to grain boundary strengthening in case of Ga. Deformation behavior indicates high mechanical stability of the β phase, suggesting dislocation slip as dominant deformation mechanism. The results demonstrate that strategic alloy design is an effective method to significantly increase strength without adversely affecting the Young’s modulus, which remains in the range of good biomechanical compatibility (E = 64 – 104 GPa). Evaluation of the corrosion response and metal ion release in simulated physiological environment demonstrates the high corrosion resistance of the nine alloys, whereas tribocorrosion wear resistance increases upon Ga addition. Further thermal (aging) treatments, carried out on a specific Cu-containing alloy, proved the feasibility of tailoring enhanced mechanical, chemical and potentially antibacterial properties by thermally-induced precipitation of Ti₂Cu intermetallic compound. These novel developed alloys are considered to be promising candidates for biomedical bone implant applications.

To investigate and assess bone regeneration in sheep in combination with new implant materials classical histological staining methods as well as immunohistochemistry may provide additional information to standard radiographs or computer tomography. Available published data of bone defect regenerations in sheep often present none or sparely labeled histological images. Repeatedly, the exact location of the sample remains unclear, detail enlargements are missing and the labeling of different tissues or cells is absent. The aim of this article is to present an overview of sample preparation, staining methods and their benefits as well as a detailed histological description of bone regeneration in the sheep tibia. General histological staining methods like hematoxylin and eosin, Masson-Goldner trichrome, Movat’s pentachrome and alcian blue were used to define new bone formation within a sheep tibia critical size defect containing a polycaprolactone-co-lactide (PCL) scaffold implanted for 3 months (n = 4). Special attention was drawn to describe the bone healing patterns down to cell level. Additionally one histological quantification method and immunohistochemical staining methods are described.

O presente trabalho trata da manufatura direta de implantes de hidroxiapatita mediante a técnica de prototipagem rápida. A hidroxiapatita proveniente de estrutura óssea mineral bovina possui grande importância dentre os biomateriais devido a sua biocompatibilidade e grande similaridade com a estrutura óssea humana. A prototipagem rápida permite a obtenção de modelos com dimensões e formato miméticos ao do defeito ósseo do paciente e possibilita a obtenção de implantes com porosidade desejada e geometria complexas. Este trabalho tem como objetivo o estudo da obtenção de implantes por três diferentes técnicas de prototipagem rápida: usinagem a verde, 3DPrint e uma inovadora técnica de prototipagem rápida obtida pela polimerização da resina acrílica (fase líquida da barbotina) por luz ultravioleta presente em uma faixa da banda do espectro de luz emitido pelo laser azul (SLB). A diminuta pressão de conformação, típicas das técnicas de prototipagem rápida aditiva, exige pós altamente reativos para efetiva sinterização, dessa forma a hidroxiapatita obtida a partir do fêmur bovino foi calcinada e moída em moinhos de bolas e vibratório na busca de pós submicrométricos. A usinagem a verde de compactados foi considerada como padrão ouro da manufatura e foi aplicada para obtenção de corpos de prova cilíndricos, previamente conformados por prensagem isostática a 100 e 200 MPa e ensaiados por densificação, flexão, dureza e tenacidade à fratura. Introdução de partículas de alumina e whiskers de alumina foram ensaiados na busca de otimização das propriedades mecânicas. Para prototipagem rápida pelo método de SLB, misturas de hidroxiapatita e resina foram submetidas à emissão do laser azul com percurso direcionado em equipamento CNC, onde peças tridimensionais foram prototipadas e sinterizadas. A hidroxiapatita proveniente do osso bovino apresentou características de íons substitucionais de carbonato e após moagens em moinho de bolas seguido de vibratório foi obtida partículas de diâmetro médio equivalente de 0,35 µm que se mostraram reativas para promoção da sinterização. A sinterização a 1300 ºC-2h forneceu as melhores características cristalográfica e de propriedades mecânicas, resultando em corpos referências com hidroxiapatita sem decomposição em outros fosfatos de cálcio com 99,8 % da densidade, resistência mecânica à flexão de 100 MPa, dureza de 483 HV e tenacidade à fratura de 0,6 MPa.m1/2. A introdução de 1 vol% de alumina e whiskers de alumina elevaram a resistência mecânica do corpo para aproximadamente 140 MPa com tenacidade de 0,61 MPa.m1/2. Para a técnica 3DPrint aglomerados esféricos da composição cerâmica deve ter dimensões entre as malhas de 200 e 400 mesh (75 a 38 µm) e o binder deve ter resistividade superior à 290 kΩ, componentes reativos, emolientes, lubrificantes e estabilizantes. Na manufatura pela técnica SLB a incidência do laser com fluência de 170 mW.s/mm2 promoveu a cura da resina no diâmetro de 0,5 mm e profundidade próxima a 0,5 mm o que, permitiu a prototipagem de scaffolds com camadas de espessura de 0,5 mm resistente ao manuseio para remoção da barbotina não curada. / The study deals with the direct manufacturing of hydroxyapatite implants using rapid prototyping. Hydroxyapatite structure originated from bovine mineral bone has great importance among the biomaterials and biocompatibility due to its great similarity with the human bone structure. Rapid prototyping allows obtaining models with dimensions and shaping mimetics to the patient\'s bone defect and enables the achievement of implants with complex geometry and porosity desired. This study aims to obtain scaffolds for three rapid prototyping techniques: the green machining, 3DPrint and an innovative rapid prototyping technique, obtained by polymerization of acrylic resin (liquid phase of slurry) by ultraviolet light present in a range of the spectrum band a blue light emitted by the laser (SLB). The small conformation pressure, typical of additive rapid prototyping techniques requires highly reactive powders for effective sintering, and then hydroxyapatite obtained from bovine femur was calcined and milled in ball mill and vibratory mill for obtention of sub micrometrics powders. The green machining was considered as the standard of mechanical properties and was used to obtain cylindrical specimens, previously shaped by isostatic pressing at 100 and 200 MPa, and tested by densification, bending, hardness and toughness fracture. Introduction of particles of alumina and alumina whiskers were tested in search engine optimization of the mechanical properties. For rapid prototyping by the method of SLB, mixtures of hydroxyapatite and resin were subjected to blue laser emission directed in CNC equipment where three-dimensional pieces were prototyped and sintered. Hydroxyapatite derived from bovine bone showed characteristics of substitutional carbonate ions and non-stoichiometry, after grinding in a ball mill followed by vibratory mill, particles obtained was equivalent average diameter of 0.35 micrometers that proved reactive to promote sintering. Sintering at 1300 °C-2h gave the best crystallographic characteristics and mechanical properties, resulting in references bodies with hydroxyapatite without decomposition of other calcium phosphates with 99.8 % of density, flexural strength of 100 MPa, hardness of 483 HV and fracture toughness of 0.6 MPa.m1/2. The introduction of 1 vol% alumina and alumina whiskers increased the mechanical strength of the body with approximately 140 MPa and toughness fracture of 0.61 MPa.m1/2. For technical 3DPrint spherical agglomerates of ceramic composition should have dimensions between 200 and 400 mesh (75-38 µm) and the binder should have resistivity higher than 290 kΩ and components reactive, emollients, lubricants and stabilizers. In the manufacturing technique SLB incidence of the laser with a fluency of 170 mW.s/mm2 promoted curing of the resin of 0.5 mm in diameter and depth about 0.5 mm, which enabled the prototyping of scaffolds with thick layers 0.5 mm resistant to handle for removal of slurry uncured.

Esta pesquisa tem como finalidade desenvolver implantes de alumina com núcleo denso e superfície gradualmente porosa (FGM) recobertos com materiais bioativos - hidroxiapatita e biovidro. Materiais porosos são estudados como solução para a osseointegração, porém apresenta déficit nas suas propriedades mecânicas. Estruturas bifásicas foram desenvolvidas por pesquisadores com o propósito de promover crescimento tecidual, sem afetar significativamente sua propriedade mecânica, no entanto ocorre delaminação. Neste trabalho é proposta uma estrutura em gradiente funcional que visa aprimorar as propriedades mecânicas conjugadas com a sinalização celular e com integração óssea. O tamanho, a morfologia de poros e também a porosidade são parâmetros fundamentais para boa resposta tecidual e integração do implante, pois afetam a viabilidade e a afinidade celular. Para essa finalidade a busca por uma espessura efetiva de porosidade se faz fundamental para alto desempenho do implante. Peças de alumina porosas infiltradas com materiais bioativos foram fabricadas e estudadas in vivo, em tíbias de ratos da raça Wistar durante 14, 18, 21 e 28 dias, para investigar a qualidade do crescimento de tecido ósseo. O estudo com implantes porosos recobertos foi realizado para avaliar e padronizar a superfície porosa do gradiente funcional. Os animais foram analisados com densidade mineral óssea (DMO), as tíbias foram caracterizadas na interface osso-implante e nos poros com histologia, com EDS-line-scan, com radiografias e com ensaios de cisalhamento. Implantes de alumina com 70% de porosidade foram comparados com recobrimento bioativo e sem recobrimento in vivo e ex-vivo. Nos resultados, os implantes recobertos aceleram o processo de osseointegração. Essa característica foi mais evidente no período de 28 dias de implantação com aumento de 24% na tensão de cisalhamento. Após validar uma superfície porosa e osseointegrável para a superfície do gradiente funcional, foram aplicadas técnicas diferenciadas para manufaturar peças com núcleo denso e superfície com gradiente de porosidade. As peças com FGM foram manufaturadas com a utilização de duas técnicas, dipping e co-prensagem e foram analisadas com microscopia eletrônica de varredura. Com o método de manufatura de co-prensagem foram obtidas peças com superfície gradualmente porosa, com transição de densificação contínua, sem delaminação. Os implantes de alumina em gradiente funcional com 70 % de porosidade na superfície mais externa, recobertos por bioativos apresentam potencial para aplicações em implantes ósseos ou dentários. / The present thesis reports on the development of alumina implants with dense core and gradually porous surface (FGM) covered with bioactive materials, hydroxyapatite (HA) and bioactive glass. Porous materials have been studied to provide tissue ingrowth, however they strongly affect the mechanical properties of the implant. Biphasic structures have been developed by some researchers to promote tissue growth without affecting the mechanical properties, although delamination may occur. This study proposes a functional gradient structure to improve both the mechanical properties of the material and cell signaling. The size and morphology of the pores as well as their porosity are key parameters for good tissue response and implant integration, since they affect the viability and cell affinity, and an effective porosity thickness becomes essential for a high performance of the implant. Porous alumina implants coated with bioactive materials were fabricated and studied in vivo in rat tibia for 14, 18, 21, and 28 days to investigate the quality of bone tissue growth. The study of porous coated implants was performed to evaluate and standardize the porous surface of the functional gradient. The animals were examined with bone mineral density (BMD), the tibiae were characterized in the bone-implant interface and the pores were analyzed with histology, EDS line-scan, X-ray and shear tests. Alumina with 70% porosity was compared with and without bioactive coating in vivo and ex vivo. The results showed that the covered implants accelerated the osseointegration process. This characteristic is more evident within 28 days of deployment with a 24% increase in shear stress. After validating a porous and osteointegrated surface for the surface of the functional gradient, several techniques were applied to manufacture parts with dense core and surface with gradient of porosity. The pieces were manufactured with FGM using two techniques, dipping and co-pressing and were analyzed by scanning electron microscopy. The manufacturing method of co-pressing allowed obtaining pieces with gradually porous surface and continuous transition of densification without delamination. On the outermost surface, alumina implants with functional gradient and 70% porosity and coated with bioactive materials presented potential for application to bone or dental implants.

O presente trabalho trata da manufatura direta de implantes de hidroxiapatita mediante a técnica de prototipagem rápida. A hidroxiapatita proveniente de estrutura óssea mineral bovina possui grande importância dentre os biomateriais devido a sua biocompatibilidade e grande similaridade com a estrutura óssea humana. A prototipagem rápida permite a obtenção de modelos com dimensões e formato miméticos ao do defeito ósseo do paciente e possibilita a obtenção de implantes com porosidade desejada e geometria complexas. Este trabalho tem como objetivo o estudo da obtenção de implantes por três diferentes técnicas de prototipagem rápida: usinagem a verde, 3DPrint e uma inovadora técnica de prototipagem rápida obtida pela polimerização da resina acrílica (fase líquida da barbotina) por luz ultravioleta presente em uma faixa da banda do espectro de luz emitido pelo laser azul (SLB). A diminuta pressão de conformação, típicas das técnicas de prototipagem rápida aditiva, exige pós altamente reativos para efetiva sinterização, dessa forma a hidroxiapatita obtida a partir do fêmur bovino foi calcinada e moída em moinhos de bolas e vibratório na busca de pós submicrométricos. A usinagem a verde de compactados foi considerada como padrão ouro da manufatura e foi aplicada para obtenção de corpos de prova cilíndricos, previamente conformados por prensagem isostática a 100 e 200 MPa e ensaiados por densificação, flexão, dureza e tenacidade à fratura. Introdução de partículas de alumina e whiskers de alumina foram ensaiados na busca de otimização das propriedades mecânicas. Para prototipagem rápida pelo método de SLB, misturas de hidroxiapatita e resina foram submetidas à emissão do laser azul com percurso direcionado em equipamento CNC, onde peças tridimensionais foram prototipadas e sinterizadas. A hidroxiapatita proveniente do osso bovino apresentou características de íons substitucionais de carbonato e após moagens em moinho de bolas seguido de vibratório foi obtida partículas de diâmetro médio equivalente de 0,35 µm que se mostraram reativas para promoção da sinterização. A sinterização a 1300 ºC-2h forneceu as melhores características cristalográfica e de propriedades mecânicas, resultando em corpos referências com hidroxiapatita sem decomposição em outros fosfatos de cálcio com 99,8 % da densidade, resistência mecânica à flexão de 100 MPa, dureza de 483 HV e tenacidade à fratura de 0,6 MPa.m1/2. A introdução de 1 vol% de alumina e whiskers de alumina elevaram a resistência mecânica do corpo para aproximadamente 140 MPa com tenacidade de 0,61 MPa.m1/2. Para a técnica 3DPrint aglomerados esféricos da composição cerâmica deve ter dimensões entre as malhas de 200 e 400 mesh (75 a 38 µm) e o binder deve ter resistividade superior à 290 kΩ, componentes reativos, emolientes, lubrificantes e estabilizantes. Na manufatura pela técnica SLB a incidência do laser com fluência de 170 mW.s/mm2 promoveu a cura da resina no diâmetro de 0,5 mm e profundidade próxima a 0,5 mm o que, permitiu a prototipagem de scaffolds com camadas de espessura de 0,5 mm resistente ao manuseio para remoção da barbotina não curada. / The study deals with the direct manufacturing of hydroxyapatite implants using rapid prototyping. Hydroxyapatite structure originated from bovine mineral bone has great importance among the biomaterials and biocompatibility due to its great similarity with the human bone structure. Rapid prototyping allows obtaining models with dimensions and shaping mimetics to the patient\'s bone defect and enables the achievement of implants with complex geometry and porosity desired. This study aims to obtain scaffolds for three rapid prototyping techniques: the green machining, 3DPrint and an innovative rapid prototyping technique, obtained by polymerization of acrylic resin (liquid phase of slurry) by ultraviolet light present in a range of the spectrum band a blue light emitted by the laser (SLB). The small conformation pressure, typical of additive rapid prototyping techniques requires highly reactive powders for effective sintering, and then hydroxyapatite obtained from bovine femur was calcined and milled in ball mill and vibratory mill for obtention of sub micrometrics powders. The green machining was considered as the standard of mechanical properties and was used to obtain cylindrical specimens, previously shaped by isostatic pressing at 100 and 200 MPa, and tested by densification, bending, hardness and toughness fracture. Introduction of particles of alumina and alumina whiskers were tested in search engine optimization of the mechanical properties. For rapid prototyping by the method of SLB, mixtures of hydroxyapatite and resin were subjected to blue laser emission directed in CNC equipment where three-dimensional pieces were prototyped and sintered. Hydroxyapatite derived from bovine bone showed characteristics of substitutional carbonate ions and non-stoichiometry, after grinding in a ball mill followed by vibratory mill, particles obtained was equivalent average diameter of 0.35 micrometers that proved reactive to promote sintering. Sintering at 1300 °C-2h gave the best crystallographic characteristics and mechanical properties, resulting in references bodies with hydroxyapatite without decomposition of other calcium phosphates with 99.8 % of density, flexural strength of 100 MPa, hardness of 483 HV and fracture toughness of 0.6 MPa.m1/2. The introduction of 1 vol% alumina and alumina whiskers increased the mechanical strength of the body with approximately 140 MPa and toughness fracture of 0.61 MPa.m1/2. For technical 3DPrint spherical agglomerates of ceramic composition should have dimensions between 200 and 400 mesh (75-38 µm) and the binder should have resistivity higher than 290 kΩ and components reactive, emollients, lubricants and stabilizers. In the manufacturing technique SLB incidence of the laser with a fluency of 170 mW.s/mm2 promoted curing of the resin of 0.5 mm in diameter and depth about 0.5 mm, which enabled the prototyping of scaffolds with thick layers 0.5 mm resistant to handle for removal of slurry uncured.

Esta pesquisa tem como finalidade desenvolver implantes de alumina com núcleo denso e superfície gradualmente porosa (FGM) recobertos com materiais bioativos - hidroxiapatita e biovidro. Materiais porosos são estudados como solução para a osseointegração, porém apresenta déficit nas suas propriedades mecânicas. Estruturas bifásicas foram desenvolvidas por pesquisadores com o propósito de promover crescimento tecidual, sem afetar significativamente sua propriedade mecânica, no entanto ocorre delaminação. Neste trabalho é proposta uma estrutura em gradiente funcional que visa aprimorar as propriedades mecânicas conjugadas com a sinalização celular e com integração óssea. O tamanho, a morfologia de poros e também a porosidade são parâmetros fundamentais para boa resposta tecidual e integração do implante, pois afetam a viabilidade e a afinidade celular. Para essa finalidade a busca por uma espessura efetiva de porosidade se faz fundamental para alto desempenho do implante. Peças de alumina porosas infiltradas com materiais bioativos foram fabricadas e estudadas in vivo, em tíbias de ratos da raça Wistar durante 14, 18, 21 e 28 dias, para investigar a qualidade do crescimento de tecido ósseo. O estudo com implantes porosos recobertos foi realizado para avaliar e padronizar a superfície porosa do gradiente funcional. Os animais foram analisados com densidade mineral óssea (DMO), as tíbias foram caracterizadas na interface osso-implante e nos poros com histologia, com EDS-line-scan, com radiografias e com ensaios de cisalhamento. Implantes de alumina com 70% de porosidade foram comparados com recobrimento bioativo e sem recobrimento in vivo e ex-vivo. Nos resultados, os implantes recobertos aceleram o processo de osseointegração. Essa característica foi mais evidente no período de 28 dias de implantação com aumento de 24% na tensão de cisalhamento. Após validar uma superfície porosa e osseointegrável para a superfície do gradiente funcional, foram aplicadas técnicas diferenciadas para manufaturar peças com núcleo denso e superfície com gradiente de porosidade. As peças com FGM foram manufaturadas com a utilização de duas técnicas, dipping e co-prensagem e foram analisadas com microscopia eletrônica de varredura. Com o método de manufatura de co-prensagem foram obtidas peças com superfície gradualmente porosa, com transição de densificação contínua, sem delaminação. Os implantes de alumina em gradiente funcional com 70 % de porosidade na superfície mais externa, recobertos por bioativos apresentam potencial para aplicações em implantes ósseos ou dentários. / The present thesis reports on the development of alumina implants with dense core and gradually porous surface (FGM) covered with bioactive materials, hydroxyapatite (HA) and bioactive glass. Porous materials have been studied to provide tissue ingrowth, however they strongly affect the mechanical properties of the implant. Biphasic structures have been developed by some researchers to promote tissue growth without affecting the mechanical properties, although delamination may occur. This study proposes a functional gradient structure to improve both the mechanical properties of the material and cell signaling. The size and morphology of the pores as well as their porosity are key parameters for good tissue response and implant integration, since they affect the viability and cell affinity, and an effective porosity thickness becomes essential for a high performance of the implant. Porous alumina implants coated with bioactive materials were fabricated and studied in vivo in rat tibia for 14, 18, 21, and 28 days to investigate the quality of bone tissue growth. The study of porous coated implants was performed to evaluate and standardize the porous surface of the functional gradient. The animals were examined with bone mineral density (BMD), the tibiae were characterized in the bone-implant interface and the pores were analyzed with histology, EDS line-scan, X-ray and shear tests. Alumina with 70% porosity was compared with and without bioactive coating in vivo and ex vivo. The results showed that the covered implants accelerated the osseointegration process. This characteristic is more evident within 28 days of deployment with a 24% increase in shear stress. After validating a porous and osteointegrated surface for the surface of the functional gradient, several techniques were applied to manufacture parts with dense core and surface with gradient of porosity. The pieces were manufactured with FGM using two techniques, dipping and co-pressing and were analyzed by scanning electron microscopy. The manufacturing method of co-pressing allowed obtaining pieces with gradually porous surface and continuous transition of densification without delamination. On the outermost surface, alumina implants with functional gradient and 70% porosity and coated with bioactive materials presented potential for application to bone or dental implants.