Orientador: João Manuel Marques Cordeiro / Abstract: The energetical and environmental problematic related to the cement production is a very sensitive issue. As every other field, the construction industry must go through drastic change in the design of concrete and cement-based materials. The understanding of the physical and chemical properties of the Portland cement (PC) clinker is important to improve its design. Tricalcium silicate C3S, or alite, is the main phase of PC clinker and has been largely studied since it is the first responsible for the strength development of the cement paste. On the other hand, the development of computational methods at the molecular scale has made possible the modelling of structural, dynamical and energetic properties, sometimes hardly measurable by experimental means. Such methods are relatively new in the field of cement chemistry, but have been increasingly employed over the last 15 years. In this project, density functional theory (DFT), classical molecular dynamics (MD), and ab initio molecular dynamics (AIMD) are employed towards a better understanding of mechanical, thermal, and superficial properties of monoclinic C3S, as well as C3S/water interface features. The present thesis consists of five chapters. The first chapter presents a review of the literature on the chemistry of cement, and more particularly on the hydration process modeling. The various phases which compose the Portland cement clinker are introduced, then the the different polymorphs of C3S are described, in particu... (Complete abstract click electronic access below) / Resumo: A produção de cimento envolve questões energéticas e ambientais muito relevantes. Em função disso, a indústria da construção deve sofrer mudanças radicais na concepção de concreto de materiais cimentícios. A compreensão das propriedades físicas e químicas do clínquer de cimento Portland (PC) é importante para melhorar seu design. O silicato tricálcico (C3S), ou alita, é a fase principal do clínquer de PC e tem sido amplamente estudado uma vez que é o principal responsável pelo desenvolvimento da resistência da pasta de cimento. Por outro lado, o desenvolvimento de métodos de cálculo na escala molecular possibilitou a modelagem de propriedades estruturais, dinâmicas e energéticas, às vezes difícil de medir por meios experimentais. Esses métodos são relativamente novos no campo da química do cimento, mas tem sido cada vez mais empregados nos últimos 15 anos anos. Neste trabalho, a teoria de funcional da densidade (DFT), a dinâmica molecular clássica (MD) e a dinâmica molecular ab initio (AIMD) são utilizadas para permitir uma melhor compreensão das características mecânicas, térmicas e de superfície do C3S monoclinico, bem como propriedades da interface C3S/água. Esta tese consiste em cinco capítulos: O primeiro capítulo apresenta uma revisão da literatura sobre a química dos cimento e, mais particularmente, sobre o processo de hidratação e sua modelagem. Introduzimos as diferentes fases que compõem o clínquer de cimento Portland, em seguida, a estrutura e os diferentes polimor... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Conclusao.pdf: 46180 bytes, checksum: 47dccc8736224bc604a0ca46bd517b13 (MD5) Previous issue date: 2008-04-25 / Hydroxyapatite (HAP) samples were prepared by the chemical precipitation method and were added niobium phosphate (NbOPO4) through wet grinding, up to 1%, 5% and 10% in mass of NbOPO4. The samples were thermally treated under 1100°C and 1300°C. Analysis through X-ray powder diffractometry using the Rietveld method identified the phases in each sample. In vitro tests were conducted with HAP powders activated and non activated with NbOPO4. Analysis by scanning electron microscopy (SEM) allowed the observation of erythrocyte cell’s morphology after incubation of the samples with HAP and spectrometry on the visible region was used to measure the hemolytic index (H.I.) in these cells as well as the functionality of the intra cellular hemoglobin after exposition to the samples. In the samples thermally treated under 1300°C, calcium phosphate phases (a-TCP and b-TCP) were observed and for the thermal treatment up to 1100°C, non stequiometric hydroxyapatite, tricalcium phosphate (b-TCP), CaNb2O6 and Ca2Nb2O7 phases were detected. Increasing the NbOPO4 percentage produced enhancement in the quantities of tricalcium phosphate phases as well as in the unit cell volume of these samples. That result was observed at both temperatures of thermal treatment. There were no observable isolated peaks referring to the phases with Nb in the samples thermally treated under 1300°C; at 1100°C, the increase in the cell volume of the phase b-TCP was followed by um decrease of the cell volume of the phase Ca2Nb2O7. These effects suggest that the deformation observed in the cell parameters of the mentioned phases were caused by the entrance of the Nb ion in to the unit cell of these phases, under substitutional or interstitial conditions. The photomicrographs revealed changes of the erythrocytes morphology of cells incubated with the HAP samples. The results show that these samples do not have a significant hemolytic index (H.I.<2), getting slightly hemolytic to the percentage of 10% of NbOPO4 (10>H.I.>20) in a 0.8% hematocrit. There were no alteration in the functionality of the intra cellular hemoglobin (O2 transport), according to the reoxigenation tests under a controlled atmosphere, for hematocrit 0.8% and 40%. / Amostras de hidroxiapatita (HAP) foram obtidas pelo método da precipitação química e receberam adição de oxifosfato de nióbio (NbOPO4) por moagem úmida. As amostras aditivadas com 1%, 5% e 10% em massa de NbOPO4 foram tratadas termicamente a 1100°C e 1300°C. Análises de difratometria de raios X do pó utilizando o método de Rietveld identificaram as fases presentes em cada amostra. Foram conduzidos testes in vitro dos pós de HAP não aditivada e aditivada com NbOPO4. Análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV) permitiram observar a morfologia eritrocitária pós-incubação com as amostras de HAP e a espectrometria na região do visível permitiu medir o índice hemolítico (I.H.) dessas amostras e a funcionalidade da hemoglobina intracelular face à exposição à droga. Com o tratamento térmico a 1300°C foram observadas fases de fosfato tricálcico (a- TCP e b-TCP) e com o tratamento a 1100°C fases de hidroxiapatita não estequiométrica, fosfatos de cálcio (b-TCP), CaNb2O6 e Ca2Nb2O7. Uma quantidade maior de NbOPO4 produziu aumento da quantidade das fases de fosfato tricálcico bem como no volume da cela unitária destas amostras. Esse resultado foi observado para ambas as temperaturas de tratamento térmico. Não foram observados picos isolados referentes a fases com Nb nas amostras tratadas termicamente a 1300°C; já a 1100°C o aumento do volume de cela da fase b-TCP foi acompanhado por decréscimo do volume de cela da fase Ca2Nb2O7. Esses efeitos sugerem que a deformação observada nos parâmetros da cela unitária das fases citadas foi causada pela entrada do íon Nb na cela unitária destas fases, em condição substitucional ou intersticial. As fotomicrografias mostraram alteração da morfologia eritrocitária para as células incubadas com as amostras de HAP. Os resultados mostraram que essas amostras não têm índice hemolítico significativo (I.H.<2), chegando a moderadamente hemolítico para a porcentagem de 10% de NbOPO4 (10>I.H.>20) em hematócrito de 0,8%. Não houve alteração na funcionalidade da hemoglobina intracelular quanto ao transporte de O2, conforme verificado nos testes de reoxigenação em atmosfera controlada para hematócritos de 0,8% e 40%.

Submitted by Claudia Rocha (claudia.rocha@udesc.br) on 2018-03-16T14:41:47Z No. of bitstreams: 1 PGCA17MA222.pdf: 4155710 bytes, checksum: b20faa3c60a0a388927aaabec4041811 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-16T14:41:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PGCA17MA222.pdf: 4155710 bytes, checksum: b20faa3c60a0a388927aaabec4041811 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Capes / Several research studies related to bone substitutes have been conducted in order to find the ideal material for this purpose, with similar qualities to the autogenous bone regarding its application of repairing bone defects, whether it results from fracture, degeneration or neoplasias. Accordingly, surgical experiments were carried out in rabbit calvaries, aiming to analyse and compare different micro-nanostructured biomaterials in relation to their capacity of osteoinduction and osteoconduction. Fourteen male New Zealand rabbits, eight months old and with a mean weight of 3.43 ± 0.53kg, were used. The animals were proven to be healthy through clinical examination and haematological analysis. The animals were submitted to inhalation anesthesia with isoflurane for the surgical procedure. From the bone exposure of the calvary region, four cylindrical polyamide guides were fixed with stainless steel screw. Each guide was filled with a pre-determined biomaterial composed of: hydroxyapatite with 5% silica (HA/SiO2 5%), hydroxyapatite with β-tricalcium phosphate (β-TCP/HA - 26.27%/73.53%), β-tricalcium phosphate (β-TCP) and Bio-Oss® (control). The animals were randomly assigned into two groups: G60 (n=7) and G90 (n=7), which were submitted to euthanasia at 60 and 90 days postoperatively, respectively, each calvary being removed and conditioned in buffered formaldehyde for 15 days. Afterwards, the calvaries were sectioned in four quadrants, each containing the biomaterial, being kept in buffered formaldehyde for another 15 days and then sent to histological analysis and scanning electron microscopy (SEM). From the results obtained by the methodology of this study, it can be concluded that all applied biomaterials show osteoinduction and osteoconduction capacity, despite different degrees. Through the analysis performed, it was observed that the Bio-Oss® presented smaller neoformation of bone tissue. The biphasic HA/SiO2 5% composition did not show incorporation on the interface between the recipient bed and the bone graft in most animals, inducing the formation of fibrous tissue for the most part. The β-TCP and the biphasic β-TCP/HA 73,53/26,27%, were the most promising biomaterials of this study, inducing a greater bone neoformation. β-TCP has been shown to be the biomaterial with the fastest rate of formation and maturation of bone tissue. The biphasic β-TCP/HA presented results very close to the β-TCP alone. However, it presented a greater amount of phagocytic cells, which in a longer period of evaluation could present a higher rate of absorption of the biomaterial / Diversas pesquisas relacionadas a substitutos ósseos têm sido realizadas na busca de um material ideal, que tenha qualidades próximas ao osso autógeno quanto à sua aplicação para reparação de um defeito ósseo, seja ele decorrente de fratura, degeneração ou neoplasias. Com esta finalidade, foram realizados experimentos cirúrgicos guiados em calvárias de coelhos onde se teve por objetivo analisar e comparar diferentes biomateriais micronanoestruturados em relação à sua capacidade de osteoindução e osteocondução. Foram utilizados 14 coelhos da raça Nova Zelândia, machos, com oito meses de idade e com peso médio de 3,43 ± 0,53kg. Os animais foram comprovadamente hígidos através de exame clínico e análise hematológica. Os animais foram submetidos à anestesia inalatória com isoflurano para realização do procedimento cirúrgico. A partir da exposição óssea da região da calvária, foram fixadas quatro guias cilíndricas de poliamida com parafuso de aço inoxidável. Cada guia foi preenchida por biomaterial pré-determinado, compostos por: Hidroxiapatita com Sílica a 5% (HA/SiO2 5%), Hidroxiapatita com Fosfato tricálcico- β (HA/TCP-β: 73,53/26,27%), Fosfato tricálcico (TCP-β) e Bio-ss® (controle). Os animais foram distribuídos aleatoriamente em dois grupos: G60 (n=7) e G90 (n=7), que foram submetidos à eutanásia com 60 e 90 dias de pós-operatório, respectivamente, sendo cada calvária removida e acondicionada em formaldeído tamponado por 15 dias. Após, as calvárias foram seccionadas em quatro quadrantes, cada qual contendo o biomaterial, sendo mantidos em formaldeído tamponado 10% por mais 15 dias e então encaminhados para análises histológica e de microscopia eletrônica por varredura (MEV). A partir dos resultados obtidos pela metodologia deste estudo, pode ser concluído que todos os biomateriais aplicados, apresentam capacidade de osteoindução e osteocondução, mesmo que em graus variados. Observou-se que o Bio-Oss® apresentou menor neoformação de tecido ósseo. A composição bifásica HA/SiO2 5% não apresentou incorporação na interface entre o leito receptor e o enxerto ósseo na maior parte dos animais, induzindo à formação de tecido fibroso em sua maior parte. O TCP-β e o bifásico HA/TCP-β 73,53/26,27%, foram os biomateriais mais promissores deste estudo, induzindo a uma maior neoformação óssea. O TCP-β demonstrou ser o biomaterial com velocidade mais rápida de formação e maturação do tecido ósseo. O bifásico HA/TCP-β apresentou resultados bem próximos ao TCP-β isolado. No entanto, apresentou maior quantidade de células fagocitárias, o que num período maior de avaliação, poderia apresentar maior velocidade de absorção do biomaterial

Os cimentos de fosfato de cálcio (CFCs) têm atraído grande interesse para uso em ortopedia e odontologia como substitutos para partes danificadas do sistema esquelético, mostrando boa biocompatibilidade e osteointegração, permitindo sua utilização como enxerto ósseo. As características que determinam os CFCs biomateriais atrativos para a reconstituição ou remodelação óssea, são a facilidade de manipulação e moldagem, sem ter de dar forma prévia ao implante, adaptando-se totalmente à forma da cavidade óssea. Diversos estudos, têm mostrado que a adição de aditivos poliméricos tem uma forte influência sobre as propriedades do cimento. A baixa resistência mecânica é o principal obstáculo a uma maior utilização de CFC como material de implante. O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades de um cimento com base em α-fosfato tricálcico (α -TCP ), adicionado de PVA (poli (álcool vinílico)) (10%, 8%, 6%), hidrogel de PVA (10%,8%,6%) reticulado com ácido cítrico (10%), hidrogel de alginato de sódio (2%) e poliacrilato de amônia (1%), todos em massa, foram adicionados ao pó de α -TCP sintetizado. As amostras foram moldadas e avaliadas quanto à densidade, porosidade, teste ―in vitro‖ (Simulated Body Fluid), fases cristalinas e propriedades mecânicas. Os resultados mostram o aumento das propriedades mecânicas do cimento, quando adicionado destes polímeros. A reticulação dos hidrogéis de PVA com ácido cítrico foi eficiente.O hidrogel de PVA, o hidrogel de alginato de sódio e o poliacrilato de amônia agiram como redutor de líquido. / The calcium phosphate cements (CPCs) have great interest for use in orthopedics and dentistry as replacements for damaged parts of the skeletal system, showing good biocompatibility and osseointegration, allowing its use as a bone graft. The characteristics that determine CPCs attractive biomaterials for bone remodeling or rebuilding, is ease of handling and molding, without having to shape prior to implantation, adapting itself fully to the shape of the bone cavity. Several studies in literature have shown that the addition of polymeric additives has a strong influence on the mechanical properties of cement. The low mechanical strength is the main impediment to a broader use of calcium phosphate bone cement as implant material. The aim of this work was evaluate the strength of a CPC based on α-tricalcium phosphate, with polymeric additions. CPC was synthesized and PVA (poli (vinyl alcohol)) (10%, 8%, 6%), sodium alginate hydrogel (2%) and ammonium polyacrylate (1%), all by weight, were added to the powder. Specimens were molded and evaluated for density, porosity, in vitro test (Simulated Body Fluid), crystalline phases and mechanical properties. The results show the increase of the mechanical properties of cement when added of polymeric additives. The crosslinking of PVA hydrogels with citric acid was effective. The PVA hydrogel, the hydrogel sodium alginate and ammonium polyacrylate acted as a reducing liquid.

Os cimentos de fosfato de cálcio (CFCs) têm atraído grande interesse para uso em ortopedia e odontologia como substitutos para partes danificadas do sistema esquelético, mostrando boa biocompatibilidade e osteointegração, permitindo sua utilização como enxerto ósseo. As características que determinam os CFCs biomateriais atrativos para a reconstituição ou remodelação óssea, são a facilidade de manipulação e moldagem, sem ter de dar forma prévia ao implante, adaptando-se totalmente à forma da cavidade óssea. Diversos estudos, têm mostrado que a adição de aditivos poliméricos tem uma forte influência sobre as propriedades do cimento. A baixa resistência mecânica é o principal obstáculo a uma maior utilização de CFC como material de implante. O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades de um cimento com base em α-fosfato tricálcico (α -TCP ), adicionado de PVA (poli (álcool vinílico)) (10%, 8%, 6%), hidrogel de PVA (10%,8%,6%) reticulado com ácido cítrico (10%), hidrogel de alginato de sódio (2%) e poliacrilato de amônia (1%), todos em massa, foram adicionados ao pó de α -TCP sintetizado. As amostras foram moldadas e avaliadas quanto à densidade, porosidade, teste ―in vitro‖ (Simulated Body Fluid), fases cristalinas e propriedades mecânicas. Os resultados mostram o aumento das propriedades mecânicas do cimento, quando adicionado destes polímeros. A reticulação dos hidrogéis de PVA com ácido cítrico foi eficiente.O hidrogel de PVA, o hidrogel de alginato de sódio e o poliacrilato de amônia agiram como redutor de líquido. / The calcium phosphate cements (CPCs) have great interest for use in orthopedics and dentistry as replacements for damaged parts of the skeletal system, showing good biocompatibility and osseointegration, allowing its use as a bone graft. The characteristics that determine CPCs attractive biomaterials for bone remodeling or rebuilding, is ease of handling and molding, without having to shape prior to implantation, adapting itself fully to the shape of the bone cavity. Several studies in literature have shown that the addition of polymeric additives has a strong influence on the mechanical properties of cement. The low mechanical strength is the main impediment to a broader use of calcium phosphate bone cement as implant material. The aim of this work was evaluate the strength of a CPC based on α-tricalcium phosphate, with polymeric additions. CPC was synthesized and PVA (poli (vinyl alcohol)) (10%, 8%, 6%), sodium alginate hydrogel (2%) and ammonium polyacrylate (1%), all by weight, were added to the powder. Specimens were molded and evaluated for density, porosity, in vitro test (Simulated Body Fluid), crystalline phases and mechanical properties. The results show the increase of the mechanical properties of cement when added of polymeric additives. The crosslinking of PVA hydrogels with citric acid was effective. The PVA hydrogel, the hydrogel sodium alginate and ammonium polyacrylate acted as a reducing liquid.

Os cimentos de fosfato de cálcio (CFCs) têm atraído grande interesse para uso em ortopedia e odontologia como substitutos para partes danificadas do sistema esquelético, mostrando boa biocompatibilidade e osteointegração, permitindo sua utilização como enxerto ósseo. As características que determinam os CFCs biomateriais atrativos para a reconstituição ou remodelação óssea, são a facilidade de manipulação e moldagem, sem ter de dar forma prévia ao implante, adaptando-se totalmente à forma da cavidade óssea. Diversos estudos, têm mostrado que a adição de aditivos poliméricos tem uma forte influência sobre as propriedades do cimento. A baixa resistência mecânica é o principal obstáculo a uma maior utilização de CFC como material de implante. O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades de um cimento com base em α-fosfato tricálcico (α -TCP ), adicionado de PVA (poli (álcool vinílico)) (10%, 8%, 6%), hidrogel de PVA (10%,8%,6%) reticulado com ácido cítrico (10%), hidrogel de alginato de sódio (2%) e poliacrilato de amônia (1%), todos em massa, foram adicionados ao pó de α -TCP sintetizado. As amostras foram moldadas e avaliadas quanto à densidade, porosidade, teste ―in vitro‖ (Simulated Body Fluid), fases cristalinas e propriedades mecânicas. Os resultados mostram o aumento das propriedades mecânicas do cimento, quando adicionado destes polímeros. A reticulação dos hidrogéis de PVA com ácido cítrico foi eficiente.O hidrogel de PVA, o hidrogel de alginato de sódio e o poliacrilato de amônia agiram como redutor de líquido. / The calcium phosphate cements (CPCs) have great interest for use in orthopedics and dentistry as replacements for damaged parts of the skeletal system, showing good biocompatibility and osseointegration, allowing its use as a bone graft. The characteristics that determine CPCs attractive biomaterials for bone remodeling or rebuilding, is ease of handling and molding, without having to shape prior to implantation, adapting itself fully to the shape of the bone cavity. Several studies in literature have shown that the addition of polymeric additives has a strong influence on the mechanical properties of cement. The low mechanical strength is the main impediment to a broader use of calcium phosphate bone cement as implant material. The aim of this work was evaluate the strength of a CPC based on α-tricalcium phosphate, with polymeric additions. CPC was synthesized and PVA (poli (vinyl alcohol)) (10%, 8%, 6%), sodium alginate hydrogel (2%) and ammonium polyacrylate (1%), all by weight, were added to the powder. Specimens were molded and evaluated for density, porosity, in vitro test (Simulated Body Fluid), crystalline phases and mechanical properties. The results show the increase of the mechanical properties of cement when added of polymeric additives. The crosslinking of PVA hydrogels with citric acid was effective. The PVA hydrogel, the hydrogel sodium alginate and ammonium polyacrylate acted as a reducing liquid.

Nos defeitos bucomaxilofaciais, a intervenção cirúrgica utilizando enxertos ou substi-tutos ósseos é indicada para reestabelecer a forma e a função perdidas. Nesse con-texto, enxertos auto?genos e alo?genos te?m sido substituídos por biomateriais osteo-condutores e reabsorvíveis. O objetivo deste trabalho foi avaliar por meio de micro-tomografia e dos aspectos histológicos do reparo ósseo, se um novo cimento bifási-co composto por sulfato de cálcio e beta fosfato tricálcico com controle de potencial zeta, poderia induzir ou conduzir a neoformação óssea em defeitos críticos, produzi-dos em calvárias de ratos. Foi realizado um defeito crítico de 8mm de diâmetro na calvária de 40 ratos Wistar machos. No grupo teste (n=20) os defeitos foram preen-chidos pelo cimento. No grupo controle (n=20) os defeitos não foram preenchidos e permaneceram apenas com o coágulo. Os animais sofreram eutanásia em 7, 14, 21 e 42 dias do pós operatório. Espécimes da região da ferida foram microtomografa-dos e posteriormente as amostras foram preparadas para análise histológica. A aná-lise histomorfológica incluiu a avaliação morfológica da histopatologia do reparo, a avaliação morfométrica da área de formação das trabéculas ósseas comparativa-mente entre os grupos. Realizamos ainda a coloração com fosfatase tartrato-resistente (TRAP) para identificação de osteoclastos. Os resultados mostraram que os defeitos preenchidos pelo cimento não apresentaram diminuição significativa da área de acordo com a progressão dos períodos pós-operatórios, pelo contrário, em alguns animais, o defeito aparentemente aumentou. A histomorfologia do reparo mostrou agrupamentos mais expressivos de células gigantes no grupo teste suge-rindo resposta a corpo estranho e osso neoformado mais maduro no grupo controle No grupo teste houve permanência do material e resposta corpo estranho até os úl-timos períodos de observação. Na histomorfometria, a área total de neoformação óssea na região da ferida foi significativamente maior e crescente com o passar do tempo experimental no grupo controle do que no grupo teste. As células gigantes apresentaram expressão histoquímica positiva para TRAP e não foram identificados osteoclastos. Concluímos que neste modelo de estudo, o cimento cerâmico não in-duziu ou conduziu a neoformação óssea de defeitos ósseos críticos criados em cal-vária de ratos sob o ponto de vista microtomográfico e histológico. / Surgical intervention employing grafts and bone substitutes is the best choice in oral and maxillofacial bone defects reconstruction for structural and functional lost. Re-garding this, autogenous and alogenous grafts have been used as osteocondutive and resorbable biomaterials. The aim of this study was to evaluate if a new bone bi-phasic composite of calcium sulfate and beta tricalcium phosphate with zeta potential control could induce or conduct bone formation in rats\' calvarias critical defects mod-el. Forty male Wistar rats underwent 8mm diameter calvaria perforation under gen-eral anesthesia. Animals were randomly allocated to group test (n=20), when the de-fects were filled with the biphasic phosphate and group control (n=20) when the wound was left just with blood clot. Animals underwent euthanasia 7, 14, 21 and 42 days after surgery. Bone calvaria specimens underwent microtomography and histo-logical processing for analysis. Histomorphological and histomorphometry were per-formed regarding aspects of bone healing evolution and new bone total area within the defect. Additionally, histological samples were tartrate-resistant phosphatase (TRAP) stained for osteoclasts identification. The results showed that defects filled by the composite did not present significant bone formation considering postoperative evolution, on the contrary it seemed that the defect area increased in some animals. The bone repair histomorphology in test-group showed expressive giant cells nests involving the ceramic material suggesting foreign body reaction. A mature bone tis-sue neoformation was significantly more intense in the control-group. In the test-group the permanence of the exogenous material caused the sustained foreign body reaction until the last observational periods. Histomorphometric analysis showed that in control-group the total area of bone formation was significantly greater and pro-gressive along the experiment than the test-group. Osteoclasts were not identified but the giant cells presented positive reaction to TRAP. It was possible to conclude that the biphasic ceramic with zeta potential control was not capable to induce or conduct bone neoformation in critical defects created in rats\' calvaria.

Nos defeitos bucomaxilofaciais, a intervenção cirúrgica utilizando enxertos ou substi-tutos ósseos é indicada para reestabelecer a forma e a função perdidas. Nesse con-texto, enxertos auto?genos e alo?genos te?m sido substituídos por biomateriais osteo-condutores e reabsorvíveis. O objetivo deste trabalho foi avaliar por meio de micro-tomografia e dos aspectos histológicos do reparo ósseo, se um novo cimento bifási-co composto por sulfato de cálcio e beta fosfato tricálcico com controle de potencial zeta, poderia induzir ou conduzir a neoformação óssea em defeitos críticos, produzi-dos em calvárias de ratos. Foi realizado um defeito crítico de 8mm de diâmetro na calvária de 40 ratos Wistar machos. No grupo teste (n=20) os defeitos foram preen-chidos pelo cimento. No grupo controle (n=20) os defeitos não foram preenchidos e permaneceram apenas com o coágulo. Os animais sofreram eutanásia em 7, 14, 21 e 42 dias do pós operatório. Espécimes da região da ferida foram microtomografa-dos e posteriormente as amostras foram preparadas para análise histológica. A aná-lise histomorfológica incluiu a avaliação morfológica da histopatologia do reparo, a avaliação morfométrica da área de formação das trabéculas ósseas comparativa-mente entre os grupos. Realizamos ainda a coloração com fosfatase tartrato-resistente (TRAP) para identificação de osteoclastos. Os resultados mostraram que os defeitos preenchidos pelo cimento não apresentaram diminuição significativa da área de acordo com a progressão dos períodos pós-operatórios, pelo contrário, em alguns animais, o defeito aparentemente aumentou. A histomorfologia do reparo mostrou agrupamentos mais expressivos de células gigantes no grupo teste suge-rindo resposta a corpo estranho e osso neoformado mais maduro no grupo controle No grupo teste houve permanência do material e resposta corpo estranho até os úl-timos períodos de observação. Na histomorfometria, a área total de neoformação óssea na região da ferida foi significativamente maior e crescente com o passar do tempo experimental no grupo controle do que no grupo teste. As células gigantes apresentaram expressão histoquímica positiva para TRAP e não foram identificados osteoclastos. Concluímos que neste modelo de estudo, o cimento cerâmico não in-duziu ou conduziu a neoformação óssea de defeitos ósseos críticos criados em cal-vária de ratos sob o ponto de vista microtomográfico e histológico. / Surgical intervention employing grafts and bone substitutes is the best choice in oral and maxillofacial bone defects reconstruction for structural and functional lost. Re-garding this, autogenous and alogenous grafts have been used as osteocondutive and resorbable biomaterials. The aim of this study was to evaluate if a new bone bi-phasic composite of calcium sulfate and beta tricalcium phosphate with zeta potential control could induce or conduct bone formation in rats\' calvarias critical defects mod-el. Forty male Wistar rats underwent 8mm diameter calvaria perforation under gen-eral anesthesia. Animals were randomly allocated to group test (n=20), when the de-fects were filled with the biphasic phosphate and group control (n=20) when the wound was left just with blood clot. Animals underwent euthanasia 7, 14, 21 and 42 days after surgery. Bone calvaria specimens underwent microtomography and histo-logical processing for analysis. Histomorphological and histomorphometry were per-formed regarding aspects of bone healing evolution and new bone total area within the defect. Additionally, histological samples were tartrate-resistant phosphatase (TRAP) stained for osteoclasts identification. The results showed that defects filled by the composite did not present significant bone formation considering postoperative evolution, on the contrary it seemed that the defect area increased in some animals. The bone repair histomorphology in test-group showed expressive giant cells nests involving the ceramic material suggesting foreign body reaction. A mature bone tis-sue neoformation was significantly more intense in the control-group. In the test-group the permanence of the exogenous material caused the sustained foreign body reaction until the last observational periods. Histomorphometric analysis showed that in control-group the total area of bone formation was significantly greater and pro-gressive along the experiment than the test-group. Osteoclasts were not identified but the giant cells presented positive reaction to TRAP. It was possible to conclude that the biphasic ceramic with zeta potential control was not capable to induce or conduct bone neoformation in critical defects created in rats\' calvaria.

Os cimentos de fosfato de cálcio apresentam uma série de vantagens de utilização em ortopedia e traumatologia, sendo as mais destacadas a sua biocompatibilidade e bioatividade, as quais permitem a osteocondução dos tecidos ósseos e o endurecimento “in situ”, permitindo maior facilidade de manipulação. Entretanto; através dos métodos convencionais de reação no estado sólido há uma grande dificuldade em se obter a fase α- fosfato tricálcico pura. Com o desenvolvimento deste trabalho foi possível sintetizar a fase α-fosfato tricálcico nanoestruturado com elevado grau de pureza, utilizando-se o método de síntese de combustão em solução. Após os estudos da influência do pH, da natureza do combustível (uréia ou glicina) e dos teores estequiométricos de combustível (0,75; 1,0; 1,5 e 2,0) foi possível definir os melhores parâmetros de síntese (pH 1,5 e combustível uréia em teor duas vezes maior do que o estequiométrico). Com a definição dos parâmetros ótimos de reação, estudou-se a viabilidade de sua utilização como cimento de fosfato de cálcio. Nesta etapa verificou-se a influência do tamanho de partícula através do tempo de moagem. Para tempo de moagem de 180 minutos foram obtidos valores de resistência mecânica à compressão de até 30,4 MPa. Porém após a imersão em solução de plasma sanguineo simulado (SBF) em tempos crescentes de até 28 dias, ocorreu a diminuição desta propriedade o que é indicativo da alta solubilidade dos pós de α-fosfato tricálcico obtidos via síntese de combustão em solução. O ensaio de citotoxicidade In Vitro demonstrou que o CFC sintetizado neste trabalho não apresentou efeito tóxico para as células. Na sequência do trabalho, investigou-se a viabilidade da aplicação do CFC como substituto ósseo e como carga cerâmica em criogéis poliméricos para utilização em engenharia de tecidos. Inicialmente utilizou-se o sistema dimetilaminoetil metacrilato (DMAEMA) com a adição de 5% de um ácido acrílico (ácido acrílico ou ácido metacrílico), porém tal sistema se mostrou muito instável e apresentou baixa reprodutibilidade. Dessa forma, substituiu-se o ácido acrílico pelo monômero hidroxietil metacrilato (HEMA), pelo fato de o último possuir maior estabilidade química e melhores propriedades mecânicas. Com o uso deste sistema foram obtidos arcabouços porosos através do método de criopolimerização com porosidade de até 75% e poros de até 1 milímetro de diâmetro. A adição de α-fosfato tricálcico às estruturas porosas pouco influenciou nas propriedades físicas da rede polimérica e nas propriedades mecânicas dos arcabouços porosos, porém aumentou significativamente a biocompatibilidade destes, permitindo a adesão e a proliferação de células tronco mesenquimais. A presença de colágeno do tipo I e de fosfatase alcalina são bons indicativos de que as células tronco mesenquimais estão se diferenciando em tecido ósseo e demonstram o potencial destes materiais para o seu uso como biomaterial e mais especificamente como substitutos ósseos. / The calcium phosphate cements have a large number of advantages regarding its use in orthopedics and traumatology, being the most prominent its biocompatibility and bioactivity, which allows the osteoconductive of bone tissue and in situ hardening, allowing greater ease of handling. However, the use of conventionals synthesis methods, e.g. solid state reactions, brings great difficulty to the obtainment of highly pure α- tricalcium phosphate phase. In this thesis, the use of the solution combustion synthesis method allowed to synthesize nanostructured α-tricalcium phosphate with high purity. Further studies on pHs influence, fuel natures (urea or glycine) and fuel ratio (0.75, 1.0, 1.5 and 2.0) allowed to define the best synthesis parameters (pH 1.5 and urea fuel content in two times higher than the stoichiometric). After choosing the best paramaters to the obtainment of higly pure α-tricalcium phosphate, we studied the feasibility of their use as calcium phosphate cement (CFC) by studing the influence of particle size by increasing the milling time from 30 to 180 minutes. The better results were found for the milling time of 180 minutes. Compressives strength of up to 30.4 Mpa were obtained for this formulation. However, after soaking the calcium phosphate cements in simulated blood plasma (SBF) in growing times up to 28 days, a decrease in the compressive strenght was noticed, which is an indicative of the high solubility of the α-tricalcium phosphate powders obtained by solution combustion synthesis. After the obtainment of the calcium phosphate cements, its application as bone substitute and as ceramic load in polymeric cryogels for use in tissue engineering were studied. Initially, the system dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) with 5% of an acrylic acid (acrylic acid or methacrylic acid) was used, but due its great instability and lack of reproductbility this system was abandoned. Since it has greater chemical stability and good mechanical properties, the monomer hydroxyethyl methacrylate (HEMA) was chosen as pair to the DMAEMA monomer. With the use of this polymeric system, porous scaffolds with porosity of up to 75% and pores up to 1 mm in diameter were obtained by the method of cryopolymerization. The addition of α-tricalcium phosphate to the porous scaffolds did not showed a significant influence on physical properties of the polymer network nether on mechanical properties of porous structures. However, it increased significantly the biocompatibility of the scaffolds, allowing the adhesion and proliferation of mesenchymal stem cells. The presence of type I collagen and alkaline phosphatase are good indicators that mesenchymal stem cells are differentiating into bone tissue and demonstrate the potential application of these materials as biomaterials, more specifically as bone substitutes.

Os cimentos de fosfato de cálcio apresentam uma série de vantagens de utilização em ortopedia e traumatologia, sendo as mais destacadas a sua biocompatibilidade e bioatividade, as quais permitem a osteocondução dos tecidos ósseos e o endurecimento “in situ”, permitindo maior facilidade de manipulação. Entretanto; através dos métodos convencionais de reação no estado sólido há uma grande dificuldade em se obter a fase α- fosfato tricálcico pura. Com o desenvolvimento deste trabalho foi possível sintetizar a fase α-fosfato tricálcico nanoestruturado com elevado grau de pureza, utilizando-se o método de síntese de combustão em solução. Após os estudos da influência do pH, da natureza do combustível (uréia ou glicina) e dos teores estequiométricos de combustível (0,75; 1,0; 1,5 e 2,0) foi possível definir os melhores parâmetros de síntese (pH 1,5 e combustível uréia em teor duas vezes maior do que o estequiométrico). Com a definição dos parâmetros ótimos de reação, estudou-se a viabilidade de sua utilização como cimento de fosfato de cálcio. Nesta etapa verificou-se a influência do tamanho de partícula através do tempo de moagem. Para tempo de moagem de 180 minutos foram obtidos valores de resistência mecânica à compressão de até 30,4 MPa. Porém após a imersão em solução de plasma sanguineo simulado (SBF) em tempos crescentes de até 28 dias, ocorreu a diminuição desta propriedade o que é indicativo da alta solubilidade dos pós de α-fosfato tricálcico obtidos via síntese de combustão em solução. O ensaio de citotoxicidade In Vitro demonstrou que o CFC sintetizado neste trabalho não apresentou efeito tóxico para as células. Na sequência do trabalho, investigou-se a viabilidade da aplicação do CFC como substituto ósseo e como carga cerâmica em criogéis poliméricos para utilização em engenharia de tecidos. Inicialmente utilizou-se o sistema dimetilaminoetil metacrilato (DMAEMA) com a adição de 5% de um ácido acrílico (ácido acrílico ou ácido metacrílico), porém tal sistema se mostrou muito instável e apresentou baixa reprodutibilidade. Dessa forma, substituiu-se o ácido acrílico pelo monômero hidroxietil metacrilato (HEMA), pelo fato de o último possuir maior estabilidade química e melhores propriedades mecânicas. Com o uso deste sistema foram obtidos arcabouços porosos através do método de criopolimerização com porosidade de até 75% e poros de até 1 milímetro de diâmetro. A adição de α-fosfato tricálcico às estruturas porosas pouco influenciou nas propriedades físicas da rede polimérica e nas propriedades mecânicas dos arcabouços porosos, porém aumentou significativamente a biocompatibilidade destes, permitindo a adesão e a proliferação de células tronco mesenquimais. A presença de colágeno do tipo I e de fosfatase alcalina são bons indicativos de que as células tronco mesenquimais estão se diferenciando em tecido ósseo e demonstram o potencial destes materiais para o seu uso como biomaterial e mais especificamente como substitutos ósseos. / The calcium phosphate cements have a large number of advantages regarding its use in orthopedics and traumatology, being the most prominent its biocompatibility and bioactivity, which allows the osteoconductive of bone tissue and in situ hardening, allowing greater ease of handling. However, the use of conventionals synthesis methods, e.g. solid state reactions, brings great difficulty to the obtainment of highly pure α- tricalcium phosphate phase. In this thesis, the use of the solution combustion synthesis method allowed to synthesize nanostructured α-tricalcium phosphate with high purity. Further studies on pHs influence, fuel natures (urea or glycine) and fuel ratio (0.75, 1.0, 1.5 and 2.0) allowed to define the best synthesis parameters (pH 1.5 and urea fuel content in two times higher than the stoichiometric). After choosing the best paramaters to the obtainment of higly pure α-tricalcium phosphate, we studied the feasibility of their use as calcium phosphate cement (CFC) by studing the influence of particle size by increasing the milling time from 30 to 180 minutes. The better results were found for the milling time of 180 minutes. Compressives strength of up to 30.4 Mpa were obtained for this formulation. However, after soaking the calcium phosphate cements in simulated blood plasma (SBF) in growing times up to 28 days, a decrease in the compressive strenght was noticed, which is an indicative of the high solubility of the α-tricalcium phosphate powders obtained by solution combustion synthesis. After the obtainment of the calcium phosphate cements, its application as bone substitute and as ceramic load in polymeric cryogels for use in tissue engineering were studied. Initially, the system dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) with 5% of an acrylic acid (acrylic acid or methacrylic acid) was used, but due its great instability and lack of reproductbility this system was abandoned. Since it has greater chemical stability and good mechanical properties, the monomer hydroxyethyl methacrylate (HEMA) was chosen as pair to the DMAEMA monomer. With the use of this polymeric system, porous scaffolds with porosity of up to 75% and pores up to 1 mm in diameter were obtained by the method of cryopolymerization. The addition of α-tricalcium phosphate to the porous scaffolds did not showed a significant influence on physical properties of the polymer network nether on mechanical properties of porous structures. However, it increased significantly the biocompatibility of the scaffolds, allowing the adhesion and proliferation of mesenchymal stem cells. The presence of type I collagen and alkaline phosphatase are good indicators that mesenchymal stem cells are differentiating into bone tissue and demonstrate the potential application of these materials as biomaterials, more specifically as bone substitutes.