Para a produção de compósitos multifuncionais crescente atenção tem sido dada a uma homogeneização eficaz de hidroxiapatitas em matrizes poliméricas, buscando uma sintonia fina da concentração entre polímeros biodegradáveis e biocerâmicas. Este trabalho dedicou-se a síntese, caracterização e estudo das propriedades biológicas do híbrido hidroxiapatita / poli(ε-aprolactona) estrela. A hidroxiapatita nanométrica (HAPN) foi revestida com o polímero biodegradável poli(ε -caprolactona) de topologia em estrela de três braços (PCLE). O uso de um polímero com topologia ramificada visa alterar algumas de suas propriedades mecânicas, a adesão interfacial à cerâmica, a sua viscosidade, o volume hidrodinâmico e sua cinética de degradação. O desempenho do híbrido HAPN/PCLE foi comparado com os materiais: HAP com partículas micrométricas (HAP-91 material comercial), o seu compósito revestido com PCLE (HAP-91/PCLE) e uma cerâmica nanométrica bifásica hidroxiapatita/β-TCP (HAP-8). Os materiais foram caracterizados por avaliações físico-químicas e biológicas realizadas por estudos de citotoxicidade, adsorção de proteínas, proliferação celular, atividade de fosfatase alcalina. A síntese de PCLE foi verificada por análise espectroscópica (espectroscopia no infravermelho-FTIR; ressonância magnética nuclear de prótons- 1H-RMN e carbono- 13C-RMN; a matriz assistida por desorção a laser / ionização; MALDI-TOF; e cromatografia de permeação em gel (GPC). O revestimento das biocerâmicas por PCLE foi confirmado por técnicas de microscopia eletrônica de transmissão (MET) e de varredura (MEV). Os compósitos mostraram uma melhor trababilidade em relação à cerâmica pura e são menos quebradiços, possivelmente devido à presença do PCLE na interface da biocerâmica. A análise de MEV e MET mostrou um aspecto de continuidade no contorno das partículas de cerâmica, em micro e nano-escala. Os compósitos apresentam comportamento não citototóxico e propiciaram um crescimento de células de mamíferos. A proliferação de células osteoblásticas (MG -63) foi significativamente mais elevada para o compósito HAPN/PCLE em comparação com outros biomateriais, sugerindo influência da área de superfície na adesão e proliferação de células. O estudo do ângulo de contato indicou que o revestimento com PCLE faz com que a superfície da biocerâmica seja mais hidrofóbica. O estudo com radioisótopos indicou que o revestimento da biocerâmica com PCLE altera significativamente a adsorção das proteínas do sangue fibrinogênio e albumina. O processo de regeneração do tecido ósseo foi estudado em condições in vivo com a implantação de pastilhas dos materiais estudados em tíbias de coelho. Os resultados mostraram que os compósitos podem ser utilizados como biomaterial, pois houve neoformação óssea ao redor dos implantes. / For the production of multifunctional composites in the combination of biodegradable polymers and bioceramics, increasing attention has been paid to an effective homogenization of hydroxyapatite within polymer matrices and a fine tuning of the concentration. This work was dedicated to the synthesis, characterization and study of the biological properties of the hybrid star poly(ε-caprolactone)/hydroxyapatite composites. A nanometer hydroxyapatite (HAPN) was coated with the biodegradable polymer poly (ε-caprolactone) with three arms star topology (PCLE). The use of polymer branched topology aims to change some of its mechanical properties, the interfacial adhesion to ceramic, its viscosity, the hydrodynamic volume and its degradation kinetics. The performance of the hybrid HAPN/PCLE was compared with the other three materials: HAP commercial micrometric particles (HAP-91), their composite coated with PCLE (HAP-91/PCLE) and a biphasic ceramic nanohydroxyapatite/β-TCP (HAP-8). All materials were characterized by different physico-chemical and biological evaluations performed by cytotoxicity studies, protein adsorption, cell proliferation, alkaline phosphatase activity and an in vivo studies. The synthesis of PCLE was verified by spectroscopic analysis (Fourier-Transform infrared-FTIR and nuclear magnetic resonance-1H-NMR/13C-NMR), matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI-TOF) and gel permeation chromatography (GPC). The coating of the bioceramics by PCLE was confirmed by microscopy techniques transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). The composites showed better easy handling in relation to pure ceramic and are less brittle, possibly due to the presence of PCLE at bioceramic interface. The SEM and TEM analysis showed an aspect of continuity in the contour of the ceramic particles, both in micro and nanoscale. The composites exhibit non cytotoxicity behavior and propitiated mammalian cell growth. The proliferation of osteoblastic cells (MG-63) was significantly higher for the composite HAPN/PCLE compared to other biomaterials, suggesting influences of the surface area on the cell adhesion and proliferation. The study of contact angle indicated that the PCLE coating makes the bioceramic surfaces more hydrophobic. The radioisotopic studies indicates that the coating of bioceramics with PCLE significantly alter the adsorption of blood proteins fibrinogen and albumin. The process of regeneration of bone tissue was studied in in vivo conditions after implantation of implants manufactured from composites in rabbit´s tibias. The results showed that composites can be used as biomaterial since the newly bone grew around the implants.

Para a produção de compósitos multifuncionais crescente atenção tem sido dada a uma homogeneização eficaz de hidroxiapatitas em matrizes poliméricas, buscando uma sintonia fina da concentração entre polímeros biodegradáveis e biocerâmicas. Este trabalho dedicou-se a síntese, caracterização e estudo das propriedades biológicas do híbrido hidroxiapatita / poli(ε-aprolactona) estrela. A hidroxiapatita nanométrica (HAPN) foi revestida com o polímero biodegradável poli(ε -caprolactona) de topologia em estrela de três braços (PCLE). O uso de um polímero com topologia ramificada visa alterar algumas de suas propriedades mecânicas, a adesão interfacial à cerâmica, a sua viscosidade, o volume hidrodinâmico e sua cinética de degradação. O desempenho do híbrido HAPN/PCLE foi comparado com os materiais: HAP com partículas micrométricas (HAP-91 material comercial), o seu compósito revestido com PCLE (HAP-91/PCLE) e uma cerâmica nanométrica bifásica hidroxiapatita/β-TCP (HAP-8). Os materiais foram caracterizados por avaliações físico-químicas e biológicas realizadas por estudos de citotoxicidade, adsorção de proteínas, proliferação celular, atividade de fosfatase alcalina. A síntese de PCLE foi verificada por análise espectroscópica (espectroscopia no infravermelho-FTIR; ressonância magnética nuclear de prótons- 1H-RMN e carbono- 13C-RMN; a matriz assistida por desorção a laser / ionização; MALDI-TOF; e cromatografia de permeação em gel (GPC). O revestimento das biocerâmicas por PCLE foi confirmado por técnicas de microscopia eletrônica de transmissão (MET) e de varredura (MEV). Os compósitos mostraram uma melhor trababilidade em relação à cerâmica pura e são menos quebradiços, possivelmente devido à presença do PCLE na interface da biocerâmica. A análise de MEV e MET mostrou um aspecto de continuidade no contorno das partículas de cerâmica, em micro e nano-escala. Os compósitos apresentam comportamento não citototóxico e propiciaram um crescimento de células de mamíferos. A proliferação de células osteoblásticas (MG -63) foi significativamente mais elevada para o compósito HAPN/PCLE em comparação com outros biomateriais, sugerindo influência da área de superfície na adesão e proliferação de células. O estudo do ângulo de contato indicou que o revestimento com PCLE faz com que a superfície da biocerâmica seja mais hidrofóbica. O estudo com radioisótopos indicou que o revestimento da biocerâmica com PCLE altera significativamente a adsorção das proteínas do sangue fibrinogênio e albumina. O processo de regeneração do tecido ósseo foi estudado em condições in vivo com a implantação de pastilhas dos materiais estudados em tíbias de coelho. Os resultados mostraram que os compósitos podem ser utilizados como biomaterial, pois houve neoformação óssea ao redor dos implantes. / For the production of multifunctional composites in the combination of biodegradable polymers and bioceramics, increasing attention has been paid to an effective homogenization of hydroxyapatite within polymer matrices and a fine tuning of the concentration. This work was dedicated to the synthesis, characterization and study of the biological properties of the hybrid star poly(ε-caprolactone)/hydroxyapatite composites. A nanometer hydroxyapatite (HAPN) was coated with the biodegradable polymer poly (ε-caprolactone) with three arms star topology (PCLE). The use of polymer branched topology aims to change some of its mechanical properties, the interfacial adhesion to ceramic, its viscosity, the hydrodynamic volume and its degradation kinetics. The performance of the hybrid HAPN/PCLE was compared with the other three materials: HAP commercial micrometric particles (HAP-91), their composite coated with PCLE (HAP-91/PCLE) and a biphasic ceramic nanohydroxyapatite/β-TCP (HAP-8). All materials were characterized by different physico-chemical and biological evaluations performed by cytotoxicity studies, protein adsorption, cell proliferation, alkaline phosphatase activity and an in vivo studies. The synthesis of PCLE was verified by spectroscopic analysis (Fourier-Transform infrared-FTIR and nuclear magnetic resonance-1H-NMR/13C-NMR), matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI-TOF) and gel permeation chromatography (GPC). The coating of the bioceramics by PCLE was confirmed by microscopy techniques transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). The composites showed better easy handling in relation to pure ceramic and are less brittle, possibly due to the presence of PCLE at bioceramic interface. The SEM and TEM analysis showed an aspect of continuity in the contour of the ceramic particles, both in micro and nanoscale. The composites exhibit non cytotoxicity behavior and propitiated mammalian cell growth. The proliferation of osteoblastic cells (MG-63) was significantly higher for the composite HAPN/PCLE compared to other biomaterials, suggesting influences of the surface area on the cell adhesion and proliferation. The study of contact angle indicated that the PCLE coating makes the bioceramic surfaces more hydrophobic. The radioisotopic studies indicates that the coating of bioceramics with PCLE significantly alter the adsorption of blood proteins fibrinogen and albumin. The process of regeneration of bone tissue was studied in in vivo conditions after implantation of implants manufactured from composites in rabbit´s tibias. The results showed that composites can be used as biomaterial since the newly bone grew around the implants.

Os não-carbeno complexos pentacoordenados do tipo [RuCl2(PPh3)2(amina)], sendo as aminas pirrolidina, azocano e dietilamina, foram sintetizados e caracterizados por análise elementar, espectroscopia de absorção na região do infravermelho, espectroscopia de absorção na região do ultravioleta e visível, espectroscopia de ressonância magnética nuclear de fósforo-31 e espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica. Estudos da teoria do funcional da densidade dos complexos foram realizados para buscar melhor interpretação dos resultados experimentais obtidos. O complexo [RuCl2(PPh3)2(pirrolidina)] exibiu uma geometria do tipo pirâmide de base quadrada em solução, com a amina na posição apical e as trifenilfosfinasestão trans-posicionada. Os complexos [RuCl2(PPh3)2(azocano)] e [RuCl2(PPh3)2(dietilamina)] exibiram geometria do tipo bipirâmide trigonal na qual as duas trifenilfosfinas estão trans-posicionadas no eixo axial. O complexo [RuCl2(PPh3)2(pirrolidina)] exibiu boa atividade catalítica nas polimerizações de norborneno e norbornadieno, tanto em atmosfera de argônio quanto em ar a 25 °C, como observado com os complexos similares [RuCl2(PPh3)2(peridroazepina)] e [RuCl2(PPh3)2(piperidina)]. Os complexos [RuCl2(PPh3)2(azocano)] e [RuCl2(PPh3)2(dietilamina)] obtiveram baixo rendimento de polimerização mesmo a 40 °C. Acredita-se que a geometria do tipo pirâmide de base quadrada seja a ativa para formação da espécie metal-carbeno com o etil diazoacetato no período de indução e favorável para iniciar a reação de polimerização via metátese por abertura de anel. A geometria do tipo bipirâmide trigonal pode dificultar o período de indução. Os estudos teóricos corroboraram com essa discussão. Os polinorbornenos, polinorbornadienos e seus copolímeros obtidos com os três complexos ativos foram caracterizados por espectroscopia de ressonância magnética nuclear de carbono-13, calorimetria exploratória diferencial, análise dinâmico-mecânica, termogravimetria e microscopia eletrônica de varredura. O complexo [RuCl2(PPh3)2(peridroazepina)] foi eficiente na metátese cruzada entre lignina metacrilada e o 10-undecen-1-ol para modificar a lignina Protobind 2400, e a lignina modificada foi solúvel em diversos solventes. O complexo [RuCl2(PPh3)2(peridroazepina)] também foi utilizado na autometátese da olefina terminal do 10-undecen-1-ol para obtenção de um diol que foi usado como segmento flexível e extensor de cadeia em reações de poliuretanas com óleo de mamona ou poli(ε-caprolactona) diol. Esse diol, quando utilizado em pequenas quantidades (10% em massa) nas poliuretanas derivadas do óleo de mamona, foi capaz de prover características adesivas a um material inicialmente rígido. Os resultados das reações de poliuretanas derivadas da poli(ε-caprolactona) diol não apresentaram resultados satisfatórios. / Non-carbene five-coordinate [RuCl2(PPh3)2(amina)] complexes, with pyrrolidine, azocane and diethylamine, were synthesized and characterized by elemental analysis, infrared absorption spectroscopy, ultraviolet-visible absorption spectroscopy, phosphorus-31 nuclear magnetic resonance and electron paramagnetic resonance. Density functional theory studies of the complexes were performed to complete and improve the experimental studies. [RuCl2(PPh3)2(pyrrolidine)] presented a square pyramidal geometry in solution, with the amine in the apical position and trans-positioned phosphines. [RuCl2(PPh3)2(azocane)] and [RuCl2(PPh3)2(diethyl amine)] exhibited a trigonal bipyramidal geometry in solution, with two phosphine molecules trans-positioned in the axial axis. [RuCl2(PPh3)2(pyrrolidine)] presented activity for ring opening metathesis polymerization of norbornene and norbornadiene under either air or inert atmosphere of argon at 25 °C, as observed with the parent complexes with perhydroazepine and piperidine. The latter three complexes presented square pyramidal geometries and high yields of polynorbornene and polynorbornadiene, different from the trigonal bipyramidal geometry of the complexes with azocane and diethylamine, which showed lower yields for polymerization even at 40 °C. This suggests that the cyclic amines in the apical position of the square pyramidal geometry provoke less steric hindrance, which provides prompt reactivity for ring opening metathesis polymerization. The bipyramidal geometry can hinder the induction period. Theoretical studies corroborate this discussion. The polynorbornenes, polynorbornadienes, and their copolymers obtained with the three active complexes were characterized by carbon-13 nuclear magnetic resonance, differential scanning calorimetry, dynamic mechanical analysis, thermogravimetry analysis, and scanning electron microscopy. [RuCl2(PPh3)2(perhydroazepine)] was efficient to perform cross metathesis between the methacrylate lignin and 10-undecen-1-ol to modify the Protobind 2400 lignin, and the modified lignin was soluble in several solvents. Self-metathesis of the terminal olefin in 10-undecen-1-ol was conducted in the presence of [RuCl2(PPh3)2(perhydroazepine)] and ethyl diazoacetate to form a bioderived diol. The diol was utilized as soft segment and chain extender in polyurethane reactions with castor oil or poly(ε-caprolactone) diol. At only 10 wt% of the diol, an adhesive characteristic was observed in the castor oil-based polyurethane. The results from poly(ε-caprolactone) diol-based polyurethane were not satisfactory.

Os não-carbeno complexos pentacoordenados do tipo [RuCl2(PPh3)2(amina)], sendo as aminas pirrolidina, azocano e dietilamina, foram sintetizados e caracterizados por análise elementar, espectroscopia de absorção na região do infravermelho, espectroscopia de absorção na região do ultravioleta e visível, espectroscopia de ressonância magnética nuclear de fósforo-31 e espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica. Estudos da teoria do funcional da densidade dos complexos foram realizados para buscar melhor interpretação dos resultados experimentais obtidos. O complexo [RuCl2(PPh3)2(pirrolidina)] exibiu uma geometria do tipo pirâmide de base quadrada em solução, com a amina na posição apical e as trifenilfosfinasestão trans-posicionada. Os complexos [RuCl2(PPh3)2(azocano)] e [RuCl2(PPh3)2(dietilamina)] exibiram geometria do tipo bipirâmide trigonal na qual as duas trifenilfosfinas estão trans-posicionadas no eixo axial. O complexo [RuCl2(PPh3)2(pirrolidina)] exibiu boa atividade catalítica nas polimerizações de norborneno e norbornadieno, tanto em atmosfera de argônio quanto em ar a 25 °C, como observado com os complexos similares [RuCl2(PPh3)2(peridroazepina)] e [RuCl2(PPh3)2(piperidina)]. Os complexos [RuCl2(PPh3)2(azocano)] e [RuCl2(PPh3)2(dietilamina)] obtiveram baixo rendimento de polimerização mesmo a 40 °C. Acredita-se que a geometria do tipo pirâmide de base quadrada seja a ativa para formação da espécie metal-carbeno com o etil diazoacetato no período de indução e favorável para iniciar a reação de polimerização via metátese por abertura de anel. A geometria do tipo bipirâmide trigonal pode dificultar o período de indução. Os estudos teóricos corroboraram com essa discussão. Os polinorbornenos, polinorbornadienos e seus copolímeros obtidos com os três complexos ativos foram caracterizados por espectroscopia de ressonância magnética nuclear de carbono-13, calorimetria exploratória diferencial, análise dinâmico-mecânica, termogravimetria e microscopia eletrônica de varredura. O complexo [RuCl2(PPh3)2(peridroazepina)] foi eficiente na metátese cruzada entre lignina metacrilada e o 10-undecen-1-ol para modificar a lignina Protobind 2400, e a lignina modificada foi solúvel em diversos solventes. O complexo [RuCl2(PPh3)2(peridroazepina)] também foi utilizado na autometátese da olefina terminal do 10-undecen-1-ol para obtenção de um diol que foi usado como segmento flexível e extensor de cadeia em reações de poliuretanas com óleo de mamona ou poli(ε-caprolactona) diol. Esse diol, quando utilizado em pequenas quantidades (10% em massa) nas poliuretanas derivadas do óleo de mamona, foi capaz de prover características adesivas a um material inicialmente rígido. Os resultados das reações de poliuretanas derivadas da poli(ε-caprolactona) diol não apresentaram resultados satisfatórios. / Non-carbene five-coordinate [RuCl2(PPh3)2(amina)] complexes, with pyrrolidine, azocane and diethylamine, were synthesized and characterized by elemental analysis, infrared absorption spectroscopy, ultraviolet-visible absorption spectroscopy, phosphorus-31 nuclear magnetic resonance and electron paramagnetic resonance. Density functional theory studies of the complexes were performed to complete and improve the experimental studies. [RuCl2(PPh3)2(pyrrolidine)] presented a square pyramidal geometry in solution, with the amine in the apical position and trans-positioned phosphines. [RuCl2(PPh3)2(azocane)] and [RuCl2(PPh3)2(diethyl amine)] exhibited a trigonal bipyramidal geometry in solution, with two phosphine molecules trans-positioned in the axial axis. [RuCl2(PPh3)2(pyrrolidine)] presented activity for ring opening metathesis polymerization of norbornene and norbornadiene under either air or inert atmosphere of argon at 25 °C, as observed with the parent complexes with perhydroazepine and piperidine. The latter three complexes presented square pyramidal geometries and high yields of polynorbornene and polynorbornadiene, different from the trigonal bipyramidal geometry of the complexes with azocane and diethylamine, which showed lower yields for polymerization even at 40 °C. This suggests that the cyclic amines in the apical position of the square pyramidal geometry provoke less steric hindrance, which provides prompt reactivity for ring opening metathesis polymerization. The bipyramidal geometry can hinder the induction period. Theoretical studies corroborate this discussion. The polynorbornenes, polynorbornadienes, and their copolymers obtained with the three active complexes were characterized by carbon-13 nuclear magnetic resonance, differential scanning calorimetry, dynamic mechanical analysis, thermogravimetry analysis, and scanning electron microscopy. [RuCl2(PPh3)2(perhydroazepine)] was efficient to perform cross metathesis between the methacrylate lignin and 10-undecen-1-ol to modify the Protobind 2400 lignin, and the modified lignin was soluble in several solvents. Self-metathesis of the terminal olefin in 10-undecen-1-ol was conducted in the presence of [RuCl2(PPh3)2(perhydroazepine)] and ethyl diazoacetate to form a bioderived diol. The diol was utilized as soft segment and chain extender in polyurethane reactions with castor oil or poly(ε-caprolactone) diol. At only 10 wt% of the diol, an adhesive characteristic was observed in the castor oil-based polyurethane. The results from poly(ε-caprolactone) diol-based polyurethane were not satisfactory.