Cerâmicas de nitreto de silício contendo óxidos de silício, estrôncio e alumínio para substituições ósseas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nascimento, Sérgio Ferreira do
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-25102019-150942/
Resumo: O nitreto de silício (Si3N4) é uma cerâmica estrutural que possui excelentes propriedades como: resistência à flexão, à fratura, à fluência e ao desgaste. Estas propriedades são devidas ao processamento dos pós cerâmicos e aos aditivos utilizados para a sinterização em fase líquida. As propriedades mecânicas das cerâmicas de nitreto de silício (Si3N4) combinadas com sua capacidade de osteointegração aumentam seu potencial de aplicação como implantes estruturais, tendo em vista sua importância no processo de formação óssea. Neste trabalho, foram investigadas a densificação, a microestrutura, as propriedades mecânicas e comportamento biológico in vitro do nitreto de silício com adições de óxidos de silício, estrôncio e alumínio. As diferentes composições foram preparadas pelo método de sinterização convencional a 1815 °C por 1 hora sob atmosfera de N2. As análises de MEV mostraram que as microestruturas finais das amostras são formadas por grãos de β-Si3N4 dispersos na fase amorfa secundária formada pelos aditivos utilizados para viabilização da sinterização por fase líquida. Os resultados mostraram que as amostras atingiram 97% da densidade teórica e transformação total de α→β-Si3N4, comprovando a eficiência dos aditivos de sinterização. Os resultados de dureza e tenacidade à fratura foram de aproximadamente 10 GPa e 7 MPa.m1/2, respectivamente. As amostras mostraram-se não-citotóxicas e induziram a formação de depósitos de apatita em suas superfícies após 8 dias de imersão em SBF. Os resultados de absorbância em meio de cultura celular comprovaram a capacidade de proliferação de células MG63 das cerâmicas de nitreto de silício. A análise de variância (ANOVA) mostrou que houve diferença na proliferação celular dentro e entre os grupos de amostras, nos períodos de cultura celular, e o teste de Tukey comprovou a diferença na proliferação celular entre os pares e os grupos de amostras. Os resultados comprovaram que a composição mais promissora foi aquela com maior teor de estrôncio, em virtude da maior densificação atingida combinada com os ótimos resultados de propriedades mecânicas, maior capacidade de formação de apatita em testes de reatividade e proliferação celular.
id USP_82a20458179e8f14a2a99fa1012d31b9
oai_identifier_str oai:teses.usp.br:tde-25102019-150942
network_acronym_str USP
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository_id_str 2721
spelling Cerâmicas de nitreto de silício contendo óxidos de silício, estrôncio e alumínio para substituições ósseasSilicon nitride ceramics with silicon, strontium and aluminum oxides for bone replacementsbiocerâmicasbiococeramicsmechanical propertiesmicroestruturamicrostructurenitreto de silíciopropriedades mecânicassilicon nitridesinteringsinterizaçãoO nitreto de silício (Si3N4) é uma cerâmica estrutural que possui excelentes propriedades como: resistência à flexão, à fratura, à fluência e ao desgaste. Estas propriedades são devidas ao processamento dos pós cerâmicos e aos aditivos utilizados para a sinterização em fase líquida. As propriedades mecânicas das cerâmicas de nitreto de silício (Si3N4) combinadas com sua capacidade de osteointegração aumentam seu potencial de aplicação como implantes estruturais, tendo em vista sua importância no processo de formação óssea. Neste trabalho, foram investigadas a densificação, a microestrutura, as propriedades mecânicas e comportamento biológico in vitro do nitreto de silício com adições de óxidos de silício, estrôncio e alumínio. As diferentes composições foram preparadas pelo método de sinterização convencional a 1815 °C por 1 hora sob atmosfera de N2. As análises de MEV mostraram que as microestruturas finais das amostras são formadas por grãos de β-Si3N4 dispersos na fase amorfa secundária formada pelos aditivos utilizados para viabilização da sinterização por fase líquida. Os resultados mostraram que as amostras atingiram 97% da densidade teórica e transformação total de α→β-Si3N4, comprovando a eficiência dos aditivos de sinterização. Os resultados de dureza e tenacidade à fratura foram de aproximadamente 10 GPa e 7 MPa.m1/2, respectivamente. As amostras mostraram-se não-citotóxicas e induziram a formação de depósitos de apatita em suas superfícies após 8 dias de imersão em SBF. Os resultados de absorbância em meio de cultura celular comprovaram a capacidade de proliferação de células MG63 das cerâmicas de nitreto de silício. A análise de variância (ANOVA) mostrou que houve diferença na proliferação celular dentro e entre os grupos de amostras, nos períodos de cultura celular, e o teste de Tukey comprovou a diferença na proliferação celular entre os pares e os grupos de amostras. Os resultados comprovaram que a composição mais promissora foi aquela com maior teor de estrôncio, em virtude da maior densificação atingida combinada com os ótimos resultados de propriedades mecânicas, maior capacidade de formação de apatita em testes de reatividade e proliferação celular.Silicon nitride (Si3N4) is a structural ceramic with excellent mechanical properties such as high flexural and fracture resistances, high fluence and high wear resistance. These properties are owing to the processing techniques and the additives used to promote the liquid sintering. The mechanical properties of silicon nitride ceramics combined to the osseointegration ability increase their potential to applications as structural implants. In this study, the densification, microstructure, mechanical properties and in vitro biological behavior of silicon nitride with additions of silicon, strontium and aluminum oxides were investigated. Different compositions were prepared by means of the conventional sintering at 1815 °C for 1 hour under N2 atmosphere. SEM analyses showed that the final microstructures of the samples were formed by β-Si3N4 grains dispersed in a secondary amorphous phase formed by the sintering aids. The results showed that the samples reached relative densities of 97% and total α→β-Si3N4 transformation, proving the efficiency of the sintering aids.The values of hardness and fracture toughness were about 10 GPa e 7 MPa.m1/2, respectively. All samples were non-cytotoxic and induced the formation of apatite in their surfaces after 8 days of immersion in SBF. The results proved the materials ability to proliferate MG63 cells whose differences were detected using Analysis of Variance (ANOVA) and Tukey\'s test. The results suggest the more promising sample was that with high amount of strontium due to their great mechanical properties, higher ability to promote apatite formation in reactivity and cell proliferation tests.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPSilva, Cecilia Chaves Guedes eNascimento, Sérgio Ferreira do2019-09-13info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-25102019-150942/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2019-11-08T23:49:04Zoai:teses.usp.br:tde-25102019-150942Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212019-11-08T23:49:04Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
dc.title.none.fl_str_mv Cerâmicas de nitreto de silício contendo óxidos de silício, estrôncio e alumínio para substituições ósseas
Silicon nitride ceramics with silicon, strontium and aluminum oxides for bone replacements
title Cerâmicas de nitreto de silício contendo óxidos de silício, estrôncio e alumínio para substituições ósseas
spellingShingle Cerâmicas de nitreto de silício contendo óxidos de silício, estrôncio e alumínio para substituições ósseas
Nascimento, Sérgio Ferreira do
biocerâmicas
biococeramics
mechanical properties
microestrutura
microstructure
nitreto de silício
propriedades mecânicas
silicon nitride
sintering
sinterização
title_short Cerâmicas de nitreto de silício contendo óxidos de silício, estrôncio e alumínio para substituições ósseas
title_full Cerâmicas de nitreto de silício contendo óxidos de silício, estrôncio e alumínio para substituições ósseas
title_fullStr Cerâmicas de nitreto de silício contendo óxidos de silício, estrôncio e alumínio para substituições ósseas
title_full_unstemmed Cerâmicas de nitreto de silício contendo óxidos de silício, estrôncio e alumínio para substituições ósseas
title_sort Cerâmicas de nitreto de silício contendo óxidos de silício, estrôncio e alumínio para substituições ósseas
author Nascimento, Sérgio Ferreira do
author_facet Nascimento, Sérgio Ferreira do
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Silva, Cecilia Chaves Guedes e
dc.contributor.author.fl_str_mv Nascimento, Sérgio Ferreira do
dc.subject.por.fl_str_mv biocerâmicas
biococeramics
mechanical properties
microestrutura
microstructure
nitreto de silício
propriedades mecânicas
silicon nitride
sintering
sinterização
topic biocerâmicas
biococeramics
mechanical properties
microestrutura
microstructure
nitreto de silício
propriedades mecânicas
silicon nitride
sintering
sinterização
description O nitreto de silício (Si3N4) é uma cerâmica estrutural que possui excelentes propriedades como: resistência à flexão, à fratura, à fluência e ao desgaste. Estas propriedades são devidas ao processamento dos pós cerâmicos e aos aditivos utilizados para a sinterização em fase líquida. As propriedades mecânicas das cerâmicas de nitreto de silício (Si3N4) combinadas com sua capacidade de osteointegração aumentam seu potencial de aplicação como implantes estruturais, tendo em vista sua importância no processo de formação óssea. Neste trabalho, foram investigadas a densificação, a microestrutura, as propriedades mecânicas e comportamento biológico in vitro do nitreto de silício com adições de óxidos de silício, estrôncio e alumínio. As diferentes composições foram preparadas pelo método de sinterização convencional a 1815 °C por 1 hora sob atmosfera de N2. As análises de MEV mostraram que as microestruturas finais das amostras são formadas por grãos de β-Si3N4 dispersos na fase amorfa secundária formada pelos aditivos utilizados para viabilização da sinterização por fase líquida. Os resultados mostraram que as amostras atingiram 97% da densidade teórica e transformação total de α→β-Si3N4, comprovando a eficiência dos aditivos de sinterização. Os resultados de dureza e tenacidade à fratura foram de aproximadamente 10 GPa e 7 MPa.m1/2, respectivamente. As amostras mostraram-se não-citotóxicas e induziram a formação de depósitos de apatita em suas superfícies após 8 dias de imersão em SBF. Os resultados de absorbância em meio de cultura celular comprovaram a capacidade de proliferação de células MG63 das cerâmicas de nitreto de silício. A análise de variância (ANOVA) mostrou que houve diferença na proliferação celular dentro e entre os grupos de amostras, nos períodos de cultura celular, e o teste de Tukey comprovou a diferença na proliferação celular entre os pares e os grupos de amostras. Os resultados comprovaram que a composição mais promissora foi aquela com maior teor de estrôncio, em virtude da maior densificação atingida combinada com os ótimos resultados de propriedades mecânicas, maior capacidade de formação de apatita em testes de reatividade e proliferação celular.
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019-09-13
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-25102019-150942/
url http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-25102019-150942/
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.none.fl_str_mv
dc.rights.driver.fl_str_mv Liberar o conteúdo para acesso público.
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Liberar o conteúdo para acesso público.
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.coverage.none.fl_str_mv
dc.publisher.none.fl_str_mv Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
publisher.none.fl_str_mv Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
dc.source.none.fl_str_mv
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
instname:Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
instname_str Universidade de São Paulo (USP)
instacron_str USP
institution USP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)
repository.mail.fl_str_mv virginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.br
_version_ 1815257343887147008