CAPÍTULO II: SÍNTESE DE SCAFFOLDS DE VIDROS BIOATIVOS
7.3 Vidros bioativos 45S5
7.3.8 Lixiviação dos íons constituintes do vidro 45S5
A lixiviação dos íons que constituem o vidro 45S5 foi realizada em uma solução tampão Tris-HCl 0,1 mol/L de pH 7,4 em banho termostatizado a 36,5 ºC sob agitação constante de 45 rpm, de forma a simular as condições dos fluidos biológicos.
Para isso foram analisadas três amostras e de cada uma delas, alíquotas de 4,5 mL foram retiradas do erlemnyer nos intervalos de 1 min, 5 min, 15 min, 30 min, 60 min, 120 min, 240 min, 360 min e 2440 min. Mediu-se o pH e a temperatura de cada alíquota, cujos valores apresentaram pouca variação (Tabela A3).
A concentração média dos íons Si, Ca2+, Na e P lixiviados em função do tempo para as três amostras estão na Figura 63.
Figura 63.Cinética de lixiviação dos íons Si, Ca2+, Na e P dos vidros 45S5 determinada por ICP-OES.
Analisando a Figura 63, observa-se que as curvas de lixiviação dos íons Si, Ca, Na e P apresentaram perfis semelhantes, em que houve um aumento abrupto de suas concentrações nos primeiros 240 min de análise, seguida de uma estabilização.
Os valores esperados de concentração máxima que deveria ser lixiviada para cada elemento estão dispostos na Tabela 6. Esses valores foram calculados com base no resultado de FRX para o vidro bioativo 45S5 (Tabela 5).
Tabela 6. Valores de concentração máxima esperada para elemento durante a
lixiviação em tampão Tris-HCl.
Elemento Concentração máxima esperada (mg/L)
Si 41
Ca 28
Na 5
Desta forma, analisando as curvas de lixiviação apresentadas na Figura 59 e os valores de concentrações máximas esperadas para cada elemento (Tabela 6), nota-se que, para todos os elementos, a quantidade lixiviada em tampão Tris-HCl foi próxima da concentração máxima, indicando que o tempo de 24 h (2440 min) foi suficiente para que ocorresse a completa lixiviação do vidro 45S5.
O vidro 45S5 pode ser aplicado em preenchimentos ósseos que necessitem de rápida liberação dos íons para os fluidos corpóreos e a formação de um gel pode dificultar a perda do material durante os procedimentos que são realizados nos testes in vivo.
8 Conclusões
No primeiro capítulo foram obtidas estruturas porosas de sílica pela combinação do método de Stöber e a auto-organização do template de nanocristais de celulose. Analisando os resultados dos estudos dos efeitos dos diversos parâmetros reacionais, pode-se concluir que a modificação da carga superficial dos CNC com o CTAB auxiliou na sua agregação e na sua interação com as nanopartículas de sílica. Além disso, verificou-se que a auto-organização destes agregados foi fortemente influenciada pela força “g” e pelo método de secagem, sendo que a combinação da centrifugação a 338 g, do congelamento vertical pelo sistema dip-coating e da liofilização resultaram em estruturas bem definidas com poros da na faixa de 10 a 50 µm. A auto-organização dos CNC foi estudada pela centrífuga analítica e por SEM. Pode-se concluir que esta auto-organização ocorreu durante a centrifugação das dispersões CNC/sílica e envolveu dois mecanismos distintos: o primeiro consistiu na auto-organizaçãodos CNC modificados com CTAB pela formação de fases nemática quirais, as quais formaram as paredes dos poros; o segundo mecanismo envolveu a organização destas paredes por meio de um processo de floculação para formação das estruturas macroscópicas de sílica. Ainda neste capítulo, verificou-se que aumentando o diâmetro das nanopartículas de sílica em cerca de 100 vezes obteve-se estruturas menos porosas e de maior resistência mecânica, indicando que a o aumento no tamanho destas partículas fornece estruturas com diferentes porosidades, as quais podem ter distintas aplicações biomédicas.
No segundo capítulo, o método de síntese desenvolvido na primeira parte do projeto foi modificado para obtenção dos scaffolds de vidros bioativos pela inserção dos íons cálcio, fosfato e sódio na rede de sílica, durante a lavagem dos precipitados entre as duas etapas de centrifugação. Foram sintetizados vidros com composições semelhantes aos do 58S e 45S5 e suas estruturas foram muito semelhantes às obtidas no primeiro capítulo, as quais possuíam elevada quantidade de poros com diâmetro na faixa de 10 a 50 µm e estes são interconectados, características ideais para circulação e crescimento das células. Analisando os resultados de imersão no DMEM com o vidro 58S calcinado a 850 ºC pode-se concluir que este material tem potencial aplicação na regeneração óssea devido à geleificação do meio cultura, o que é uma das etapas iniciais necessárias para o crescimento de tecidos ósseos longos. Além disso, o vidro 45S5 apresentou elevada resistência quando inserido no
DMEM e que não houve cristalização deste material após a calcinação. Pode-se concluir também que o aumento da concentração do reagente NaNO3, e
consequente aumento da força iônica, ocasionou a destruição das estruturas porosas formadas pela auto-organização dos CNC, indicando que a formação destas estruturas é dirigida majoritariamente por interações eletrostáticas entre a sílica e os CNC.
Os resultados da lixiviação dos íons Si, Ca, P e Na demonstraram que os perfis destes elementos foram semelhantes. Houve um aumento abruto nas concentrações dos elementos nos primeiros minutos de análise, seguida de estabilização. Além disso, os valores de concentração lixiviada no final das 24 h, para os quatro elementos, foram próximos das concentrações máximas esperadas, indicando que este tempo foi suficiente para a completa lixiviação do vidro 45S5.
Os resultados desta dissertação mostram que foram obtidos scaffolds com elevada porosidade e formados por poros com paredes muito finas, que podem resultar em uma rápida adsorção do artefato quando implantado, o que é desejável em muitos casos de intervenção para sanar defeitos ósseos e estimular seu crescimento. No entanto, o desafio a ser vencido é conseguir a estabilidade dos scaffolds quando colocados em contato com os fluídos corpóreos.
9 Perspectivas futuras
Realização de testes in vitro e in vivo dos vidros 45S5 e 58S para verificar sua bioatividade;
Para aplicação desejada nesta dissertação, seria interessante, obter nanocristais de celulose com grupos fosfatos na superfície, ao invés dos grupos sulfatos, pois facilitaria a obtenção de vidros bioativos. A introdução dos íons fosfato poderia ser realizada via hidrólise da celulose com ácido fosfórico ou por modificação química da superfície dos CNC. Além disso, na presença de grupos fosfatos na superfície dos nanocristais de celulose, sua propriedade de auto-organização pode ser afetada pelo pH, uma vez que o pKa do fosfato é 12,4 e isto ocasionaria mudança conformacional dos CNC de acordo com o pH do meio.
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ANEXOS
ANEXO 1
Tabela A1. Quantidade e concentração dos reagentes utilizados na síntese das
dispersões CNC/sílica. CNC (g) CTAB (g) Conc. CTAB (mol/L) Água deionizada (mL) Etanol (mL) 4,2 % (v/v) NH4OH TEOS (µL) TEOS (g) % CNC (m/m) Razão Si/CNC (m/m) Volume de ppt (mL) % de CNC no ppt (m/m) 0,15 0,5 0,01 20 80 10 70 0,07 0,16 0,42 4 4,5 ANEXO 2
Tabela A2. Dados necessários para cálculo do tamanho das dispersões pela
centrífuga analítica.
Material Viscosidade (mPa.s) Densidade (Kg/m3)
Água 0,9097 997,4
Celulose 0,1 1,5
ANEXO 3
ANEXO 4
Tabela A3. Valores de temperatura e pH das alíquotas retiradas durante a lixiviação
dos vidros 45S5.
Amostra 1
Tempo (min) pH Temperatura (ºC)
1 7,22 29,2 5 7,22 29,9 15 7,24 29,5 30 7,24 29,2 60 7,26 29,6 120 7,24 29,8 240 7,25 28,8 360 7,24 29,3 2440 7,25 29,6 Amostra 2
Tempo (min) pH Temperatura (ºC)
1 7,23 29,6 5 7,22 30,5 15 7,23 30,0 30 7,22 29,8 60 7,25 29,3 120 7,28 29,4 240 7,24 29,6 360 7,26 28,8 2440 7,29 27,9 Amostra 3
Tempo (min) pH Temperatura (ºC)
1 7,22 29,6 5 7,22 30,2 15 7,25 28,6 30 7,23 30,0 60 7,26 30,2 120 7,25 29,6 240 7,24 29,2 360 7,27 29,0
2440 7,29 28,6
ANEXO 5
Figura 2A. Difratograma dos nanocristais de celulose.
ANEXO 6: Cálculos da concentração máxima esperada para os elementos Si, Ca, Na e P durante a lixiviação do vidro 45S5.
Tabela A4. Composição em massa do vidro 45S5.
Elemento Porcentagem em massa (%) Si 45 Ca 31 P 11,00 Na 6,00
Cálculo da quantidade em massa de cada elemento presente em 5 mg de vidro 45S5:
Massa
elemento=
%elemento x 5
Tabela A5. Quantidade em massa de cada elemento presente em 5 mg de amostra
de vidro 45S5. Elemento Massa (mg) Si 2,25 Ca 1,55 P 0,55 Na 0,3
Cálculo da concentração em mg/L de cada elemento em 0,05 mL de solução tampão:
Concentração
elemento=
Massa do elemento em 5 mg de vidro0,05 Equação A2 Tabela A6. Concentração em mg/L de cada elemento presente em 50 mL de
solução tampão Tris-HCl.
Elemento Concentração (mg/L)
Si 45
Ca 31
P 11,00
Na 6,00
Cálculo da concentração em mg/L de cada elemento em 5,0 mL (4,5 mL de alíquota + 0,5 mL de HCl) da alíquota retirada para cada intervalo de tempo:
C
elemento=
Celemento em 0,05 mL5 x 4,5Equação A3Tabela A7. Concentração máxima (mg/L) esperada para os elementos Si, Ca, Na e
P durante a lixiviação do vidro 45S5.
Elemento Concentração (mg/L)
Si 41
Ca 28
P 10