Publicação
Design, manufacturing & analysis of smart ceramics for biomedical applications: zirconia functionalization with barium titanate
| Resumo: | No processo de design de um novo biomaterial, vários fatores devem ser considerados. Neste trabalho, o desafio foi encarado com uma perspectiva de engenharia. Como fazer amostras com propriedades ajustáveis que surtam respostas biológicas? Materiais para diferentes aplicações dentárias e ortopédicas têm funções específicas e, portanto, propriedades diferentes. Por exemplo, o parafuso de um implante dentário deve formar um bom contacto osso-implante e, desta forma, as superfícies rugosas adequam-se ao propósito. Na zona onde a gengiva deve-se formar um contacto firme com o material de forma a evitar a invasão bacteriana de tal forma que as superfícies lisas são melhores. Assim, a funcionalidade alcançada deve ser ajustável para diferentes tecidos, nomeadamente para efeitos antibacterianos. A funcionalização da zircônia estabilizada com ítria (YSZ), um biomaterial inerte, visa a criação de um novo ambiente microeletromecânico para aplicações odontológicas. Este trabalho apresenta um novo compósito cerâmico-piezocerâmico com potencial para aplicações odontológicas e ortopédicas. A incorporação de titanato de bário piezoelétrico, BaTiO3 (BT) permite que dois tipos diferentes de sinais elétricos existam na interface célula-material. Cargas de superfície estáticas e pulsos elétricos induzidos pela deformação são, em certa medida, ajustáveis pelo tamanho e distribuição das partículas de BT. As propriedades do BT, como carga superficial (±) e resposta piezoelétrica, podem ser ajustadas. As amostras deste trabalho foram processadas através do método convencional de prensagem e sinterização. A presença de fases foi estudada com espectroscopia Raman e difração de raios-x. A resposta piezoelétrica foi medida numa partícula com um medidor de d33. As inclusões foram também identificadas como ferroelétricas através de espectroscopia micro-Raman. É provável que este revestimento compósito possa ser processado com mètodos mais adequados para geometrias complexas. A estabilidade térmica foi igualmente estudada. O envelhecimento ocorre quando em contacto com a água e também a presença de tensões aceleram este processo. Portanto, o teste de degradação a baixa temperatura foi realizado. A taxa de transformação de fase monoclínica foi confirmada como aceitável para um envelhecimento simulado de 15-20 anos. A superfície também mostrou ter baixa capacidade de ligação às proteínas. A viabilidade de Fibroblastos Gengivais Humanos (HGF) e células precursoras de Osteoblastos derivadas de calvária de rato (MC3T3-E1) mostraram que o composto não è biotóxico. A análise de orientação do HGF revelou um comportamento interessante que deve ser investigado com mais detalhe. |
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| Autores principais: | Tiainen, Laura Katariina |
| Assunto: | Biomateriais Cerâmicos piezoelétricos Compositos Titanato de bário Zircónia estabilizada com ítria Biomaterials Piezoceramics Composite Barium titanate Yttria-stabilized zirconia |
| Ano: | 2021 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | No processo de design de um novo biomaterial, vários fatores devem ser considerados. Neste trabalho, o desafio foi encarado com uma perspectiva de engenharia. Como fazer amostras com propriedades ajustáveis que surtam respostas biológicas? Materiais para diferentes aplicações dentárias e ortopédicas têm funções específicas e, portanto, propriedades diferentes. Por exemplo, o parafuso de um implante dentário deve formar um bom contacto osso-implante e, desta forma, as superfícies rugosas adequam-se ao propósito. Na zona onde a gengiva deve-se formar um contacto firme com o material de forma a evitar a invasão bacteriana de tal forma que as superfícies lisas são melhores. Assim, a funcionalidade alcançada deve ser ajustável para diferentes tecidos, nomeadamente para efeitos antibacterianos. A funcionalização da zircônia estabilizada com ítria (YSZ), um biomaterial inerte, visa a criação de um novo ambiente microeletromecânico para aplicações odontológicas. Este trabalho apresenta um novo compósito cerâmico-piezocerâmico com potencial para aplicações odontológicas e ortopédicas. A incorporação de titanato de bário piezoelétrico, BaTiO3 (BT) permite que dois tipos diferentes de sinais elétricos existam na interface célula-material. Cargas de superfície estáticas e pulsos elétricos induzidos pela deformação são, em certa medida, ajustáveis pelo tamanho e distribuição das partículas de BT. As propriedades do BT, como carga superficial (±) e resposta piezoelétrica, podem ser ajustadas. As amostras deste trabalho foram processadas através do método convencional de prensagem e sinterização. A presença de fases foi estudada com espectroscopia Raman e difração de raios-x. A resposta piezoelétrica foi medida numa partícula com um medidor de d33. As inclusões foram também identificadas como ferroelétricas através de espectroscopia micro-Raman. É provável que este revestimento compósito possa ser processado com mètodos mais adequados para geometrias complexas. A estabilidade térmica foi igualmente estudada. O envelhecimento ocorre quando em contacto com a água e também a presença de tensões aceleram este processo. Portanto, o teste de degradação a baixa temperatura foi realizado. A taxa de transformação de fase monoclínica foi confirmada como aceitável para um envelhecimento simulado de 15-20 anos. A superfície também mostrou ter baixa capacidade de ligação às proteínas. A viabilidade de Fibroblastos Gengivais Humanos (HGF) e células precursoras de Osteoblastos derivadas de calvária de rato (MC3T3-E1) mostraram que o composto não è biotóxico. A análise de orientação do HGF revelou um comportamento interessante que deve ser investigado com mais detalhe. |
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