UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
THAÍS PATRICIO VIEIRA
ESTUDO DA FORMAÇÃO IN VITRO DE FOSFATO DE CÁLCIO
NA SUPERFÍCIE DE PÓS VÍTREOS DE SISTEMAS CaO-SiO
2-MxOy VIA SOL - GEL
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
THAÍS PATRICIO VIEIRA
ESTUDO DA FORMAÇÃO IN VITRO DE FOSFATO DE CÁLCIO
NA SUPERFÍCIE DE PÓS VÍTREOS DE SISTEMAS CaO-SiO
2-MxOy VIA SOL - GEL
Trabalho de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina como parte dos requisitos para obtenção do título de Engenheiro de Materiais.
Orientadores: Márcio Celso Fredel, Dr.-Ing.
Maria Helena Figueira Vaz Fernandes, Dra. Isabel Margarida Miranda Salvado, Dra. Co-orientadora: Ana Paula Marzagão Casadei, M.Sc.
THAÍS PATRICIO VIEIRA
ESTUDO DA FORMAÇÃO IN VITRO DE FOSFATO DE CÁLCIO
NA SUPERFÍCIE DE PÓS VÍTREOS DE SISTEMAS CaO-SiO
2-MxOy VIA SOL - GEL
Este Trabalho de Graduação foi julgado adequado para obtenção do título de Engenheiro de Materiais e aprovado em sua forma final pelo Curso de Graduação em Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina.
Prof. Dylton do Vale Pereira Filho, M. Sc. Coordenador do Curso
Comissão Examinadora
Prof. Márcio Celso Fredel, Dr.-Ing. Orientador
Prof. Guilherme Mariz de Oliveira Barra, Dr. Membro
Ficha Catalográfica
VIEIRA P., Thaís.
Estudo da formação in vitro de fosfato de cálcio na superfície de pós vítreos de sistemas CaO-SiO2-MxOy via sol - gel. Thaís Patricio Vieira – 2007.
51 p.
Orientadores: Márcio Celso Fredel, Maria Helena F.V. Fernandes e Isabel M. M. Salvado. Trabalho de conclusão de curso (graduação) – Universidade Federal de Santa Catarina, Curso de Engenharia de Materiais, 2007.
Agradecimentos
Ao curso de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina e a Universidade de Aveiro, pela oportunidade de realização do intercâmbio Brasil – Portugal.
Ao Departamento de Engenharia de Cerâmica e do Vidro da Universidade de Aveiro, pela acolhida aos alunos brasileiros.
Ao orientador da Universidade Federal de Santa Catarina, Dr. Márcio Celso Fredel, por toda disposição, apoio e orientação neste trabalho.
Às orientadoras de projeto na Universidade de Aveiro, Dra. Maria Helena Figueira Vaz Fernandes e Dra. Isabel Margarida Miranda Salvado pela dedicação, simpatia e esclarecimento de dúvidas.
À Ana Paula M. Casadei pela co-orientação atenção e ajuda, disponibilizadas neste trabalho.
À Ana Margarida B. Silva pela instrução na realização das tarefas e pela amizade depositada. Às meninas do laboratório de biomateriais, Ana Teresa, Bárbara, Érika, Nathalie, pelo apoio e pelo ambiente agradável que proporcionaram no laboratório.
À Célia, Maria Conceição e Marta, do Departamento de Engenharia da Cerâmica e do Vidro que contribuíram para realização dos experimentos.
Ao Dylton do Vale Pereira Filho, Guilherme Mariz de Oliveira Barra pela participação junto à banca examinadora.
Ao Daniel Tridapalli, por todos os momentos de incentivo, tranqüilidade e carinho durante as situações mais difíceis.
Aos amigos e à família, pelos momentos de descontração, apoio e a todos os que contribuíram para realização deste trabalho.
Resumo
O trabalho apresentado foi realizado com a parceria do Departamento de Engenharia da Cerâmica e do Vidro e do Laboratório de Biomateriais na Universidade de Aveiro, em Portugal, e estuda o comportamento de pós de sistemas vítreos CaO-SiO2-MxOy (M=B, P, Zr, Ti) preparados pelo procedimento sol – gel em meio biológico. Pretendeu-se avaliar a formação de fosfatos de cálcio por meio da imersão das amostras em um fluido fisiológico simulado (SBF - simulated
body fluid), e mantidos a 37 ºC, temperatura que simula o meio biológico, durante 2 h, 7 h, 1 dia,
Abstract
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Comparação dos processos convencional e de sol – gel para fabricação de materiais
vítreos. ... 8
Figura 2. Passos do processo de fabricação de vidro – gel bioativo pelo método de sol – gel [11]. ... 10
Figura 3. Seqüência de reações interfaciais envolvidas na formação de uma ligação entre osso e vidro bioativo... 13
Figura 4. Esquema representativo do mecanismo de formação da apatita em superfícies de vidros e vitro - cerâmicas de base CaO, SiO2 em SBF... 14
Figura 5. Gráfico representativo dos valores de pH para as amostras em todos os tempos de imersão em SBF. ... 23
Figura 6. Imagens de MEV para as amostras 1) CaO-SiO2-TiO2, 2) CaO-SiO2-P2O5(2), para os tempos a) sem imersão em SBF, b) 7 h, c) 7 dias e d) 14 dias de imersão em SBF. ... 24
Figura 7. Gráficos das concentrações de (a) Ca, (b) Si, (c) P e (d) B, Ti e Zr para as amostras em todos os tempos de imersão (0 h, 2 h, 7 h, 1 dia, 7 dias e 14 dias)... 27
Figura 8. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–TiO2... 34
Figura 9. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–ZrO2 (1)... 34
Figura 10. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–ZrO2 (2)... 34
Figura 11. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–B2O3. ... 34
Figura 13. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–P2O5 (2) e (3)... 35
Figura 14. Espetros de algumas das amostras, a) CaO-SiO2-TiO2, b) CaO-SiO2-ZrO2(1), c) CaO-SiO2-P2O5(3), com seus respectivos gráficos com representação da evolução das concentrações de Ca e P com os tempos de 0 h, 7 h, 7 dias e 14 dias de imersão. ... 36
Figura 15. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–TiO2. após 14 dias em SBF. ... 37
Figura 16. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–ZrO2 (1) após 14 dias em SBF. ... 37
Figura 17. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–ZrO2 (2) após 14 dias em SBF. ... 37
Figura 18. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–B2O3 após 14 dias em SBF. ... 37
Figura 19. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–P2O5 (1) após 14 dias em SBF. ... 38
Figura 20. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–P2O5 (2) após 14 dias em SBF. ... 38
ÍNDICE DE QUADROS
Quadro 1. Aplicações químicas dos biomateriais [1]... 4
Quadro 2. Classificação das biocerâmicas [1]... 11
Quadro 3. Diferenças entre as classes de materiais bioativos [20]... 12
Quadro 4. Quantidades de precursores utilizados para cada sistema. ... 17
Quadro 5. Quantidades de compostos utilizados em cada sistema (sendo X, o composto que diferencia cada sistema)... 18
Quadro 6. Concentração de íons do SBF em comparação com o plasma humano [4]... 18
Quadro 7. Esquema das temperaturas dos tratamentos térmicos para cada sistema até obter o estado amorfo. ... 20
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
n Número inteiro
λ Comprimento de onda dos raios X incidentes
d Distância interplanar
θ Ângulo de difração
µm micrômetros
Aº Ângstrons
ºC Graus Celsius
ºC/min Graus Celsius por minuto
EDS Espectroscopia por Dispersão de Energia (energy dispersive x-ray
fluorescence)
ETOH Etanol
HA Hidroxiapatita
HNO3 Ácido nítrico
ICP Infra-red coupled plasma
MEV Microscópio eletrônico de varredura m2/g Metros quadrados por grama
ml Mililitros
Na(NO3)2 Nitrato de cálcio
nm Nanômetros
PMMA Polimetil metacrilato PrZr Propóxido de zircônio PTFE Politetrafluoretileno
SBF Fluido fisiológico simulado (simulated body fluid)
Si – OH Silanol
Si – O – Si Ligação covalente entre o átomo de silício e oxigênio TEOS Tetraetilortosilicato
Sumário
1. INTRODUÇÃO ... 1
2. OBJETIVOS ... 2
3. REFERENCIAL TEÓRICO ... 3
3.1 BIOMATERIAIS E BIOCERÂMICOS... 3
3.1.1 Desenvolvimento dos primeiros Vidros Bioativos... 5
3.1.2 Vidros Bioativos produzidos por sol - gel... 5
3.1.2.1 Sistemas de vidros bioativos ... 6
3.2 PROCESSO SOL – GEL... 7
3.2.1 Métodos de preparação... 8
3.2.2 Métodos de fabricação... 9
3.3 ESTUDO DE BIOATIVIDADE ... 10
3.3.1 Características do tecido ósseo ... 12
3.3.1.1 Hidroxiapatita biológica ... 12
3.3.2 Características do sistema in Vitro ... 14
3.3.2.1 Hidroxiapatita in Vitro... 14
3.4 DIFRAÇÃO DE RAIOS-X ... 15
3.5 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA ... 15
3.6 ICP – ESPECTROFOTOMETRIA DE EMISSÃO POR PLASMA ... 16
4. METODOLOGIA... 17
4.1 MATERIAIS E MÉTODOS... 17
4.1.1 Precursores do sol gel ... 17
4.1.2 Precursores do SBF ... 18
4.1.3 Procedimento Experimental ... 18
4.1.3.1 Processo sol - gel ... 18
4.1.3.2 Imersão em SBF ... 20
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 22
5.1 ANÁLISE DE DIFRAÇÃO DE RAIOS-X NOS DIFERENTES SISTEMAS VÍTREOS . 22 5.2 ANÁLISE DOS COMPOSTOS APÓS TESTE DE BIOATIVIDADE... 22
7. SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS... 29
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 30
ANEXO A – Análises de Raios-X nos vidros antes dos testes in vitro ... 34
ANEXO B – Análises mais significativas de EDS nos vidros ... 36
ANEXO C – Resultados de Raios-X após 14 dias de ensaio in vitro ... 37
1. INTRODUÇÃO
O aumento da expectativa de vida do homem, como conseqüência dos avanços da medicina, da maior preocupação com a alimentação e do conforto gerado pela "vida moderna", tem resultado no aumento da população de idosos e, conseqüentemente, das doenças relacionadas à velhice. A magnitude destes problemas de saúde junto à população tem levado pesquisadores de várias áreas, à procura de materiais que possam substituir de forma apropriada partes do corpo injuriadas. Os materiais utilizados para estas substituições enquadram-se em uma classe denominada de biomateriais e devem apresentar propriedades físicas e biológicas compatíveis com os tecidos vivos hospedeiros, de modo a estimular uma resposta adequada dos mesmos. Tais propriedades caracterizam a biocompatibilidade. Os materiais sintéticos utilizados podem ser metálicos, poliméricos, compósitos, cerâmicos e vítreos [1].
O processo sol-gel, utilizado na fabricação de componentes bioativos, tem evoluído durante a produção de novos biomateriais [2]. O processo permite variações estruturais sem necessidade de alterar composição, ao contrário, dos vidros produzidos pelo método de fusão convencional que necessitam da adição de óxidos modificadores para alterar a estrutura [3]. O método sol–gel, comparativamente ao processo de fusão convencional, requer baixas temperaturas de processamento e melhor facilidade de produção dos pós; promove também, melhor bioatividade dos vidros devido à maior porosidade nanométrica e sílica solúvel liberada para induzir à nucleação de cristais de hidroxiapatita nos poros, aumentando o controle texturial do material [4].
O sistema in vitro tem ganhado bastante importância em estudos para análise de biocompatibilidade de materiais. O sistema in vitro corresponde a um ambiente que tem por finalidade a reprodutibilidade do sistema biológico vivo, criado com a pretensão de poupar organismos vivos com as experiências laboratoriais. A efetivação destes testes in vitro é atribuída a uma solução com concentrações de íons semelhantes às presentes no plasma humano chamada
Simulated Body Fluid (SBF).
2. OBJETIVOS
O trabalho tem como objetivo geral analisar o comportamento de diferentes sistemas vítreos produzidos a partir do procedimento sol-gel, quando submetidos a testes in vitro, e avaliar sua capacidade de formação da camada de Ca-P característica de elementos bioativos. Com base no que foi descrito, tem-se os seguintes objetivos específicos:
• Preparar composições de sistemas vítreos CaO-SiO2-MxOy (M=B, P, Zr, Ti), a partir do
procedimento sol-gel.
• Verificar a interação dos diferentes sistemas em meio fisiológico (SBF).
• Verificar a capacidade de formação de hidroxiapatita na superfície dos referidos sistemas,
3. REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 BIOMATERIAIS E BIOCERÂMICOSA constante modernização dos meios científicos e biológicos tem contribuído para o desenvolvimento de tecnologias com o objetivo de aumentar a longevidade dos seres vivos.
Relativamente ao ambiente biológico, o homem tem evoluído consideravelmente, seja no ramo da genética ou de próteses. A preocupação com a substituição de ossos ou tecidos vivos danificados fez com que houvesse o surgimento de materiais biocompatíveis com organismos vivos, os chamados biomateriais. Estes materiais sintéticos podem ser metálicos, poliméricos, compósitos, cerâmicos e vítreos.
Em geral, os biomateriais utilizados na reposição dos chamados tecidos moles ou flexíveis são muito diferentes daqueles usados na substituição de tecidos duros (ossos e dentes) devido às diferentes resistências mecânicas requeridas. O quadro 1, a seguir, relaciona algumas aplicações de biomateriais sintéticos[1].
Quadro 1. Aplicações químicas dos biomateriais [1].
BIOMATERIAL VANTAGENS DESVANTAGENS APLICAÇÕES
Polímeros Polietileno PTFE Poliéster Poliuretano PMMA Silicone Elasticidade, fácil fabricação, baixa densidade.
Baixa resistência mecânica, degradação depende do tempo.
Artérias, veias, maxilo-facial (nariz, orelha, maxilar, mandíbula, dente), cimento, tendão artificial, oftalmologia. Metais e Ligas Aço inoxidável Liga de titânio Liga de cobalto-cromo Alta força de tensão, alta resistência a desgaste, energia de deformação alta. Baixa biocompatibilidade, corrosão em meio fisiológico, perda das propriedades mecânicas com tecidos conectivos moles, alta densidade.
Fixação ortopédica (parafuso, pinos, fios, hastes), implantes dentários. Cerâmicas e vidros Alumina Zircônia Carbono Fosfato de cálcio Porcelana Vidros bioativos Boa biocompatibilidade, resistência à corrosão, inércia, alta resistência à compressão.
Baixa força de tensão, baixa resistência mecânica, baixa elasticidade, alta densidade.
3.1.1 Desenvolvimento dos primeiros Vidros Bioativos
Os Vidros bioativos tiveram início na década de 70 com o surgimento do Bioglass® 45S5 de composição 46.1SiO2, 2.6P2O5, 26.9CaO e 24.4Na2O %molar, desenvolvido por Larry L. Hench. Assim como, outros vidros da série Bioglass® que incluem adições de Ba2O3 ou CaF2, são eles os chamados vidros 45S5.4F, 45B15S5, 52S4.6, 55S4.3.
O Bioglass® 45S5 tem sido aplicado clinicamente sob a forma de granulado e também sobre a forma de vidro monolítico. O 45S5 granulado tem sido usado em estomatologia, no enchimento de cavidades ósseas periodontais. Também pode ser aplicado em enchimento ósseo após a extração de tumores, em cirurgia de ouvido, na reparação de defeitos calcários nos ossos do crânio e em cirurgia maxilo - facial.
Na forma de monolítico, o 45S5 tem sido usado em cirurgia de ouvido médio, na implantação de vértebras, sob forma de cones utilizados no preenchimento dos alvéolos resultantes da extração de dentes.
Recentemente foi conseguida a conformação em fita (tape casting) e em forma de fibras do 45S5, o que poderá permitir através do tape casting, a obtenção de formas complexas pela justaposição de camadas sucessivas, que poderão ser úteis para reparação de defeitos craniofaciais. E através da forma de fibras, a utilização do material é feita na engenharia de tecidos ou como reforço estrutural com matriz de biopolímero [6].
3.1.2 Vidros Bioativos produzidos por sol - gel
Um dos vidros – geles bioativos foi desenvolvido por Hench e colaboradores, designa-se pela sigla 58S, com sua composição de 58SiO2, 36CaO, 6P2O5, %p/p; 60SiO2, 36CaO, 4P2O5, mol% e já se encontra comercializado. O 58S foi usado em recobrimento de implantes cerâmicos de alumina, conferindo-lhes propriedades bioativas.
3.1.2.1 Sistemas de vidros bioativos
Com o desenvolvimento de pesquisas e estudos relacionados às biocerâmicas, vários sistemas são possíveis para a utilização como biomateriais. No presente trabalho, são testados vidros CaO-SiO2, estudados por Ebizawa et al. e Ohtsuki et al. [17], contendo elementos que estão sendo utilizados no desenvolvimento de novos sistemas bioativos. Estão eles detalhados a seguir.
• Sistema CaO–SiO2–ZrO2 [22, 23]
O óxido de Zircônio tem sido utilizado em vidros, com característica de elevar a sua resistência química em um amplo intervalo de pH, além de elevar a durabilidade química, promover a nucleação e cristalização dos vidros. Também é utilizado em materiais cerâmicos nas aplicações convencionais de fabrico de refratários eletrofundidos, material de moagem e cadinhos, na opacificação de esmaltes, na preparação de materiais tenazes para fabrico de motores cerâmicos, ferramentas de corte, próteses e revestimentos[3].
• Sistema CaO–SiO2–B2O3 [7]
Este vidro bioativo caracteriza-se por limitação nas suas aplicações em biomateriais devido às baixas propriedades mecânicas. Entretanto, a cristalização deste sistema de vidros bioativos pode melhorar as propriedades mecânicas do osso, como tensão de dobramento, tensão de compressão e tenacidade à fratura [7]. O anidrido bórico, B2O3, é um excelente formador de vidro, sendo componente essencial dos vidros de borosilicato, entre os quais se incluem os vidros Pyrex [24].
• Sistema CaO–SiO2–TiO2 [3]
O óxido de Titânio tem influência em vidros de sílica no coeficiente de expansão térmica, chegando a valores muito baixos ou até zero se for introduzida muita quantidade do óxido. Isso acontece, devido à atuação do TiO2 como formador de rede, apresentando os íons titânio uma coordenação tetraédrica semelhante à da rede de sílica.
• Sistema CaO–SiO2–P2O5 [25]
Este sistema é um dos mais básicos na produção de materiais bioativos para o uso em implantes ósseos. Ainda é preferencialmente produzido por fusão, mas há estudos recentes de sua fabricação pelo método de sol – gel [9].
O pentóxido de fósforo (P2O5), é um eficaz formador de vidro, utilizado em indústria de vidro tradicional (pouco), em indústria óptica, devido às suas aplicações em microeletrônicas, nano-fótons e condutores iônicos [8].
3.2 PROCESSO SOL – GEL
Sol - gel é um processo químico que começou a ser comercializado no fim da década de 90 e está sendo utilizado para produção de cerâmicas, vidros, vitro - cerâmicos e compósitos a temperaturas mais baixas do que nos processamentos tradicionais, possibilitando um controle maior da superfície química nos materiais resultantes. O método de sol – gel apresenta uma maior flexibilidade no processo, quando comparado aos métodos de fusão à alta temperatura e moldagem de vidros, ou sinterização, ou conformação a quente de cerâmicas.
Algumas das vantagens do processo sol - gel em biomateriais inorgânicos incluem: flexibilidade para novas composições, maior homogeneidade, maiores níveis de pureza, baixas temperaturas de revestimentos de substratos, além de ter menor consumo energético e baixo impacto ambiental [10].
A formação de HA nos vidros produzidos por sol – gel, é mais rápida do que nos vidros produzidos por fusão. Isso porque, os vidros – geles têm maior fração volumétrica de porosidades nanométricas e silanols na superfície [11]. O controle da taxa de sílica solúvel liberada induz um maior controle das propriedades texturiais do material, como a área superficial, o volume dos poros, a distribuição homogênea dos tamanhos dos poros e a modificação da superfície da sílica [4].
3.2.1 Métodos de preparação
O processo sol-gel envolve dois métodos de preparação de materiais através de soluções. Um método consiste na preparação de suspensões de finas partículas coloidais e o outro corresponde ao “método dos alcóxidos”, que se caracteriza por hidrólise, polimerização e desidratação de soluções de alcóxidos metálicos [3].
No método dos alcóxidos as temperaturas necessárias para a conversão gel – vidro são de aproximadamente 500 ºC e 600 ºC. Com estas temperaturas, podem ser evitados alguns fatos inconvenientes que acontecem a temperaturas elevadas como a separação de fases e cristalização, além de possibilitar a preparação de materiais com teores elevados de refratários, impossíveis de preparar pelo método de fusão convencional, devido a problemas de volatilidade de componentes do fundido e de corrosão dos materiais onde se realiza a fusão [3].
A seguir está uma figura comparativa entre os processos de fusão convencional e sol – gel a partir de alcóxidos, para preparação de materiais vítreos.
3.2.2 Métodos de fabricação
Os métodos de fabricação sol – gel envolvem a criação de uma rede tridimensional interconectada, denominada gel, de uma suspensão de pequenas partículas coloidais, chamadas de sol. Colóides são partículas sólidas de diâmetros menores que 100 nm. Um sol é uma dispersão de partículas coloidais. A rede do gel pode ser formada por hidrólise e condensação de precursores alcóxi - metálicos líquidos.
Para a fabricação de vidros – geles ou cerâmicos pelo processo sol – gel, são envolvidos sete passos. No primeiro passo, mostrado na figura 2, são misturados os precursores que formam o sol de baixa viscosidade (passo 2). À medida que a rede desenvolve interconexões a viscosidade é aumentada. A gelificação (passo 3) ocorre em um molde ou em uma superfície de um substrato formando um objeto sólido ou revestimento de uma superfície. Pós podem ser feitos com a distribuição de tamanhos altamente controlada.
A rede tridimensional é completamente cheia com líquido do poro. O envelhecimento (passo 4) envolve retenção destes líquidos nos poros por várias horas a 25 ºC – 80 ºC. Isto conduz a reprecipitação que aumenta a espessura dos pescoços interpartículas, a densidade, e a tensão na rede do gel.
O líquido do poro é removido durante a secagem (passo 5), Geles coloidais são facilmente secos desde que seus tamanhos de poros sejam grandes, maiores que 100 nm. Geles feitos a partir de alcóxidos têm poros muito pequenos (1 nm – 10 nm) e desta forma as tensões capilares podem aumentar durante a secagem.
Geles secos sob temperatura ambiente e baixas temperaturas são designados xerogéis. O termo genérico gel geralmente se aplica a um xerogel. O controle cuidadoso das taxas de hidrólises e condensação no passo 1 pelo uso de catalisadores ácidos ou básicos, é requerido para produção de distribuição de tamanho de poros muito estreita em xerogéis, necessário para reduzir gradientes de tensão na secagem. Um gel é seco (passo 5) quando a água adsorvida fisicamente é completamente eliminada dos poros. Isto requer aquecimento a taxas controladas de temperaturas de 120 ºC – 180 ºC. A área superficial dos geles é muito grande, 200 – 800 m2/g. O tamanho dos poros pode variar de 1 nm – 12 nm.
da rede similares aos vidros derivados de fusão.
Densificação dos vidros – geles (passo 7) derivados dos alcóxidos é completado a uma escala de 900 ºC – 1150 ºC dependendo da composição. Hidróxidos e água adsorvida podem ser removidos dos geles previamente para o fechamento dos poros. Uma vantagem importante do processo sol – gel é a habilidade de controlar a superfície química do material por estes tratamentos térmicos [10].
Figura 2. Passos do processo de fabricação de vidro – gel bioativo pelo método de sol – gel [11].
3.3 ESTUDO DE BIOATIVIDADE
O termo bioatividade, no início da década de 70 foi usado primeiramente, para descrever a habilidade que certas composições de vidros para se ligarem ao tecido ósseo circundante ao implante, induzindo a formação de uma camada de Hidroxiapatita (HA) em sua superfície. Atualmente, são verificados outros materiais cerâmicos como a HA sintética, o fosfato tri - cálcio sinterizado e algumas vitro - cerâmicas que podem ser bioativas sob certas condições de síntese [4].
mecânica, e design do implante [5].
O mecanismo de ataque dos tecidos com o implante está diretamente relacionado com a resposta do tecido à interface do implante. Assim, segundo Larry Hench, há quatro tipos de biocerâmicas, cada uma com diferente tipo de ataque ao tecido (quadro 2).
Quadro 2. Classificação das biocerâmicas [1].
Tipo de Biocerâmica Interações com os Tecidos Exemplos
Inertes Não há interações químicas nem biológicas.
Bloqueio mecânico (Fixação morfológica). Al2O3, Zircônia Porosas Ocorre crescimento interno dos tecidos
através dos poros. (Fixação biológica)
Aluminatos e HA porosos Bioativas Ocorre uma forte ligação na interface
osso-implante. (Fixação bioativa)
Biovidros, HA e Vitro-cerâmicas
Reabsorvíveis As cerâmicas são degradadas e substituídas pelos tecidos.
Gesso, Fosfato tricálcico, Vidros
bioativos
Todos os resultados de testes in vitro e in vivo mostram que a característica comum de materiais implantados bioativos que se conhece, é a camada biologicamente ativa de carbonato de hidroxiapatita que se forma na superfície do implante. Entretanto, a grande diferença na taxa de ligação do osso com implantes bioativos indica que diferentes fatores bioquímicos ocorrem na interface tecido - implante. Em 1994, uma nova hipótese foi proposta, cujos materiais são classificados em dois tipos:
• Classe A – Materiais Osteoprodutivos.
Osteoprodução tem sido definida por Wilson como, o processo por meio do qual uma superfície bioativa é colonizada por células livres que promovem osteogênese (crescimento do osso) em ambiente defeituoso, como resultado de uma intervenção médica. A bioatividade da Classe A ocorre quando um material obtém respostas intracelular e extracelular na sua superfície. Vidros bioativos de Classe A podem se ligar tanto com ossos como com tecidos flexíveis.
• Classe B – Materiais Osteocondutivos
obtém uma resposta extracelular na sua interface [11].
Características de materiais bioativos da classe A, osteoprodutivos, e da classe B, osteocondutivos, são comparadas no quadro 3, a seguir.
Quadro 3. Diferenças entre as classes de materiais bioativos [20].
CLASSE A CLASSE B
Osteoprodutivo e osteocondutivo Somente osteocondutivo Rápida ligação com o osso Lenta ligação com o osso Melhor crescimento do osso Lento crescimento do osso
Ligação com os tecidos conectivos flexíveis Nenhuma ligação com os tecidos conectivos flexíveis
3.3.1 Características do tecido ósseo
Com os estudos desenvolvidos atualmente, das diversas biocerâmicas que entram em contato com os ossos, verifica-se a importância de conhecer as questões relacionadas aos vários tipos de ossos do corpo humano. Assim, uma breve explicação sobre ossos é bem aceita. Osso consiste de um conjunto de células engastadas em uma matriz intercelular composta por materiais orgânicos, principalmente colágeno, e por sais inorgânicos ricos em cálcio e fosfato. Essa mistura confere ao osso propriedades mecânicas difíceis de serem conseguidas em outros materiais produzidos pelo homem [38].
3.3.1.1 Hidroxiapatita biológica
A apatita biológica é constituída por uma mistura de fases cristalinas e amorfas correspondentes à fórmula (Ca,x)10(PO4,y)6(OH,z)2 onde principalmente se tem x = Mg2+, Na+; y = CO32-, HPO42-, SO42-; z = Cl-, F-. Considera-se Hidroxiapatita (HA) como (Ca10(PO4)6(OH)2).
K+, que são conhecidos por ter um papel no desempenho total. Tem sido demonstrado que a reabsorção de cerâmicas HA é completamente diferente de mineral do osso. Cristais de mineral do osso são de escala nanométrica com grandes áreas superficiais; conseqüentemente, a reabsorção pelos osteoclastos (células que participam dos processos de absorção e remodelação do tecido ósseo) é completamente homogênea. A HA sintética, pelo contrário, apresenta uma baixa área superficial e tem forte ligação. A reabsorção ocorre em duas etapas: desintegração das partículas e dissolução dos cristais [14].
A figura 3, a seguir, resume a seqüência de onze reações que aparentemente ocorrem na superfície de vidros bioativos com uma ligação formada com o osso. Todavia, nem todas as cerâmicas bioativas possuem todos estes onze passos ou tem uma cinética de reação de superfície tão rápida quanto na figura 3. As limitações de alguns estágios, como 8 e 9, são relacionadas com a incerteza do processo biológico, pois é ele que controla a expressão genética de células de diferenciação, como por exemplo, os osteoblastos (células que sintetizam a parte orgânica da matriz óssea) [10].
3.3.2 Características do sistema in Vitro
Devido às dificuldades de testes com sistemas in vivo, sejam elas experimentais ou éticas, surgiram os testes in vitro para verificar a bioatividade de materiais propostos para estudo. A partir disso, Kokubo, em 1990 propôs uma solução aquosa contendo concentrações de íons semelhantes às presentes no plasma humano. A solução foi capaz de induzir mudanças estruturais na superfície de materiais bioativos semelhantes às presentes in vivo, ou seja, formação de uma camada de HA. Esta solução foi chamada de Simulated Body Fluid (SBF) [4].
3.3.2.1 Hidroxiapatita in Vitro
Kokubo propôs um mecanismo para explicar formação de HA em SBF. O mecanismo ocorre inicialmente com a liberação dos íons Ca2+, Na2+ ou K+ da superfície dos vidros via troca com o íon H3O+ da solução SBF formando grupos Si-OH ou Ti-OH na superfície. Em seguida, moléculas de água da solução SBF atacam as ligações Si-O-Si ou Ti-O-Ti para formar grupos adicionais Si-OH ou Ti-OH. Os grupos Si-OH e Ti-OH formados induzem a nucleação da apatita e os íons Ca2+, Na2+ ou K+ liberados a aceleram, aumentando o produto de atividade iônica da apatita no fluido. Assim que o núcleo da apatita é formado, e pode crescer espontaneamente, consumindo os íons de Ca e fosfato do fluido circunvizinho, que é supersaturado em relação à apatita. Uma ilustração do mecanismo está representada a seguir, na figura 4 [39].
3.4 DIFRAÇÃO DE RAIOS-X
Dentre as várias técnicas de caracterização de materiais, a técnica de difração de raios-X é a mais indicada na determinação das fases cristalinas presentes em materiais. Isto é possível porque na maior parte dos sólidos (cristais), os átomos se ordenam em planos cristalinos separados entre si por distâncias da mesma ordem de grandeza dos comprimentos de onda dos raios-X. Com esta técnica também são possíveis as análises da textura (orientação cristalográfica preferencial), determinação do tamanho de cristalito, da densidade teórica e determinação de tensões residuais.
Ao incidir um feixe de raios-X em um cristal, o mesmo interage com os átomos presentes, originando o fenômeno de difração. A difração de raios-X ocorre segundo a Lei de Bragg (Equação A), a qual estabelece a relação entre o ângulo de difração e a distância entre os planos que a originaram (característicos para cada fase cristalina).
nλ = 2d sen θ (Equação A)
n: número inteiro
λ: comprimento de onda dos raios-X incidentes
d: distância interplanar
θ: ângulo de difração
Dentre as vantagens da técnica de difração de raios-X para a caracterização de fases, destacam-se a simplicidade e rapidez do método, a confiabilidade dos resultados obtidos (pois o perfil de difração obtido é característico para cada fase cristalina), a possibilidade de análise de materiais compostos por uma mistura de fases e uma análise quantitativa destas fases [15].
3.5 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA
Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) é um instrumento muito versátil e usado rotineiramente para a análise microestrutural, morfologia dos cristais (tamanho e forma) de materiais sólidos. Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenção da imagem, o resultado é uma imagem de muito fácil interpretação.
3.6 ESPECTROFOTOMETRIA DE EMISSÃO POR PLASMA – ICP (Inductively Coupled
Plasma)
A espectrofotometria de emissão por plasma permite determinar as concentrações dos elementos cálcio, fósforo, silício e magnésio nas soluções de SBF após os definidos tempos de imersão.
4. METODOLOGIA
4.1 MATERIAIS E MÉTODOS4.1.1 Precursores do sol gel
Os precursores utilizados no processo sol – gel [3], variaram para cada tipo de sistema preparado. Sendo eles: tetraetilortosilicato (TEOS), etanol (ETOH), acetoacetato de etilo, nitrato de cálcio, água, ácido nítrico (HNO3), isopropóxido de titânio (TiPr), propóxido de zircônio (PrZr), trimetil borato e dibutil fosfato. A seguir no quadro 4, verificam-se as quantidades dos componentes em cada sistema.
Quadro 4. Quantidades de precursores utilizados para cada sistema. PRECURSORES
SISTEMAS TEOS
(ml) ETOH (ml) Acetoacetato de etilo (ml)
Nitrato de Cálcio (g) Água (ml) HNO3 (ml) TiPr (ml) PrZr (ml) Trimetil Borato (ml) Dibutil Fosfato (ml) CaO-SiO2–TiO2 18,2 18,2 2,1 19,2 41,0 6,9 2,1 - - - CaO–SiO2–ZrO2 (1) 17,7 17,7 1,5 18,6 40,0 7,0 - 1,5 - - CaO–SiO2–ZrO2 (2) 17,7 17,7 3,0 18,6 40,0 6,7 - 3 - - CaO–SiO2–B2O3 18,4 18,4 1,6 19,4 41,0 6,9 - - 1,6 - CaO–SiO2–P2O5 (1) 17,4 17,4 - 18,4 39,0 6,6 - - - 2,8 CaO–SiO2–P2O5 (2) 16,2 16,2 - 16,4 35,0 6,0 - - - 2,8 CaO–SiO2–P2O5 (3) 15,2 15,2 - 16,0 34,0 5,7 - - - 2,8
Quadro 5. Quantidades de compostos utilizados em cada sistema (sendo X, o composto que diferencia cada sistema).
PROPORÇÕES DOS SISTEMAS (%Molar) COMPOSTOS CaO SiO2 X TiO2 47,9 47,9 4,2 ZrO2 (1) 47,9 47,9 4,2 ZrO2 (2) 47,9 47,9 4,2 B2O3 47,9 47,9 4,2 P2O5 (1) 47,9 47,9 4,2 P2O5 (2) 45 47 8 P2O5 (3) 45 45 10 4.1.2 Precursores do SBF
As concentrações de íons do (SBF) desenvolvido em laboratório, comparativamente ao plasma humano estão representadas no quadro 6, a seguir.
Quadro 6. Concentração de íons do SBF em comparação com o plasma humano [4]. CONCENTRAÇÃO (mM) Na+ K+ Ca2+ Mg2+ HCO3- Cl- HPO42- SO4 2-SBF 142,0 5,0 2,5 1,5 4,2 148,5 1,0 0,5 Plasma Humano 142,0 5,0 2,5 1,5 27,0 103,0 1,0 0,5 4.1.3 Procedimento Experimental
4.1.3.1 Processo sol - gel
HNO3 (grupo 3) em um recipiente aberto. Em seguida, em outro recipiente, foram misturados TEOS e ETOH (grupo 2), e por último, em outro recipiente do mesmo gênero, foram acrescentados acetoacetato de etilo e os precursores que diferenciam cada sistema (quadro 4) (grupo 1). Todos os componentes das soluções foram misturados por agitação magnética à temperatura ambiente. No caso da família de compostos de P2O5 não há acetoacetato de etilo, sendo assim, o precursor dibutil fosfato não precisa de agitação individual. Após a agitação de cada grupo, foram feitas as misturas entre grupos na seqüência: grupo 1, grupo 2 e finalmente grupo 3.
Posteriormente, a solução final (mistura grupos 1 + 2 + 3) foi colocada num recipiente em uma estufa a 60 ºC e coberta por um filme de polietileno para não haver muitas perdas com evaporação durante o processo de gelificação. As amostras permaneceram na estufa durante 15 dias para permitir a secagem e evitar a ocorrência de fragmentação.
Depois de gelificadas, as amostras foram submetidas a uma secagem a 120 ºC durante 48 h e mantidas em dessecadores para evitar possível hidratação até o tratamento térmico posterior.
No decorrer do processo de preparação as amostras foram submetidas a tratamento térmicos e posteriormente analisadas por raios-X para verificar a evidência de sistemas amorfos. Os tratamentos foram efetuados às temperaturas de 500 ºC, 450 ºC e 400 ºC, dependendo do sistema analisado. Os ciclos de aquecimento utilizados ocorreram à taxa de 10 ºC/min até a temperatura de 250 ºC durante 4 h e 10 ºC/min até a temperatura desejada 500 ºC, 450 ºC ou 400 ºC, com patamar de 1 h.
À medida que se efetuavam as análises de raios-X, depois de cada tratamento térmico, as amostras que não obtiveram resultados amorfos passavam por uma secagem a 120 ºC durante 48 h e posterior tratamento térmico com mesmo ciclo de cozimento, porém com temperaturas inferiores ao ciclo anterior.
Quadro 7. Esquema das temperaturas dos tratamentos térmicos para cada sistema até obter o estado amorfo. SISTEMAS TEMPERATURAS DOS TRATAMENTOS (ºC) TEMPERATURAS DO ESTADO AMORFO (ºC) CaO-SiO2–TiO2 500 – 450 - 400 400 CaO–SiO2–ZrO2 (1) 500 - 450 450 CaO–SiO2–ZrO2 (2) 450 - 400 400 CaO–SiO2–B2O3 450 - 400 400 CaO–SiO2–P2O5 (1) 450 - 400 400 CaO–SiO2–P2O5 (2) 400 400 CaO–SiO2–P2O5 (3) 400 400 4.1.3.2 Imersão em SBF
Após os tratamentos térmicos, as amostras foram novamente submetidas à secagem de 120 ºC durante 48 h para retirar qualquer vestígio de umidade antes da etapa posterior de preparação para o SBF.
Depois de secas, as amostras foram moídas a seco em um almofariz automático (Retsch modelo RM100), em seguida foram peneiradas em uma tela de 33 µm e guardadas em
dessecadores para não reterem umidade. A etapa posterior é a separação dos sistemas em cinco frascos de polipropileno, cada um representando um tempo de imersão em SBF. Cada frasco continha 2,50 g do material de cada sistema e 10 ml de SBF.
Depois de preparadas as amostras com SBF, estas eram colocadas em estufa a 37 ºC simulando a temperatura do corpo humano.
Após o período determinado em SBF, as amostras passavam por um processo de separação entre o líquido (SBF) e o pó sedimentado no frasco. Esta separação acontecia com a ajuda de uma seringa que auxiliava na retirada do máximo de líquido do frasco. O pó juntamente com o restante do líquido não retirado pela seringa, era filtrado. O filtro (22 µm) com pó úmido era colocado em
dessecadores. O líquido das seringas, devidamente filtrado (22 µm) era novamente colocado no
mesmo frasco de polipropileno, onde efetuava-se a medida de seu pH (Orion, modelo 420A) e finalmente, ele era colocado em refrigerador para conservação até a análise de ICP (Jobin Yvon, 70 Plus).
Após secos, os pós foram preparados para a análise do microscópio eletrônico de varredura (Hitachi, SU-70). Nos porta - amostras para MEV, os pós foram colados com uma fita dupla face e depois submetidos à deposição de carbono (Emitech, K950).
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 ANÁLISE DE DIFRAÇÃO DE RAIOS-X NOS DIFERENTES SISTEMAS VÍTREOS
As análises de raios-X, como mencionados no processo experimental, foram efetuadas para cada sistema individualmente depois de cada tratamento térmico, com o objetivo de obter amostras amorfas. Esta situação foi escolhida porque se almejavam amostras sem uma região preferencial (cristais) para evolução do crescimento da HA.
As evoluções dos raios-X de cada um dos sistemas estão representadas nas figuras do ANEXO A.
Visto que algumas amostras não se apresentaram amorfas com o primeiro tratamento térmico, foram feitos sucessivos tratamentos com temperaturas inferiores para alcançar esse resultado. Uma representação dessas temperaturas pode ser observada no quadro 7 que analisado, traz a evidência de que somente os sistemas CaO-SiO2–TiO2, CaO–SiO2–ZrO2 (1), CaO–SiO2– B2O3 e CaO–SiO2–P2O5 (1) têm seu tratamento inicial nas temperaturas de 500 ºC e 450 ºC. Isso porque estes sistemas foram os primeiros a serem efetuados, os sistemas posteriores os tiveram como base de partida para a escolha de temperaturas menores nos tratamentos térmicos.
5.2 ANÁLISE DOS COMPOSTOS APÓS TESTE DE BIOATIVIDADE
Vários testes foram efetuados para evidenciar a presença de bioatividade dos vidros estudados. São eles: medida de pH das soluções de SBF nos diferentes tempos de imersão, análise com MEV, EDS, ICP e Raios-X.
Os resultados obtidos com o conjunto das técnicas utilizadas proporcionaram, alguns mais facilmente que outros, uma tendência de bioatividade nos vidros estudados.
Valores de PH 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 log t (hrs) P H
TiO2 ZrO2 (1) ZrO2 (2) B2O3
P2O5 (1) P2O5 (2) P2O5 (3)
Figura 5. Gráfico representativo dos valores de pH para as amostras em todos os tempos de imersão em SBF.
Referente à microscopia eletrônica de varredura e EDS, foram analisadas somente as amostras (pós) sem imersão em SBF, com 7 h, 7 dias e 14 dias de imersão.
Figura 6. Imagens de MEV para as amostras 1) CaO-SiO2-TiO2, 2) CaO-SiO2-P2O5(2), para os tempos a) sem imersão em SBF, b) 7 h, c) 7 dias e d) 14 dias de imersão em SBF.
do material via troca de H3O+ da solução de SBF formando grupos Si-OH na superfície. Os grupos de Si-OH induzem a nucleação da HA, que pode ser formada pela alta concentração de Ca e P presente no meio. Os núcleos de HA crescem no vidro através do consumo de íons de Ca e P do fluido que é supersaturado em relação à apatita [39].
Sabendo isso e a partir dos resultados de EDS, conseguiu-se registrar o aparecimento de P, depois dos 14 dias de imersão, na superfície do vidro de CaO–SiO2–TiO2. Para as demais amostras, com exceção dos sistemas CaO–SiO2–P2O5 que já tem o P na sua composição, este elemento não aparece nas análises. Referente ao elemento Ca, em todas as amostras, comparativamente à análise do vidro sem imersão, ocorre um decréscimo com o passar do tempo, sugerindo que parte deste elemento tenha passado para a solução. (ANEXO B)
Com a técnica de ICP nos vidros: sem imersão em SBF, 2 h, 7 h, 1 dia, 7 dias e 14 dias de imersão, observou-se que os íons de Ca, Si aumentam sua concentração na solução de SBF em relação à inicial. Já a concentração de P diminui na solução e supostamente estaria sendo depositada no vidro. (Figuras 7 a, b, c) Estas trocas iônicas entre a solução e os vidros finalizam quando a fonte de íons P no SBF termine ou, se a difusão dos íons através da interface pare, devido à espessura da camada de Ca-P ter atingido um valor crítico [17].
Tabela 1. Variações das concentrações de Ca nos vidros antes de imersão e nas soluções de SBF. Valores da concentração de Ca (mg/l) existentes nos vidros
Vidros (CaO-SiO2-X) Tempo (h) TiO2 B2O3 ZrO2 (1) ZrO2 (2) P2O5 (1) P2O5 (2) P2O5 (3) 0 4790 4790 4790 4790 4790 4500 4500
Valores da concentração de Ca (mg/l) na solução de SBF após a imersão dos vidros
Vidros (CaO-SiO2-X) Tempo (h) TiO2 B2O3 ZrO2 (1) ZrO2 (2) P2O5 (1) P2O5 (2) P2O5 (3) 0 138 138 138 138 138 138 138 2 3586 4196 2930 3482 2283 1078 2066 7 3664 4497 4826 3983 2637 1688 1839 24 3513 4080 1658 3503 2171 1294 1788 168 4233 4441 2418 3524 1831 1609 1575 336 3995 3869 2330 3827 2124 1205 1724
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 log t (h) C o n c e n tr a c ã o C a ( m g /l )
TiO2 B2O3 ZrO2 (1) ZrO2 (2) P2O5 (1) P2O5 (2) P2O5 (3) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 log t (h) C o n c e n tr a ç ã o S i (m g /l )
TiO2 B2O3 ZrO2 (1) ZrO2 (2) P2O5 (1) P2O5 (2) P2O5 (3)
-4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 log t (h) C o n c e n tr a ç ã o P ( m g /l )
TiO2 B2O3 ZrO2 (1) ZrO2 (2) P2O5 (1) P2O5 (2) P2O5 (3)
-30 20 70 120 170 220 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 log t (h) C o n c e n tr a ç ã o B , T i, Z r (m g /l )
B2O3 TiO2 ZrO2 (1) ZrO2 (2)
Figura 7. Gráficos das concentrações de (a) Ca, (b) Si, (c) P e (d) B, Ti e Zr para as amostras em todos os tempos de imersão (0 h, 2 h, 7 h, 1 dia, 7 dias e 14 dias).
Para uma maior evidência dos resultados de bioatividade foram feitas análises de raios-X com as amostras após os 14 dias de ensaio in vitro.
As avaliações conferem satisfatórios resultados quanto à formação da camada Ca-P, pois aparecem indícios de picos de HA nos vidros de P2O5,. Nos vidros, com B2O3 e ZrO2, não há o aparecimento de picos de HA, mas sim de calcita. Na análise do vidro com TiO2, não foi possível a identificação de nenhuma fase com a análise de raios-X. Este fato pode estar relacionado à uma formação de camada de Ca-P irregular na superfície do vidro, não sendo detectada pelo aparelho de raios-X, visto que anteriormente, nos resultados de EDS, percebe-se um vestígio de P no vidro. As representações dos espectros das amostras estão no ANEXO C.
(a) (b)
6. CONCLUSÕES
O trabalho realizado trouxe resultados indicativos de bioatividade nos vidros, porém, não é possível afirmar indubitavelmente que apresentam características propícias para utilização em experiências biomédicas.
Partindo da análise dos pH´s das soluções após os ensaios in vitro, verificou-se que seus valores, para todas as amostras, tiveram um aumento considerável relativamente à solução de SBF antes dos testes, adquirindo um caráter básico relevante para utilização em organismos vivos.
Nas análises de MEV, constataram-se variações no aspecto da superfície após imersão no fluido simulado. Este fato foi bastante perceptível para as amostras de CaO-SiO2-TiO2 e CaO-SiO2-P2O5(2). Uma análise complementar com EDS caracterizou quantidades de P nos vidros CaO-SiO2-TiO2 e CaO-SiO2-P2O5. Os demais vidros, não apresentaram P por esta análise. Já, para o elemento Ca, verificou-se que, para todas amostras, há uma diminuição relativamente à quantidade inicial existente nos vidros.
Com as análises de ICP, verificou-se que a concentração dos íons de Ca e de Si, aumentaram depois dos 14 dias dos testes in vitro, isso significa que estariam saindo do vidro para a solução e possivelmente depois formar uma camada de Ca-P na superfície. Para os íons de P, ocorre justamente o contrário, a sua concentração na solução diminui, o que sugere seu depósito no vidro. Para os íons de B, sua concentração diminui, e as concentrações dos íons de Ti e Zr não variaram significativamente.
Finalmente, com as análises por raios-X após a imersão de 14 dias em SBF, verificaram-se resultados significativos nos vidros de CaO-SiO2-P2O5 em que foram observadas evidências da formação da camada de Hidroxiapatita.
Nos vidros de CaO-SiO2-B2O3 e CaO-SiO2-ZrO2,, não foram detectadas qualquer camada de Ca-P, supostamente com maior tempo de imersão em SBF esta camada poderia ser detectada.
7. SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS
Seria interessante, para trabalhos futuros:• Aumentar o tempo de imersão em SBF para os sistemas.
• Analisar propriedades mecânicas, através de ensaios de tração, flexão e compressão, dos
sistemas que melhor responderam aos testes in vitro podendo fazer uma comparação com o tecido ósseo.
• Repetir testes in vitro com os sistemas que tiveram eminência de formação de camada de
Ca-P, com maior quantidade de pós para análise. Caso do CaO-SiO2-TiO2.
• Realizar estudos de bioatividade in vitro em meio celular, verificando seu comportamento
com os vidros.
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[37] PADILHA S., ROMLAN J., CARENAS A., REGÍ-VALLET M. The influence of the phosphorus content on the bioactivity of sol–gel glass ceramics. Biomaterials, (2005),
v. 26, pp. 475 – 483.
[38] WILLIANS, P.L.; WARWICK R.; DYSON, M.; BANNISTER, L. H. Gray Anatomia, 37ª
edição. Ed. Guanabara Koogan, 1995.
ANEXO A – Análises de Raios-X nos vidros antes dos testes in vitro
Figura 8. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–TiO2.
Figura 9. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–ZrO2 (1).
Figura 10. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–ZrO2 (2).
Figura 12. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–P2O5 (1).
CaO-SiO2-TiO2 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 7 168 336 Tempo (h) C o n c e n tr a ç ã o ( g /m o l) Ca P CaO-SiO2-ZrO2 (1) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 7 168 336 Tempo (h) C o n ce n tr aç ão ( g /m o l) Ca P CaO-SiO2-P2O5 (3) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 7 168 336 Tempo (h) C o n c e n tr a ç ã o ( g /m o l) Ca P
ANEXO B – Análises mais significativas de EDS nos vidros
Figura 14. Espetros de algumas das amostras, a) CaO-SiO2-TiO2, b) CaO-SiO2-ZrO2(1), c) CaO-a)
b)
ANEXO C – Resultados de Raios-X após 14 dias de ensaio in vitro
Figura 15. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–TiO2. após 14 dias em SBF.
Figura 16. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–ZrO2 (1) após 14 dias em SBF.
Figura 17. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–ZrO2 (2) após 14 dias em SBF.
Figura 19. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–P2O5 (1) após 14 dias em SBF.
Figura 20. Espectros de raios-X do sistema CaO–SiO2–P2O5 (2) após 14 dias em SBF.
