A presente dissertação de mestrado investigou a funcionalização de nanotubos de carbono (NTCs) e sua utilização como reforço em compósitos de matriz de hidroxiapatita (HAp). A HAp é um biomaterial utilizado na substituição de tecidos ósseos e apresenta elevada biocompatibilidade, porém baixa tenacidade à fratura, o que restringe sua utilização em locais de baixa solicitação por cargas. Os NTCs são folhas de grafeno enroladas na forma cilíndrica que apresentam excelentes propriedades. Estes têm sido utilizados para reforçar materiais devido seu elevado valor de resistência mecânica. A funcionalização teve como objetivo aprimorar a ligação entre os NTCs e a matriz de HAp, além de contribuir na dispersão deste material para maior homogeneização, quando adicionado por via úmida à HAp. Três funcionalizações, com diferentes ácidos (H2SO4, HNO3 e HCl) foram testadas e avaliadas através de técnicas como microscopia eletrônica, espectroscopia Raman e de infravermelho, termogravimetria e análise de dispersão em meio aquoso. A funcionalização que levou à melhor dispersão de NTCs em meio aquoso foi, então, utilizada para preparar suspensões com HAp. Seis diferentes formulações foram testadas: sem NTCs, e com 0,1, 0,5, 1,0 e 2,0% em peso de NTCs funcionalizados e 1,0% em peso de NTCs não funcionalizados. Os compósitos foram compactados e sinterizados em Ar a 1200°C, e então submetidos a ensaio de compressão. O valor de KIC foi calculado pelo método do disco brasileiro. A face fraturada dos corpos-de-prova foi investigada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados obtidos indicaram que a estrutura dos NTCs foi mantida após a funcionalização. A adsorção de grupos funcionais foi mais eficiente em duas das três formulações investigadas. Os ensaios mecânicos indicaram uma maior resistência à tração e KIC para o compósito de HAp reforçado com 1% de NTCs funcionalizados. A partir deste teor, a resistência mecânica diminui. A análise da microestrutura dos compósitos revelou, contudo, uma considerável aglomeração do material reforço quando adicionados 2% de NTCs na matriz cerâmica, o que foi associado à perda de resistência mecânica. A adição de NTCs não funcionalizados já aumenta consideravelmente a resistência mecânica do material e KIC. Os valores passaram respectivamente de 13,8 MPa e 1,48 MPa.m0,5 do compósito HAp sem NTC, para 21,5 MPa e 2,15 MPa.m0,5 no compósito HAp com 1% de NTCs sem funcionalização e para 25,1 MPa e 2,47 MPa.m0,5 no compósito com 1% NTCs funcionalizados. As análises das faces fraturadas confirmaram a presença de mecanismos de tenacificação do tipo ponte (bridging), arrancamento (pullout) e fratura do reforço. / The present report evaluated the functionalization of carbon nanotubes (CNTs) and its application as reinforcement in composites of hydroxyapatite (HAp) matrices. HAp is a biomaterial used to replace bone tissues and is very biocompatible; however it presents low values of fracture toughness. This characteristic limited its usage to sites with low load solicitation. The functionalization of CNTs aims the improvement of the bonding between the matrix and the reinforcement. This method also contributes to the dispersion of CNTs when it is added to the HAp in an aqueous media, aiming the homogeneity of the solution. Three functionalizations, using different acids (H2SO4, HNO3 e HCl) were tested and evaluated using techniques like electronic microscopy, Raman and infrared spectroscopy, thermogravimetry and water dispersion analysis. Thereafter, functionalization that showed better dispersion in aqueous media was utilized to prepare specimens of Hap/NTCs. Six different formulations were analyzed: without and with 0.1, 0.5, 1.0 and 2.0% in weight of functionalized CNTs and 1% in weight of non-functionalized CNTs. The powder composite was compressed and sintered in argon at 1200°C. Specimens obtained were submitted to compressive mechanical test and their fracture toughness was calculated using the flattened Brazilian disc specimen. The fractured face of specimens was evaluated by a scanning electronic microscope (SEM). Experimental results obtained indicated the maintenance of the structure of CNTs after all oxidations tested and the adsorption of functional groups showed more efficiency in two of the three methodologies studied. Mechanical tests pointed a higher tensile resistance and fracture toughness for the composite reinforced with 1% of functionalized CNTs. Above this content, mechanical resistance values decrease. The analysis of the microstructure of composites revealed, nevertheless, a considerable agglomeration of the reinforcement when 2% of CNTs was added to the ceramic matrix. This agglomeration is associated to the decrease on mechanical resistance of the material. The addition of nonfunctionalized CNTs increases significantly the mechanical resistance and the fracture toughness of the material. Values improved from 13,8 MPa and 1,48 MPa.m0,5 to pure HAp composite to 21,5 MPa and 2,15 MPa.m0,5 to the composite of HAp with 1% of nonfunctionalized CNTs and to 25,1 MPa and 2,47 MPa.m0,5 to the composite with 1% of functionalized CNTs. Analyzing the faces of fracture of the specimens it was confirmed the presence of toughness mechanisms type bridging, pullout and fracture of the reinforcement.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas / Made available in DSpace on 2012-10-18T04:56:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T22:02:43Z : No. of bitstreams: 1 178704.pdf: 2320189 bytes, checksum: 25908deb5347e12430c519f85931e33a (MD5) / Neste trabalho foi investigado a preparação de pastas de hidroxiapatita (HAp) com quitosana (QTS), utilizada como suporte para uma biocerâmica aplicável na osteointegração. Foram preparadas pastilhas não desintegráveis da pasta de fosfato de cálcio com QTS. A HAp utilizado na preparação das pastas foi sintetizado de duas maneiras diferentes: A partir de nitrato de cálcio e fosfato de amônio dibásico, HAp100, e a partir de fosfato tricálcico (TCP), brushita e sulfato de condroitina na presença de succinato de sódio, HApIII. As pastas foram preparadas a partir da mistura do pó de HAp com uma solução de QTS 4% e transformadas em pastilhas. Foi observado que a pastilha não se desintegrou na presença de solução fisiológica devido à insolubilidade da QTS em água. A morfologia dos compósitos também foi estudada, sendo observado que as pastilhas de HAp100 possuem uma superfície porosa, devido a uma distribuição uniforme dos grãos, superior das obtidas a partir de HApIII. a porosimetria mostrou poros maiores que 100 µm, e uma porosidade de até aproximadamente 80%. A espectroscopia no infravermelho mostrou deslocamentos das bandas características dos grupos amino e fosfato para freqüências de número de onda menor, devido às interações entre estes grupos. O estudo de difração de raios-X demonstrou uma cristalinidade melhor para a HAp100, apresentando uma melhor resolução dos picos de difração

A Deposição Química de Vapor Assistida por Chama (DQVAC) foi empregada de forma pioneira na obtenção de revestimentos de hidroxiapatita sobre substratos de aço inoxidável 316L. Esta técnica apresenta um grande potencial na deposição de óxidos, principalmente pelo baixo custo de equipamentos e insumos. Para aplicação como biomaterial, é desejável que os revestimentos apresentem cristalinidade, boa aderência, e porosidade, para favorecer a osteointegração. Neste trabalho, foram empregados como solução precursora acetato de cálcio e fosfato de amônio diluídos em álcool. Foram utilizadas as razões molares de Ca/P de 1,666, equivalente à da hidroxiapatita biológica, e 1,100, no intuito de investigar sua influência na microestrutura dos revestimentos obtidos. A temperatura da chama foi mantida constante, tendo-se variado a temperatura do substrato durante as deposições entre 500 e 550ºC, com fluxo da solução precursora de 4, 8 e 12 mL/min. Os tempos de deposição foram de 5, 10 e 20 minutos. Os revestimentos obtidos apresentaram-se porosos, com boa adesão, variando sua espessura entre 66 e 757 μm, principalmente em função do tempo de deposição. O fluxo da solução precursora e temperatura contribuem de modo discreto na determinação da espessura final. Também foi possível identificar partículas que supostamente fundiram na chama e alcançam o substrato com alta plasticidade. As análises por difração de raios X indicaram que a solução precursora de razão molar Ca/P de 1,666 leva a revestimentos cristalinos, com a fase majoritária hidroxiapatita, e pequenas quantidade de fosfato tricálcico (TCP-β). Com razão molar de 1,100, constatou-se a fase pirofosfato de cálcio-α (CPP). Parâmetros de deposição como tempo, temperatura e fluxo da solução precursora não afetaram a presença da fase hidroxiapatita nos revestimentos. Por espectroscopia de infravermelho foram identificados carbonatos nos revestimentos de hidroxiapatita. Análises por microssonda EDS confirmaram que os revestimentos produzidos são formados por cálcio e fósforo, onde a razão em peso de Ca/P varia entre 2,67 até 3,76. Os resultados do ensaio em solução de plasma simulado (SBF) não foram conclusivos quanto à biocompatibilidade dos revestimentos obtidos, sendo necessários ensaios in vitro e in vivo em culturas celulares e em animais para uma maior definição de sua biocompatibilidade. / Flame Assisted Chemical Vapor Deposition was employed for the first time in this work in order to obtain hydroxyapatite coatings on 316L stainless steel metallic substrates. This is a recent technique that shows enormous potential for oxides deposition, mainly due to the low cost of equipment and precursors. Aiming the application of the hydroxyapatite-stainless steel system as biomaterial, crystalline coatings with good adhesion to the substrate are desired, and porosity can favor the osseointegration In this work calcium acetate and ammonium phosphate diluted in alcohol were employed as precursor solution. Ca/P ratios of 1.666 (equivalent to biological hydroxyapatite) and 1.100 were tested, with the purpose of investigating its influence in the microstructure of produced films. Flame temperature was kept constant and substrate temperatures were varied in the range between 500 and 550ºC. Different solution precursor fluxes - 4, 8 and 12 mL/min - and deposition times - 5, 10 and 20 minutes - were also evaluated. The coatings obtained were porous, with good adhesion to substrate and thickness varying between 66 and 757μm, mainly in function of time. Precursor solution flux and temperature contribute in a discreet manner in the determination of final thickness. Also it’s possible to identify particles that probably melted in the flame and reached the substrate with high plasticity. X-ray diffraction results have indicated that a precursor solution with Ca/P ratio of 1.666 leads to crystalline coatings, with the presence of a major phase hydroxyapatite, and traces of tricalcium phosphate (β-TCP). With a ratio of 1.100, α−calcium pyrophosphate (CPP) phase was present in the coating. Parameters as deposition time, temperature and precursor solution flux don’t affect the presence of hydroxyapatite phase in the coatings. By infrared spectroscopy carbonates were identified in the hydroxyapatite coatings. Analysis with EDX confirmed that the produced coatings are formed by calcium and phosphorous, with a Ca/P weight ratio between 2.67 and 3.76. Results of essays by immersion in Simulated Body Fluid (SBF) solution did not permit conclusions about the biocompatibility of the hydroxyapatite coatings. It is necessary to carry out experiments in vitro and in vivo in cell culture and animals for a conclusive evaluation of their biocompatibility.

A presente dissertação de mestrado investigou a funcionalização de nanotubos de carbono (NTCs) e sua utilização como reforço em compósitos de matriz de hidroxiapatita (HAp). A HAp é um biomaterial utilizado na substituição de tecidos ósseos e apresenta elevada biocompatibilidade, porém baixa tenacidade à fratura, o que restringe sua utilização em locais de baixa solicitação por cargas. Os NTCs são folhas de grafeno enroladas na forma cilíndrica que apresentam excelentes propriedades. Estes têm sido utilizados para reforçar materiais devido seu elevado valor de resistência mecânica. A funcionalização teve como objetivo aprimorar a ligação entre os NTCs e a matriz de HAp, além de contribuir na dispersão deste material para maior homogeneização, quando adicionado por via úmida à HAp. Três funcionalizações, com diferentes ácidos (H2SO4, HNO3 e HCl) foram testadas e avaliadas através de técnicas como microscopia eletrônica, espectroscopia Raman e de infravermelho, termogravimetria e análise de dispersão em meio aquoso. A funcionalização que levou à melhor dispersão de NTCs em meio aquoso foi, então, utilizada para preparar suspensões com HAp. Seis diferentes formulações foram testadas: sem NTCs, e com 0,1, 0,5, 1,0 e 2,0% em peso de NTCs funcionalizados e 1,0% em peso de NTCs não funcionalizados. Os compósitos foram compactados e sinterizados em Ar a 1200°C, e então submetidos a ensaio de compressão. O valor de KIC foi calculado pelo método do disco brasileiro. A face fraturada dos corpos-de-prova foi investigada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados obtidos indicaram que a estrutura dos NTCs foi mantida após a funcionalização. A adsorção de grupos funcionais foi mais eficiente em duas das três formulações investigadas. Os ensaios mecânicos indicaram uma maior resistência à tração e KIC para o compósito de HAp reforçado com 1% de NTCs funcionalizados. A partir deste teor, a resistência mecânica diminui. A análise da microestrutura dos compósitos revelou, contudo, uma considerável aglomeração do material reforço quando adicionados 2% de NTCs na matriz cerâmica, o que foi associado à perda de resistência mecânica. A adição de NTCs não funcionalizados já aumenta consideravelmente a resistência mecânica do material e KIC. Os valores passaram respectivamente de 13,8 MPa e 1,48 MPa.m0,5 do compósito HAp sem NTC, para 21,5 MPa e 2,15 MPa.m0,5 no compósito HAp com 1% de NTCs sem funcionalização e para 25,1 MPa e 2,47 MPa.m0,5 no compósito com 1% NTCs funcionalizados. As análises das faces fraturadas confirmaram a presença de mecanismos de tenacificação do tipo ponte (bridging), arrancamento (pullout) e fratura do reforço. / The present report evaluated the functionalization of carbon nanotubes (CNTs) and its application as reinforcement in composites of hydroxyapatite (HAp) matrices. HAp is a biomaterial used to replace bone tissues and is very biocompatible; however it presents low values of fracture toughness. This characteristic limited its usage to sites with low load solicitation. The functionalization of CNTs aims the improvement of the bonding between the matrix and the reinforcement. This method also contributes to the dispersion of CNTs when it is added to the HAp in an aqueous media, aiming the homogeneity of the solution. Three functionalizations, using different acids (H2SO4, HNO3 e HCl) were tested and evaluated using techniques like electronic microscopy, Raman and infrared spectroscopy, thermogravimetry and water dispersion analysis. Thereafter, functionalization that showed better dispersion in aqueous media was utilized to prepare specimens of Hap/NTCs. Six different formulations were analyzed: without and with 0.1, 0.5, 1.0 and 2.0% in weight of functionalized CNTs and 1% in weight of non-functionalized CNTs. The powder composite was compressed and sintered in argon at 1200°C. Specimens obtained were submitted to compressive mechanical test and their fracture toughness was calculated using the flattened Brazilian disc specimen. The fractured face of specimens was evaluated by a scanning electronic microscope (SEM). Experimental results obtained indicated the maintenance of the structure of CNTs after all oxidations tested and the adsorption of functional groups showed more efficiency in two of the three methodologies studied. Mechanical tests pointed a higher tensile resistance and fracture toughness for the composite reinforced with 1% of functionalized CNTs. Above this content, mechanical resistance values decrease. The analysis of the microstructure of composites revealed, nevertheless, a considerable agglomeration of the reinforcement when 2% of CNTs was added to the ceramic matrix. This agglomeration is associated to the decrease on mechanical resistance of the material. The addition of nonfunctionalized CNTs increases significantly the mechanical resistance and the fracture toughness of the material. Values improved from 13,8 MPa and 1,48 MPa.m0,5 to pure HAp composite to 21,5 MPa and 2,15 MPa.m0,5 to the composite of HAp with 1% of nonfunctionalized CNTs and to 25,1 MPa and 2,47 MPa.m0,5 to the composite with 1% of functionalized CNTs. Analyzing the faces of fracture of the specimens it was confirmed the presence of toughness mechanisms type bridging, pullout and fracture of the reinforcement.

MELO, Edla Freire. Biocompósitos de gelatina de pele e hidroxiapatita de escamas de resíduos do beneficiamento de tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus). 2017. 90 f. Dissertação (Mestrado em Química)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza,2017. / Submitted by Celia Sena (celiasena@dqoi.ufc.br) on 2017-06-05T18:14:03Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_efmelo.pdf: 3063244 bytes, checksum: d6df394a12cbc46c6d8d227a642a084a (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-06-05T18:44:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_efmelo.pdf: 3063244 bytes, checksum: d6df394a12cbc46c6d8d227a642a084a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-05T18:44:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_efmelo.pdf: 3063244 bytes, checksum: d6df394a12cbc46c6d8d227a642a084a (MD5) Previous issue date: 2017 / Compounds based on calcium phosphate, among them hydroxyapatite, record several technological applications, such as biocomposites. Hydroxyapatite is widely used as biomaterial because of its excellent biocompatibility. Scales of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) are composed of an organic fraction (collagen) and another inorganic (mainly phosphates). The skins, they are great sources for extracting collagen/gelatine. The objective of this work was the extraction and characterization of hydroxyapatite of fish skin and scales, gelatine for the production of biocomposite as an alternative for the recovery of this residue. An alkaline heat treatment was used to obtain hydroxyapatite and alkali/acid for gelatin. The scale was characterized in terms of ash, moisture, lipids, proteins and minerals. The obtained materials were characterized by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TG), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), spectroscopy of Dispersive energy (EDS), gel permeation chromatography (GPC) and isoelectric point of gelatin. The presence of hydroxyapatite in the scale was demonstrated not only by the analysis of minerals (Ca and P) and EDS with intense peaks, but also by the ash content of 28.39%, confirming the mineral phase. In the SEM, the mineral particles appear interconnected between the collagenous fibers of the scales and the typical FTIR bands at 567 and 603 cm-1, characteristic of P-O vibrations, 1045 cm-1, may be associated with P-O bonding in PO43- groups, and The bands of 3440 cm-1 and 1645 cm-1 are typical of the O-H linkages. In addition, the XRD confirms the crystalline phase of hydroxyapatite, reinforcing that the scale is a source of the material. The characterization of gelatine also shows that it has a good molecular weight according to the source of the production, just as the FTIR bands confirm the presence of typical amide I, II and III constituents. The isoelectric point found was PI = pH = 8.6. The treatments present potential for obtaining hydroxyapatite and gelatine, as well as development of biocomposite. / Compostos à base de fosfato de cálcio, dentre esses a hidroxiapatita, registram diversas aplicações tecnológicas, a exemplo de biocompósitos. A hidroxiapatita é muito utilizada como biomaterial devido à sua excelente biocompatibilidade. Escamas de tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus) são compostas de uma fração orgânica (colágeno) e outra inorgânica (principalmente fosfatos). Assim como as peles, são ótimas fontes para extração de colágeno/gelatina. O objetivo deste trabalho consistiu na extração e caracterização de hidroxiapatita de escamas e gelatina da pele de pescado para produção de biocompósito como alternativa de aproveitamento desse resíduo. Empregou-se um tratamento térmico alcalino para a obtenção da hidroxiapatita e álcali/ácido para a gelatina. A escama foi caracterizada em termos de cinzas, umidade, lipídeos, proteínas e minerais. Os materiais obtidos foram caracterizados por técnicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), difração de raio-x (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), cromatografia por permeação em gel (GPC) e ponto isoelétrico da gelatina. A presença de hidroxiapatita na escama foi demostrada não só pela análise de minerais (Ca e P) e EDS com picos intensos, mas também pelo teor de cinzas de 28,39%, confirmando a fase mineral. No MEV, as partículas minerais aparecem interligadas entre as fibras colagenosas das escamas e as bandas típicas do FTIR em 567 e em 603 cm-1, característicos de vibrações P-O, 1045 cm-1, podem estar associadas à ligação P-O em grupos PO43- , e as bandas de 3440 cm-1 e em 1645 cm-1 são típicas das ligações O-H. Além disso, o DRX confirma a fase cristalina de hidroxiapatita, reforçando que a escama é uma fonte do material. A caracterização da gelatina também mostra que possui peso molecular considerado bom, de acordo com a fonte de obtenção, assim como as bandas de FTIR confirmam presença de contituintes típicos de amida I, II e III. O ponto isoelétrico encontrado foi PI = pH = 8,6. Os tratamentos apresentam potencial para obtenção de hidroxiapatita e gelatina, assim como desenvolvimento de biocompósito.

Made available in DSpace on 2014-08-13T14:51:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-12-19Bitstream added on 2014-08-13T17:59:37Z : No. of bitstreams: 1 000776493.pdf: 2249587 bytes, checksum: 509733cfe2be76d014d1899dbe20d842 (MD5) / O objetivo deste estudo foi investigar in vitro os indicadores osteogênese, a citotoxicidade e genotoxicidade de osteoblastos-like (MG 63) em contato indireto com três substitutos ósseos: Hidroxipatita bovina (HA) (Bio-Oss®- Geistlich), Beta fosfato tricálcico (β-TCP - Bionnovation) e Beta fosfato tricálcico experimental (β-TCP experimental). Os osteoblastos-like foram expostos aos materiais por 24 h, por meio da utilização de meio condicionado pelos substitutos ósseos na concentração de 16 mg/mL. Os indicadores da osteogênese foram analisados pelos testes atividade de fosfatase alcalina, conteúdo de proteína total e formação de nódulos de mineralização. A viabilidade celular foi mensurada pelo teste de MTT e a genotoxicidade foi determinada pela formação de micronúcleos (MNT) nas células após exposição aos substitutos ósseos e também ao etilmetano sulfanato (controle positivo). Os dados obtidos foram submetidos aos testes estatísticos ANOVA, comparação múltipla de Tukey (Post Hoc) e teste Z (p<0,05). Pelo teste de MTT observou-se que nenhum dos materiais avaliados foi citotóxico, sendo que o β -TCP, seguido pelo Bio-Oss®, induziram proliferação celular após 24 h. O ensaio de MNT indicou que nenhum dos substitutos ósseos apresentou genotoxicidade. Em relação aos indicadores da osteogênese, foi observado que as células em contato com os materiais foram capazes de induzir a osteogênese e que esse processo foi influenciado pelo período de cultura dos osteoblastos-like em contato com os substitutos ósseos. O conteúdo de proteína total apresentou-se maior em geral aos 10 dias, enquanto a atividade de fosfatase alcalina foi superior em todos os materiais aos 14 dias, semelhante à formação de nódulos de mineralização, que também apresentou pico de formação no período de 14 dias. Dentre os substitutos ósseos avaliados, foi constatado que ... / The aim of this study was to investigate in vitro the indicators of osteogenesis, the cytotoxicity and genotoxicity of osteoblast-like (MG 63) in indirect contact with three bone substitutes: Hydroxypatite Bovine (HA) (Bio -Oss ® - Geistlich), Beta Tricalcium Phosphate (β -TCP - Bionnovation) and experimental Beta Tricalcium Phosphate (β -TCP experimental). The osteoblasts-like were exposed to the materials for 24 h, through the use of conditioned medium by bone substitutes in the concentration of 16 mg/mL. The indicators of osteogenesis were analyzed by alkaline phosphatase activity, total protein content and formation of mineralized nodules. Cell viability was measured by MTT assay and genotoxicity was determined by the formation of micronuclei (MNT) in the cells after exposure to the bone substitute and also to the etilmetano sulfanato (positive control). The data obtained were submitted to ANOVA, Tukey's multiple comparison (Post Hoc) and Z test (p < 0,05 ). The MTT assay showed that none of the tested materials was cytotoxic. Furthemore, the β -TCP, followed by Bio- Oss® , induced proliferation of cells after 24 h. The MNT test indicated that none of the bone substitutes was genotoxic. Concerning the indicators of osteogenesis, it was observed that cells in contact with the materials were able to induce osteogenesis and that this process was influenced by the period of culture of osteoblast-like in contact with bone substitutes. The total protein content was the highest in general on the 10th day, while the alkaline phosphatase activity was the highest in all the materials on the 14th day, similar to the formation of mineralized nodules, which also showed the highest values on the 14th day. Among the evaluated bone substitutes, it was found that the β-TCP induced higher osteogenesis than others on all the tests. Based on the results of this study, it was concluded that all.....

A Deposição Química de Vapor Assistida por Chama (DQVAC) foi empregada de forma pioneira na obtenção de revestimentos de hidroxiapatita sobre substratos de aço inoxidável 316L. Esta técnica apresenta um grande potencial na deposição de óxidos, principalmente pelo baixo custo de equipamentos e insumos. Para aplicação como biomaterial, é desejável que os revestimentos apresentem cristalinidade, boa aderência, e porosidade, para favorecer a osteointegração. Neste trabalho, foram empregados como solução precursora acetato de cálcio e fosfato de amônio diluídos em álcool. Foram utilizadas as razões molares de Ca/P de 1,666, equivalente à da hidroxiapatita biológica, e 1,100, no intuito de investigar sua influência na microestrutura dos revestimentos obtidos. A temperatura da chama foi mantida constante, tendo-se variado a temperatura do substrato durante as deposições entre 500 e 550ºC, com fluxo da solução precursora de 4, 8 e 12 mL/min. Os tempos de deposição foram de 5, 10 e 20 minutos. Os revestimentos obtidos apresentaram-se porosos, com boa adesão, variando sua espessura entre 66 e 757 μm, principalmente em função do tempo de deposição. O fluxo da solução precursora e temperatura contribuem de modo discreto na determinação da espessura final. Também foi possível identificar partículas que supostamente fundiram na chama e alcançam o substrato com alta plasticidade. As análises por difração de raios X indicaram que a solução precursora de razão molar Ca/P de 1,666 leva a revestimentos cristalinos, com a fase majoritária hidroxiapatita, e pequenas quantidade de fosfato tricálcico (TCP-β). Com razão molar de 1,100, constatou-se a fase pirofosfato de cálcio-α (CPP). Parâmetros de deposição como tempo, temperatura e fluxo da solução precursora não afetaram a presença da fase hidroxiapatita nos revestimentos. Por espectroscopia de infravermelho foram identificados carbonatos nos revestimentos de hidroxiapatita. Análises por microssonda EDS confirmaram que os revestimentos produzidos são formados por cálcio e fósforo, onde a razão em peso de Ca/P varia entre 2,67 até 3,76. Os resultados do ensaio em solução de plasma simulado (SBF) não foram conclusivos quanto à biocompatibilidade dos revestimentos obtidos, sendo necessários ensaios in vitro e in vivo em culturas celulares e em animais para uma maior definição de sua biocompatibilidade. / Flame Assisted Chemical Vapor Deposition was employed for the first time in this work in order to obtain hydroxyapatite coatings on 316L stainless steel metallic substrates. This is a recent technique that shows enormous potential for oxides deposition, mainly due to the low cost of equipment and precursors. Aiming the application of the hydroxyapatite-stainless steel system as biomaterial, crystalline coatings with good adhesion to the substrate are desired, and porosity can favor the osseointegration In this work calcium acetate and ammonium phosphate diluted in alcohol were employed as precursor solution. Ca/P ratios of 1.666 (equivalent to biological hydroxyapatite) and 1.100 were tested, with the purpose of investigating its influence in the microstructure of produced films. Flame temperature was kept constant and substrate temperatures were varied in the range between 500 and 550ºC. Different solution precursor fluxes - 4, 8 and 12 mL/min - and deposition times - 5, 10 and 20 minutes - were also evaluated. The coatings obtained were porous, with good adhesion to substrate and thickness varying between 66 and 757μm, mainly in function of time. Precursor solution flux and temperature contribute in a discreet manner in the determination of final thickness. Also it’s possible to identify particles that probably melted in the flame and reached the substrate with high plasticity. X-ray diffraction results have indicated that a precursor solution with Ca/P ratio of 1.666 leads to crystalline coatings, with the presence of a major phase hydroxyapatite, and traces of tricalcium phosphate (β-TCP). With a ratio of 1.100, α−calcium pyrophosphate (CPP) phase was present in the coating. Parameters as deposition time, temperature and precursor solution flux don’t affect the presence of hydroxyapatite phase in the coatings. By infrared spectroscopy carbonates were identified in the hydroxyapatite coatings. Analysis with EDX confirmed that the produced coatings are formed by calcium and phosphorous, with a Ca/P weight ratio between 2.67 and 3.76. Results of essays by immersion in Simulated Body Fluid (SBF) solution did not permit conclusions about the biocompatibility of the hydroxyapatite coatings. It is necessary to carry out experiments in vitro and in vivo in cell culture and animals for a conclusive evaluation of their biocompatibility.

A presente dissertação de mestrado investigou a funcionalização de nanotubos de carbono (NTCs) e sua utilização como reforço em compósitos de matriz de hidroxiapatita (HAp). A HAp é um biomaterial utilizado na substituição de tecidos ósseos e apresenta elevada biocompatibilidade, porém baixa tenacidade à fratura, o que restringe sua utilização em locais de baixa solicitação por cargas. Os NTCs são folhas de grafeno enroladas na forma cilíndrica que apresentam excelentes propriedades. Estes têm sido utilizados para reforçar materiais devido seu elevado valor de resistência mecânica. A funcionalização teve como objetivo aprimorar a ligação entre os NTCs e a matriz de HAp, além de contribuir na dispersão deste material para maior homogeneização, quando adicionado por via úmida à HAp. Três funcionalizações, com diferentes ácidos (H2SO4, HNO3 e HCl) foram testadas e avaliadas através de técnicas como microscopia eletrônica, espectroscopia Raman e de infravermelho, termogravimetria e análise de dispersão em meio aquoso. A funcionalização que levou à melhor dispersão de NTCs em meio aquoso foi, então, utilizada para preparar suspensões com HAp. Seis diferentes formulações foram testadas: sem NTCs, e com 0,1, 0,5, 1,0 e 2,0% em peso de NTCs funcionalizados e 1,0% em peso de NTCs não funcionalizados. Os compósitos foram compactados e sinterizados em Ar a 1200°C, e então submetidos a ensaio de compressão. O valor de KIC foi calculado pelo método do disco brasileiro. A face fraturada dos corpos-de-prova foi investigada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados obtidos indicaram que a estrutura dos NTCs foi mantida após a funcionalização. A adsorção de grupos funcionais foi mais eficiente em duas das três formulações investigadas. Os ensaios mecânicos indicaram uma maior resistência à tração e KIC para o compósito de HAp reforçado com 1% de NTCs funcionalizados. A partir deste teor, a resistência mecânica diminui. A análise da microestrutura dos compósitos revelou, contudo, uma considerável aglomeração do material reforço quando adicionados 2% de NTCs na matriz cerâmica, o que foi associado à perda de resistência mecânica. A adição de NTCs não funcionalizados já aumenta consideravelmente a resistência mecânica do material e KIC. Os valores passaram respectivamente de 13,8 MPa e 1,48 MPa.m0,5 do compósito HAp sem NTC, para 21,5 MPa e 2,15 MPa.m0,5 no compósito HAp com 1% de NTCs sem funcionalização e para 25,1 MPa e 2,47 MPa.m0,5 no compósito com 1% NTCs funcionalizados. As análises das faces fraturadas confirmaram a presença de mecanismos de tenacificação do tipo ponte (bridging), arrancamento (pullout) e fratura do reforço. / The present report evaluated the functionalization of carbon nanotubes (CNTs) and its application as reinforcement in composites of hydroxyapatite (HAp) matrices. HAp is a biomaterial used to replace bone tissues and is very biocompatible; however it presents low values of fracture toughness. This characteristic limited its usage to sites with low load solicitation. The functionalization of CNTs aims the improvement of the bonding between the matrix and the reinforcement. This method also contributes to the dispersion of CNTs when it is added to the HAp in an aqueous media, aiming the homogeneity of the solution. Three functionalizations, using different acids (H2SO4, HNO3 e HCl) were tested and evaluated using techniques like electronic microscopy, Raman and infrared spectroscopy, thermogravimetry and water dispersion analysis. Thereafter, functionalization that showed better dispersion in aqueous media was utilized to prepare specimens of Hap/NTCs. Six different formulations were analyzed: without and with 0.1, 0.5, 1.0 and 2.0% in weight of functionalized CNTs and 1% in weight of non-functionalized CNTs. The powder composite was compressed and sintered in argon at 1200°C. Specimens obtained were submitted to compressive mechanical test and their fracture toughness was calculated using the flattened Brazilian disc specimen. The fractured face of specimens was evaluated by a scanning electronic microscope (SEM). Experimental results obtained indicated the maintenance of the structure of CNTs after all oxidations tested and the adsorption of functional groups showed more efficiency in two of the three methodologies studied. Mechanical tests pointed a higher tensile resistance and fracture toughness for the composite reinforced with 1% of functionalized CNTs. Above this content, mechanical resistance values decrease. The analysis of the microstructure of composites revealed, nevertheless, a considerable agglomeration of the reinforcement when 2% of CNTs was added to the ceramic matrix. This agglomeration is associated to the decrease on mechanical resistance of the material. The addition of nonfunctionalized CNTs increases significantly the mechanical resistance and the fracture toughness of the material. Values improved from 13,8 MPa and 1,48 MPa.m0,5 to pure HAp composite to 21,5 MPa and 2,15 MPa.m0,5 to the composite of HAp with 1% of nonfunctionalized CNTs and to 25,1 MPa and 2,47 MPa.m0,5 to the composite with 1% of functionalized CNTs. Analyzing the faces of fracture of the specimens it was confirmed the presence of toughness mechanisms type bridging, pullout and fracture of the reinforcement.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Ciências da Saúde, 2006. / Submitted by Natália Cristina Ramos dos Santos (nataliaguilera3@hotmail.com) on 2009-11-01T21:58:58Z No. of bitstreams: 1 2006_Debora Zanutto Velasques.pdf: 4792905 bytes, checksum: c218290ab13db2003da3f87b9dfa911c (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2010-03-05T13:06:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_Debora Zanutto Velasques.pdf: 4792905 bytes, checksum: c218290ab13db2003da3f87b9dfa911c (MD5) / Made available in DSpace on 2010-03-05T13:06:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_Debora Zanutto Velasques.pdf: 4792905 bytes, checksum: c218290ab13db2003da3f87b9dfa911c (MD5) Previous issue date: 2006 / Objetivo: Estudar o efeito da Hidroxiapatita de coral (HA) implantada na derme, em ratos. Métodos: 48 ratos Wistar distribuídos em três grupos de 16 animais cada, onde animais do grupo I receberam implante de HA, do grupo II, ácido hialurônico (AH), do grupo III, Solução Fisiológica (SF). Cada grupo foi dividido em dois subgrupos de acordo com o período de avaliação de 30 ou 90 dias. A avaliação histológica constou da quantificação de fibras colágenas e da analise qualitativa de processo inflamatório. Resultados: Não houve reação inflamatória em nenhum período. Houve aumento da espessura da derme nos grupos onde se injetou AH e HA, aos 30 dias de avaliação, quando comparados com o grupo em que se injetou SF. Aos 90 dias, o grupo HA, ainda mantinha aumento da espessura da derme, quando comparado aos demais. A análise quantitativa das fibras colágenas mostrou que aos 30 dias os grupos AH e HA tinham maior quantidade de fibras colágenas que o grupo SF. Aos 90 dias, o grupo HA apresentou maior quantidade de fibras colágenas que os demais. A análise quantitativa do colágeno tipo I e III mostrou que aos 30 dias o grupo SF manteve as mesmas quantidades e que os grupos AH e HA mostraram prevalência do colágeno tipo I. Aos 90 dias, o grupo SF manteve-se igual, mas os grupos AH e HA mostraram maior quantidade de colágeno tipo III. Conclusão: A HA mostrou-se biocompatível e indutora de neoformação de fibras colágenas, quando implantada na derme de ratos, e mantém esse efeito por período maior que o ácido hialurônico. ___________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Objective: To study the effect of the calcium hydroxylapatita implanted in derm, rats. Methods: 48 Wistar rats distributed in three groups of 16 animals each, where the animals of group I had received implantation from calcium hydroxylapatita (HA), of group II, acid hialuronic (AH) and of group III, Physiological Solution (SF). Each group was redistributed in two sub-groups in accordance with the period of evaluation of 30 or 90 days. The histologic evaluation consisted of the collagens staple fibre quantification and of it analyzes qualitative of inflammatory process. Results: It did not have inflammatory reaction in period of evaluation. It had increase of the thickness of derm reticular in the groups where if it injected AH and HA, to the 30 days of evaluation, when compared with the group where if it injected SF. To the 90 days, the group where if it injected HA, still kept increase of the thickness of derm reticular, when compared with excessively. The quantitative analysis of collagens staple fibres showed that to the 30 days groups AH and HA had greater amount of collagens staple fibres that group SF. To the 90 days, group HA presented greater amount of collagens staple fibres that excessively. The quantitative analysis of collagens staple fibres of type I and III showed that to the 30 days of comment group SF kept a balance between the amounts and in such a way the group AH how much group HA had presented a prevalence of the collagen of type I. To the 90 days, group SF kept standard the same, but in such a way the group AH how much group HA had shown a bigger amount of collagen of type III. Conclusion: The HA revealed biocompatible and inductive of neoformation of collagens staple fibres, when implanted in derm of rats, and keeps this effect for bigger period that the acid hialuronic.

A Deposição Química de Vapor Assistida por Chama (DQVAC) foi empregada de forma pioneira na obtenção de revestimentos de hidroxiapatita sobre substratos de aço inoxidável 316L. Esta técnica apresenta um grande potencial na deposição de óxidos, principalmente pelo baixo custo de equipamentos e insumos. Para aplicação como biomaterial, é desejável que os revestimentos apresentem cristalinidade, boa aderência, e porosidade, para favorecer a osteointegração. Neste trabalho, foram empregados como solução precursora acetato de cálcio e fosfato de amônio diluídos em álcool. Foram utilizadas as razões molares de Ca/P de 1,666, equivalente à da hidroxiapatita biológica, e 1,100, no intuito de investigar sua influência na microestrutura dos revestimentos obtidos. A temperatura da chama foi mantida constante, tendo-se variado a temperatura do substrato durante as deposições entre 500 e 550ºC, com fluxo da solução precursora de 4, 8 e 12 mL/min. Os tempos de deposição foram de 5, 10 e 20 minutos. Os revestimentos obtidos apresentaram-se porosos, com boa adesão, variando sua espessura entre 66 e 757 μm, principalmente em função do tempo de deposição. O fluxo da solução precursora e temperatura contribuem de modo discreto na determinação da espessura final. Também foi possível identificar partículas que supostamente fundiram na chama e alcançam o substrato com alta plasticidade. As análises por difração de raios X indicaram que a solução precursora de razão molar Ca/P de 1,666 leva a revestimentos cristalinos, com a fase majoritária hidroxiapatita, e pequenas quantidade de fosfato tricálcico (TCP-β). Com razão molar de 1,100, constatou-se a fase pirofosfato de cálcio-α (CPP). Parâmetros de deposição como tempo, temperatura e fluxo da solução precursora não afetaram a presença da fase hidroxiapatita nos revestimentos. Por espectroscopia de infravermelho foram identificados carbonatos nos revestimentos de hidroxiapatita. Análises por microssonda EDS confirmaram que os revestimentos produzidos são formados por cálcio e fósforo, onde a razão em peso de Ca/P varia entre 2,67 até 3,76. Os resultados do ensaio em solução de plasma simulado (SBF) não foram conclusivos quanto à biocompatibilidade dos revestimentos obtidos, sendo necessários ensaios in vitro e in vivo em culturas celulares e em animais para uma maior definição de sua biocompatibilidade. / Flame Assisted Chemical Vapor Deposition was employed for the first time in this work in order to obtain hydroxyapatite coatings on 316L stainless steel metallic substrates. This is a recent technique that shows enormous potential for oxides deposition, mainly due to the low cost of equipment and precursors. Aiming the application of the hydroxyapatite-stainless steel system as biomaterial, crystalline coatings with good adhesion to the substrate are desired, and porosity can favor the osseointegration In this work calcium acetate and ammonium phosphate diluted in alcohol were employed as precursor solution. Ca/P ratios of 1.666 (equivalent to biological hydroxyapatite) and 1.100 were tested, with the purpose of investigating its influence in the microstructure of produced films. Flame temperature was kept constant and substrate temperatures were varied in the range between 500 and 550ºC. Different solution precursor fluxes - 4, 8 and 12 mL/min - and deposition times - 5, 10 and 20 minutes - were also evaluated. The coatings obtained were porous, with good adhesion to substrate and thickness varying between 66 and 757μm, mainly in function of time. Precursor solution flux and temperature contribute in a discreet manner in the determination of final thickness. Also it’s possible to identify particles that probably melted in the flame and reached the substrate with high plasticity. X-ray diffraction results have indicated that a precursor solution with Ca/P ratio of 1.666 leads to crystalline coatings, with the presence of a major phase hydroxyapatite, and traces of tricalcium phosphate (β-TCP). With a ratio of 1.100, α−calcium pyrophosphate (CPP) phase was present in the coating. Parameters as deposition time, temperature and precursor solution flux don’t affect the presence of hydroxyapatite phase in the coatings. By infrared spectroscopy carbonates were identified in the hydroxyapatite coatings. Analysis with EDX confirmed that the produced coatings are formed by calcium and phosphorous, with a Ca/P weight ratio between 2.67 and 3.76. Results of essays by immersion in Simulated Body Fluid (SBF) solution did not permit conclusions about the biocompatibility of the hydroxyapatite coatings. It is necessary to carry out experiments in vitro and in vivo in cell culture and animals for a conclusive evaluation of their biocompatibility.