Hidroxiapatitas dopadas com Zn(II) e decoradas com óxido de zinco como agentes antimicrobianos, adsorventes para tetraciclina e pigmentos híbridos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lima, Cleibson Oliveira de
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/21198
Resumo: Hydroxyapatite (HAp) is an inorganic material, the structure of which allows different types of modifications, such as doping and surface functionalization. This can promote changes in the physical and chemical properties of HAp, leading to an improvement of its applications. In this context, doping HAp with Zn²+ cations and/or decorating the HAp surface with zinc oxide (ZnO) nanoparticles were carried out in order to obtain new materials with different characteristics. For the synthesis, a combined template (casein and sucrose) and co-precipitation/microwave-assisted hydrothermal was used. The chemical reactions were performed from the hydrolysis of precursor salts of calcium nitrate, ammonium phosphate and zinc acetate/nitrate at 30 oC for 1 h under microwave heating at 80 oC for 20 min with and without templates, followed or not by calcination at 500 oC in oxidizing atmosphere. Rietveld structural refinements in combination with spectroscopic techniques (infrared spectroscopy, Raman and X-ray spectroscopy) suggested the formation of Zn-HAp/ZnO-y type materials (y = 0, 1, 2 and 3 considering the formation of 0, 5, 10 and 20 % ZnO, respectively) and Znx-HAp (x = 0; 0.5; 1.0 and 2.0 mol% of Zn²+). All the all materials presented a typical hydroxyapatite hexagonal P63/m structure. Mesoporous Zn-HAp/ZnO-y and Znx-HAp materials with specific surface area (SBET) of 52-69 m²g¹ and 138-182 m²g-¹ were synthesized using sacarose and caseine, respectively. Regarding the antibacterial activity of mesoporous materials doped with Zn2+, they showed greater efficiency when compared to the pure mesoporous sample. The maximum growth inhibition capacity of E. coli and S. aureus of 77 and 50%, respectively, was obtained using the sample Zn2%-mHAp. Decorating ZnO onto HAps played an important role in adjusting of the adsorptive capacity of the materials. Zn-HAp/ZnO-3 had the highest adsorption of 168.46 mg L-1 of tetracycline in 20 min. Finally, stable hybrid pigments were obtained from mesoporous Zn-HAp/ZnO-y materials synthesized using sucrose template and alizarin at pHs 4 and 8.5. The pigment of HAp/ZnO-2/AZ/pH8.5 showed the highest color stability after 264 h of UV light exposure. All these results demonstrate the potential of modifying hydroxyapatites in order to obtain new materials with specific properties for the use as adsorbents, hybrid pigments and antimicrobial materials.
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The chemical reactions were performed from the hydrolysis of precursor salts of calcium nitrate, ammonium phosphate and zinc acetate/nitrate at 30 oC for 1 h under microwave heating at 80 oC for 20 min with and without templates, followed or not by calcination at 500 oC in oxidizing atmosphere. Rietveld structural refinements in combination with spectroscopic techniques (infrared spectroscopy, Raman and X-ray spectroscopy) suggested the formation of Zn-HAp/ZnO-y type materials (y = 0, 1, 2 and 3 considering the formation of 0, 5, 10 and 20 % ZnO, respectively) and Znx-HAp (x = 0; 0.5; 1.0 and 2.0 mol% of Zn²+). All the all materials presented a typical hydroxyapatite hexagonal P63/m structure. Mesoporous Zn-HAp/ZnO-y and Znx-HAp materials with specific surface area (SBET) of 52-69 m²g¹ and 138-182 m²g-¹ were synthesized using sacarose and caseine, respectively. Regarding the antibacterial activity of mesoporous materials doped with Zn2+, they showed greater efficiency when compared to the pure mesoporous sample. The maximum growth inhibition capacity of E. coli and S. aureus of 77 and 50%, respectively, was obtained using the sample Zn2%-mHAp. Decorating ZnO onto HAps played an important role in adjusting of the adsorptive capacity of the materials. Zn-HAp/ZnO-3 had the highest adsorption of 168.46 mg L-1 of tetracycline in 20 min. Finally, stable hybrid pigments were obtained from mesoporous Zn-HAp/ZnO-y materials synthesized using sucrose template and alizarin at pHs 4 and 8.5. The pigment of HAp/ZnO-2/AZ/pH8.5 showed the highest color stability after 264 h of UV light exposure. All these results demonstrate the potential of modifying hydroxyapatites in order to obtain new materials with specific properties for the use as adsorbents, hybrid pigments and antimicrobial materials.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA hidroxiapatita (HAp) é um material inorgânico cuja estrutura permite diferentes tipos de modificações, como dopagens e funcionalização de superfície, a fim de promover alterações em suas propriedades físicas e químicas, podendo melhorar suas aplicações. Dessa maneira, estratégias como dopagem com Zn2+e modificação na superfície da HAp com óxido de zinco (ZnO) foram realizadas pelo método de precipitação/hidrotermal assistido por micro-ondas com ou sem auxílio dos direcionadores (caseína e sacarose) com o intuito de obter novos materiais com diferentes funcionalidades. As reações foram realizadas a partir da hidrólise dos sais precursores de nitrato de cálcio, fosfato de amônio e acetato/nitrato de zinco à 30 oC por 1 h e aquecimento em micro-ondas à 80 oC por 20 min com e sem direcionadores, seguido ou não de calcinação à 500 oC em atmosfera oxidante. Resultados de refinamentos estruturais de Rietveld em combinação com técnicas espectroscópicas (espectroscopia na região do infravermelho, Raman e espectroscopia de raios X) sugeriram a formação de materiais do tipo Zn-HAp/ZnO-y (y = 0; 1; 2 e 3, considerando a formação de 0; 5; 10 e 20% de ZnO) e Znx-HAp (x = 0; 0,5; 1,0 e 2,0% em mol de Zn2+), sendo que todos os materiais apresentam uma estrutura hexagonal P63/m, típica da hidroxiapatita. Os materiais mesoporosos Zn-HAp/ZnO-y com área superficial específica (SBET) de 52-69 m²g-¹ e Znx-HAp (SBET = 138-182 m²g-¹) foram obtidos com auxílio da sacarose e caseína. Em relação à atividade antibacterianados materiais mesoporosos dopados com Zn2+ apresentaram maior eficiência quando comparado a amostra mesoporosa pura. A capacidade máxima de inibição de crescimento da E. coli e S. aureus de 77 e 50%, respectivamente, foi obtida utilizando a amostra Zn2%- mHAp. A presença de nanopartículas de ZnO decorando a superfície da HAp desempenhou um papel fundamental no ajuste das propriedades adsortivas dos materiais, promovendo uma máxima adsorção de 168,46 mg L-1 de tetraciclina em 20 min. utilizando a amostra de Zn-HAp/ZnO-3. Os materiais mesoporosos Zn-HAp/ZnO-y sintetizados na presença de sacarose originaram pigmentos híbridos estáveis após interação com alizarina em pHs 4 e 8,5. O pigmento HAp/ZnO-2/AZ/pH8.5 apresentou uma estabilidade de cor mais alta mesmo após 264 h de exposição à luz ultravioleta. Todos esses resultados demonstram o potencial das modificações na HAps para a obtenção de novos materiais com propriedades específicas para o uso como adsorventes, pigmentos híbridos e materiais antimicrobianos.Universidade Federal da ParaíbaBrasilQuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFPBFonseca, Maria Gardênnia dahttp://lattes.cnpq.br/2093374695102177Oliveira, André Luiz Menezes dehttp://lattes.cnpq.br/9080934823929646Lima, Cleibson Oliveira de2021-10-13T13:40:49Z2021-04-082021-10-13T13:40:49Z2021-02-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/21198porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2022-08-09T17:34:32Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/21198Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2022-08-09T17:34:32Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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description Hydroxyapatite (HAp) is an inorganic material, the structure of which allows different types of modifications, such as doping and surface functionalization. This can promote changes in the physical and chemical properties of HAp, leading to an improvement of its applications. In this context, doping HAp with Zn²+ cations and/or decorating the HAp surface with zinc oxide (ZnO) nanoparticles were carried out in order to obtain new materials with different characteristics. For the synthesis, a combined template (casein and sucrose) and co-precipitation/microwave-assisted hydrothermal was used. The chemical reactions were performed from the hydrolysis of precursor salts of calcium nitrate, ammonium phosphate and zinc acetate/nitrate at 30 oC for 1 h under microwave heating at 80 oC for 20 min with and without templates, followed or not by calcination at 500 oC in oxidizing atmosphere. Rietveld structural refinements in combination with spectroscopic techniques (infrared spectroscopy, Raman and X-ray spectroscopy) suggested the formation of Zn-HAp/ZnO-y type materials (y = 0, 1, 2 and 3 considering the formation of 0, 5, 10 and 20 % ZnO, respectively) and Znx-HAp (x = 0; 0.5; 1.0 and 2.0 mol% of Zn²+). All the all materials presented a typical hydroxyapatite hexagonal P63/m structure. Mesoporous Zn-HAp/ZnO-y and Znx-HAp materials with specific surface area (SBET) of 52-69 m²g¹ and 138-182 m²g-¹ were synthesized using sacarose and caseine, respectively. Regarding the antibacterial activity of mesoporous materials doped with Zn2+, they showed greater efficiency when compared to the pure mesoporous sample. The maximum growth inhibition capacity of E. coli and S. aureus of 77 and 50%, respectively, was obtained using the sample Zn2%-mHAp. Decorating ZnO onto HAps played an important role in adjusting of the adsorptive capacity of the materials. Zn-HAp/ZnO-3 had the highest adsorption of 168.46 mg L-1 of tetracycline in 20 min. Finally, stable hybrid pigments were obtained from mesoporous Zn-HAp/ZnO-y materials synthesized using sucrose template and alizarin at pHs 4 and 8.5. The pigment of HAp/ZnO-2/AZ/pH8.5 showed the highest color stability after 264 h of UV light exposure. All these results demonstrate the potential of modifying hydroxyapatites in order to obtain new materials with specific properties for the use as adsorbents, hybrid pigments and antimicrobial materials.
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