Vitrocerâmica altamente bioativa, de boa resistência mecânica e baixo módulo elástico

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Laís Dantas
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14802
Resumo: Bioactive glass and glass-ceramics have the property of binding directly to living tissue. However, from mechanical performance, these materials have some disadvantages such as low fracture resistance. Some properties restrict their use in applications that require substantial mechanical effort, like as bone tissue substitutes. In this work, new bioactive glasses compositions of the Na2O-K2O-CaO-SiO2-P2O5 system were prepared with the objective to obtaining glass-ceramics combining high mechanical strength and good bioactivity. For this, a rigorous microstructural control was carried out using thermal treatments. The aim was to achieve acicular crystals, in addition to the development of glass-ceramics through the sintering route. Thermal treatments and microscopy analysis (Optical Microscopy – OM and Scanning Electron Microscopy - SEM) were used together as a microstructural control tools. The crystalline phases formed were identified by X-ray Diffraction. In addition to the confirmation of minority phases through Raman spectroscopy and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Besides, the hardness was evaluated by the Vickers microhardness technique and the modulus of elasticity using the Impulse Excitation Technique. On the other hand biaxial bending tests were conducted to obtain fracture resistance. In addition, the bioactivity of glasses and glass-ceramics were evaluated by in vitro bioactivity tests using the acellular solution of SBF-K9 (Simulated Body Fluid), followed by FTIR analysis. In which glass-ceramics with acicular morphology with high in vitro bioactivity were obtained. In addition, mechanical strength of ~170 MPa, about three times higher than the original glass, and elastic modulus very close to that of Bioglass 45S5®, reaching a value of approximately 50 GPa. Thus, in this work we obtained a high-performance glass-ceramics with great potential for bone substitution.
id SCAR_a4b74ec804637f712f6db13f4bc65d5f
oai_identifier_str oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/14802
network_acronym_str SCAR
network_name_str Repositório Institucional da UFSCAR
repository_id_str 4322
spelling Silva, Laís DantasZanotto, Edgar Dutrahttp://lattes.cnpq.br/1055167132036400Crovace, Murilo Camurihttp://lattes.cnpq.br/2960564171443068http://lattes.cnpq.br/7650067199061661d7bc183e-0379-4ec0-9b85-a86c1d664b3b2021-08-25T10:46:53Z2021-08-25T10:46:53Z2019-09-03SILVA, Laís Dantas. Vitrocerâmica altamente bioativa, de boa resistência mecânica e baixo módulo elástico. 2019. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14802.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14802Bioactive glass and glass-ceramics have the property of binding directly to living tissue. However, from mechanical performance, these materials have some disadvantages such as low fracture resistance. Some properties restrict their use in applications that require substantial mechanical effort, like as bone tissue substitutes. In this work, new bioactive glasses compositions of the Na2O-K2O-CaO-SiO2-P2O5 system were prepared with the objective to obtaining glass-ceramics combining high mechanical strength and good bioactivity. For this, a rigorous microstructural control was carried out using thermal treatments. The aim was to achieve acicular crystals, in addition to the development of glass-ceramics through the sintering route. Thermal treatments and microscopy analysis (Optical Microscopy – OM and Scanning Electron Microscopy - SEM) were used together as a microstructural control tools. The crystalline phases formed were identified by X-ray Diffraction. In addition to the confirmation of minority phases through Raman spectroscopy and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Besides, the hardness was evaluated by the Vickers microhardness technique and the modulus of elasticity using the Impulse Excitation Technique. On the other hand biaxial bending tests were conducted to obtain fracture resistance. In addition, the bioactivity of glasses and glass-ceramics were evaluated by in vitro bioactivity tests using the acellular solution of SBF-K9 (Simulated Body Fluid), followed by FTIR analysis. In which glass-ceramics with acicular morphology with high in vitro bioactivity were obtained. In addition, mechanical strength of ~170 MPa, about three times higher than the original glass, and elastic modulus very close to that of Bioglass 45S5®, reaching a value of approximately 50 GPa. Thus, in this work we obtained a high-performance glass-ceramics with great potential for bone substitution.Vidros e vitrocerâmicas bioativas têm a propriedade de se ligarem diretamente a tecidos vivos, entretanto, do ponto de vista do desempenho mecânico, estes materiais também possuem desvantagens como, por exemplo a baixa resistência à fratura. Tais desvantagens restringem o uso deles em aplicações que demandam substancial esforço mecânico, como por exemplo, substitutos de tecidos ósseos. Neste trabalho foram preparadas novas composições de vidros bioativos do sistema Na2O-K2O-CaO-SiO2-P2O5 com o objetivo de obter vitrocerâmicas que combinem alta resistência mecânica e boa bioatividade. Para isso, foi realizado um rigoroso controle microestrutural por meio de tratamentos térmicos visando obter cristais aciculares, além da obtenção de vitrocerâmicas por meio da rota de sinterização. Tratamentos térmicos e análises de microscopia Óptica e Eletrônica de Varredura foram utilizados em conjunto como ferramentas de controle microestrutural. As fases cristalinas formadas foram identificadas por Difração de Raios X; e a confirmação de fases minoritárias por meio de espectroscopia Raman e FTIR. Adicionalmente, a dureza foi avaliada pela técnica de microdureza Vickers, e o módulo de elasticidade por meio da Técnica de Excitação por Impulso; e ensaios de flexão biaxial foram conduzidos para obter a resistência à fratura. A bioatividade dos vidros e das vitrocerâmicas foi avaliada por testes de bioatividade in vitro, utilizando a solução acelular de SBF-K9 (Simulated Body Fluid), seguida de análise por Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (do inglês FTIR). Na qual foram obtidas vitrocerâmicas com morfologia acicular com alta bioatividade in vitro. Além disso, resistência mecânica de ~170 Mpa, cerca de três vezes maior que o vidro de origem, e módulo elástico muito próximo ao do Bioglass 45S5®, atingindo valor de aproximadamente 50 GPa. Assim, foram obtidas vitrocerâmicas com grande viabilidade e grande potencial para uso como substituto ósseo.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)FAPESP: #2013/ 07793-6 (CEPID)CAPES: 88882.332708/2019-01.porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessVitrocerâmicasSinterizaçãoPropriedades mecânicasBioatividadeSubstituto ósseoGlass-ceramicsSinteringMechanical propertiesBioactivityENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSVitrocerâmica altamente bioativa, de boa resistência mecânica e baixo módulo elásticoHighly bioactive glass-ceramic, with good mechanical resistance, and low elastic modulusinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis6006006cfabc63-f3c2-48d1-ba85-c4d9edda486breponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALLaís Dantas Silva - Tese.pdfLaís Dantas Silva - Tese.pdfTeseapplication/pdf6661687https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/1/La%c3%ads%20Dantas%20Silva%20-%20Tese.pdf087ba046a5e87984f35a0ceb2d7b1a9aMD51BCO carta comprovante autoarquivamento.pdfBCO carta comprovante autoarquivamento.pdfCarta comprovanteapplication/pdf336599https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf0b3ae3fe0fbeaa783d388b56cbb5af08MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTLaís Dantas Silva - Tese.pdf.txtLaís Dantas Silva - Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain243433https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/4/La%c3%ads%20Dantas%20Silva%20-%20Tese.pdf.txt9f28341b573268cb2b599153e46517b3MD54BCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtExtracted texttext/plain1439https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf.txt6aafa0f4576ab584c34a7481fbef4703MD56THUMBNAILLaís Dantas Silva - Tese.pdf.jpgLaís Dantas Silva - Tese.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg5992https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/5/La%c3%ads%20Dantas%20Silva%20-%20Tese.pdf.jpg740259ae9e15da36341bba6e314f7813MD55BCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9122https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf.jpg2f4da83400cb760ffd0a7a21c63d4d38MD57ufscar/148022023-09-18 18:32:14.635oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/14802Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:14Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
dc.title.por.fl_str_mv Vitrocerâmica altamente bioativa, de boa resistência mecânica e baixo módulo elástico
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Highly bioactive glass-ceramic, with good mechanical resistance, and low elastic modulus
title Vitrocerâmica altamente bioativa, de boa resistência mecânica e baixo módulo elástico
spellingShingle Vitrocerâmica altamente bioativa, de boa resistência mecânica e baixo módulo elástico
Silva, Laís Dantas
Vitrocerâmicas
Sinterização
Propriedades mecânicas
Bioatividade
Substituto ósseo
Glass-ceramics
Sintering
Mechanical properties
Bioactivity
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
title_short Vitrocerâmica altamente bioativa, de boa resistência mecânica e baixo módulo elástico
title_full Vitrocerâmica altamente bioativa, de boa resistência mecânica e baixo módulo elástico
title_fullStr Vitrocerâmica altamente bioativa, de boa resistência mecânica e baixo módulo elástico
title_full_unstemmed Vitrocerâmica altamente bioativa, de boa resistência mecânica e baixo módulo elástico
title_sort Vitrocerâmica altamente bioativa, de boa resistência mecânica e baixo módulo elástico
author Silva, Laís Dantas
author_facet Silva, Laís Dantas
author_role author
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7650067199061661
dc.contributor.author.fl_str_mv Silva, Laís Dantas
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Zanotto, Edgar Dutra
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/1055167132036400
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Crovace, Murilo Camuri
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2960564171443068
dc.contributor.authorID.fl_str_mv d7bc183e-0379-4ec0-9b85-a86c1d664b3b
contributor_str_mv Zanotto, Edgar Dutra
Crovace, Murilo Camuri
dc.subject.por.fl_str_mv Vitrocerâmicas
Sinterização
Propriedades mecânicas
Bioatividade
Substituto ósseo
topic Vitrocerâmicas
Sinterização
Propriedades mecânicas
Bioatividade
Substituto ósseo
Glass-ceramics
Sintering
Mechanical properties
Bioactivity
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
dc.subject.eng.fl_str_mv Glass-ceramics
Sintering
Mechanical properties
Bioactivity
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
description Bioactive glass and glass-ceramics have the property of binding directly to living tissue. However, from mechanical performance, these materials have some disadvantages such as low fracture resistance. Some properties restrict their use in applications that require substantial mechanical effort, like as bone tissue substitutes. In this work, new bioactive glasses compositions of the Na2O-K2O-CaO-SiO2-P2O5 system were prepared with the objective to obtaining glass-ceramics combining high mechanical strength and good bioactivity. For this, a rigorous microstructural control was carried out using thermal treatments. The aim was to achieve acicular crystals, in addition to the development of glass-ceramics through the sintering route. Thermal treatments and microscopy analysis (Optical Microscopy – OM and Scanning Electron Microscopy - SEM) were used together as a microstructural control tools. The crystalline phases formed were identified by X-ray Diffraction. In addition to the confirmation of minority phases through Raman spectroscopy and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Besides, the hardness was evaluated by the Vickers microhardness technique and the modulus of elasticity using the Impulse Excitation Technique. On the other hand biaxial bending tests were conducted to obtain fracture resistance. In addition, the bioactivity of glasses and glass-ceramics were evaluated by in vitro bioactivity tests using the acellular solution of SBF-K9 (Simulated Body Fluid), followed by FTIR analysis. In which glass-ceramics with acicular morphology with high in vitro bioactivity were obtained. In addition, mechanical strength of ~170 MPa, about three times higher than the original glass, and elastic modulus very close to that of Bioglass 45S5®, reaching a value of approximately 50 GPa. Thus, in this work we obtained a high-performance glass-ceramics with great potential for bone substitution.
publishDate 2019
dc.date.issued.fl_str_mv 2019-09-03
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2021-08-25T10:46:53Z
dc.date.available.fl_str_mv 2021-08-25T10:46:53Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv SILVA, Laís Dantas. Vitrocerâmica altamente bioativa, de boa resistência mecânica e baixo módulo elástico. 2019. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14802.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14802
identifier_str_mv SILVA, Laís Dantas. Vitrocerâmica altamente bioativa, de boa resistência mecânica e baixo módulo elástico. 2019. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14802.
url https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14802
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.confidence.fl_str_mv 600
600
dc.relation.authority.fl_str_mv 6cfabc63-f3c2-48d1-ba85-c4d9edda486b
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFSCar
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSCAR
instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
instname_str Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron_str UFSCAR
institution UFSCAR
reponame_str Repositório Institucional da UFSCAR
collection Repositório Institucional da UFSCAR
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/1/La%c3%ads%20Dantas%20Silva%20-%20Tese.pdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/3/license_rdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/4/La%c3%ads%20Dantas%20Silva%20-%20Tese.pdf.txt
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf.txt
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/5/La%c3%ads%20Dantas%20Silva%20-%20Tese.pdf.jpg
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14802/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv 087ba046a5e87984f35a0ceb2d7b1a9a
0b3ae3fe0fbeaa783d388b56cbb5af08
e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34
9f28341b573268cb2b599153e46517b3
6aafa0f4576ab584c34a7481fbef4703
740259ae9e15da36341bba6e314f7813
2f4da83400cb760ffd0a7a21c63d4d38
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1802136395282644992