Wood as a model material for medical biomaterials. In vivo and in vitro studies with bone and Betula pubescens Ehrh

Novel biomaterials are needed to fill the demand of tailored bone substitutes required by an ever‐expanding array of surgical procedures and techniques. Wood, a natural fiber composite, modified with heat treatment to alter its composition, may provide a novel approach to the further development of hierarchically structured biomaterials. The suitability of wood as a model biomaterial as well as the effects of heat treatment on the osteoconductivity of wood was studied by placing untreated and heat‐treated (at 220 C , 200 degrees and 140 degrees for 2 h) birch implants (size 4 x 7mm) into drill cavities in the distal femur of rabbits. The follow‐up period was 4, 8 and 20 weeks in all in vivo experiments. The flexural properties of wood as well as dimensional changes and hydroxyl apatite formation on the surface of wood (untreated, 140 degrees C and 200 degrees C heat‐treated wood) were tested using 3‐point bending and compression tests and immersion in simulated body fluid. The effect of premeasurement grinding and the effect of heat treatment on the surface roughness and contour of wood were tested with contact stylus and non‐contact profilometry. The effects of heat treatment of wood on its interactions with biological fluids was assessed using two different test media and real human blood in liquid penetration tests. The results of the in vivo experiments showed implanted wood to be well tolerated, with no implants rejected due to foreign body reactions. Heat treatment had significant effects on the biocompatibility of wood, allowing host bone to grow into tight contact with the implant, with occasional bone ingrowth into the channels of the wood implant. The results of the liquid immersion experiments showed hydroxyl apatite formation only in the most extensively heat‐treated wood specimens, which supported the results of the in vivo experiments. Parallel conclusions could be drawn based on the results of the liquid penetration test where human blood had the most favorable interaction with the most extensively heat‐treated wood of the compared materials (untreated, 140 degrees C and 200 degrees C heat‐treated wood). The increasing biocompatibility was inferred to result mainly from changes in the chemical composition of wood induced by the heat treatment, namely the altered arrangement and concentrations of functional chemical groups. However, the influence of microscopic changes in the cell walls, surface roughness and contour cannot be totally excluded. The heat treatment was hypothesized to produce a functional change in the liquid distribution within wood, which could have biological relevance. It was concluded that the highly evolved hierarchical anatomy of wood could yield information for the future development of bulk bone substitutes according to the ideology of bioinspiration. Furthermore, the results of the biomechanical tests established that heat treatment alters various biologically relevant mechanical properties of wood, thus expanding the possibilities of wood as a model material, which could include e.g. scaffold applications, bulk bone applications and serving as a tool for both mechanical testing and for further development of synthetic fiber reinforced composites.

Spectrometrical Monitoring of Laser Sintering Process of Ceramic Material

This thesis is done as a part of project called FuncMama that is a project between Technical Research Centre of Finland (VTT), Oulu University (OY), Lappeenranta University of Technology (LUT) and Finnish industrial partners. Main goal of the project is to manufacture electric and mechanical components from mixed materials using laser sintering. Aim of this study was to create laser sintered pieces from ceramic material and monitor the sintering event by using spectrometer. Spectrometer is a device which is capable to record intensity of different wavelengths in relation with time. In this study the monitoring of laser sintering was captured with the equipment which consists of Ocean Optics spectrometer, optical fiber and optical lens (detector head). Light from the sintering process hit first to the lens system which guides the light in to the optical fibre. Optical fibre transmits the light from the sintering process to the spectrometer where wavelengths intensity level information is detected. The optical lens of the spectrometer was rigidly set and did not move along with the laser beam. Data which was collected with spectrometer from the laser sintering process was converted with Excel spreadsheet program for result’s evaluation. Laser equipment used was IPG Photonics pulse fibre laser. Laser parameters were kept mainly constant during experimental part and only sintering speed was changed. That way it was possible to find differences in the monitoring results without fear of too many parameters mixing together and affecting to the conclusions. Parts which were sintered had one layer and size of 5 x 5 mm. Material was CT2000 – tape manufactured by Heraeus which was later on post processed to powder. Monitoring of different sintering speeds was tested by using CT2000 reference powder. Moreover tests how different materials effect to the process monitoring were done by adding foreign powder Du Pont 951 which had suffered in re-grinding and which was more reactive than CT2000. By adding foreign material it simulates situation where two materials are accidently mixed together and it was studied if that can be seen with the spectrometer. It was concluded in this study that with the spectrometer it is possible to detect changes between different laser sintering speeds. When the sintering speed is lowered the intensity level of light is higher from the process. This is a result of higher temperature at the sintering spot and that can be noticed with the spectrometer. That indicates it could be possible to use spectrometer as a tool for process observation and support the idea of having system that can help setting up the process parameter window. Also important conclusion was how well the adding of foreign material could be seen with the spectrometer. When second material was added a significant intensity level raise could be noticed in that part where foreign material was mixed. That indicates it is possible to see if there are any variations in the material or if there are more materials mixed together. Spectrometric monitoring of laser sintering could be useful tool for process window observation and temperature controlling of the sintering process. For example if the process window for specific material is experimentally determined to get wanted properties and satisfying sintering speed. It is possible if the data is constantly recorded that the results can show faults in the part texture between layers. Changes between the monitoring data and the experimentally determined values can then indicate changes in the material being generated by material faults or by wrong process parameters. The results of this study show that spectrometer could be one possible tool for monitoring. But to get in that point where this all can be made possible much more researching is needed.

Avaliação do potencial do grits como material de construção na produção de tijolos de solo-cimento

O "grits" é um resíduo sólido de características arenosas e coloração acinzentada, gerado pela indústria de polpa kraft durante a etapa de recuperação do licor branco empregado no cozimento dos cavacos de madeira. O objetivo deste trabalho foi estudar o potencial do grits como material de construção, considerando-se a sua empregabilidade na fabricação de tijolos de solo-cimento. Para a determinação da quantidade ideal de resíduo a ser utilizada, foram estudados os traços em volume 1:14:0; 1:10,5:3,5; 1:7:7; 1:3,5:10,5; e 1:0:14 de cimento, solo e grits, respectivamente. Os materiais foram caracterizados por meio de ensaios de análise granulométrica, limite de liquidez e limite de plasticidade, e os resultados foram de acordo com as prescrições normativas. O ensaio prático da caixa também foi usado para verificar os materiais, e os resultados atenderam às recomendações. Uma vez realizado o ensaio de compactação para obter o teor de umidade ótima, os tijolos foram produzidos com 90% desse valor, pois a resistência à compressão é favorecida com o material do ramo seco. No entanto, durante a moldagem não foi possível produzir tijolos com os traços 1:3,5:10,5 e 1:0:14, pois, nesses casos, as misturas de solo-cimento-grits não apresentaram plasticidade suficiente. Os tijolos produzidos com os demais traços foram, então, submetidos a ensaios de resistência à compressão e de absorção. Em relação à resistência à compressão, aos 28 dias todos os traços apresentaram valores médios superiores ao estabelecido pela normalização, que é de 2,0 MPa. Os tijolos fabricados com maior quantidade de grits apresentaram melhor desempenho no que se refere à resistência mecânica. Assim, este estudo não apenas apresenta o benefício ambiental de destinar corretamente o resíduo, como também contribui com novos materiais para a construção civil.

Propagação vegetativa de progênies de meios-irmãos de angico-vermelho (Anadenanthera macrocarpa (Benth) Brenan) por miniestaquia

Objetivou-se com o presente estudo avaliar a eficiência da técnica de miniestaquia na propagação vegetativa de progênies de meios-irmãos de angico-vermelho (Anadenanthera macrocarpa (Benth) Brenan) quanto à produção de brotações e sobrevivência das minicepas, enraizamento das miniestacas apicais e intermediárias tratadas com diferentes doses do AIB (0; 2.000; 4.000 e 6.000 mg L-1), assim como determinar a velocidade de enraizamento em casa de vegetação. As minicepas foram obtidas a partir de mudas produzidas via sementes de seis progênies de meios-irmãos de angico-vermelho. Com base nos resultados obtidos, as minicepas apresentaram produtividade de 1,2 a 3,7 miniestacas/minicepa/coleta e sobrevivência de 84% a 98% ao longo das seis coletas realizadas. As miniestacas apicais foram superiores em relação às intermediárias, com maior predisposição ao enraizamento, no entanto o AIB não teve efeito significativo sobre o enraizamento das progênies estudadas. Quanto à velocidade de enraizamento, os resultados indicaram variação entre as progênies.

Avaliação da eficiência de um gel hidroretentor como retardante de fogo

Diversas medidas de proteção contra incêndios têm sido adotadas para minimizar os efeitos negativos do fogo. Produtos vêm sendo testados e aplicados na conservação da umidade de materiais combustíveis para evitar ou retardar a propagação do fogo. Este estudo buscou avaliar a capacidade de um polímero hidrorretentor de manter a umidade do material combustível morto, em diferentes dosagens de aplicação, com vistas à sua utilização como retardante de fogo. Foram feitas 40 parcelas de 1 m x 1 m com 1,2 kg de capim-gordura (Melinis minutiflora P. Beauv.) cada, distribuídas uniformemente. Foi utilizada uma calda de concentração de 0,1 g/l do produto nas dosagens de 0; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; e 4,0 l/m². O estudo foi realizado em parcelas subdivididas com cinco repetições cada e 16 subparcelas. A capacidade de retenção de água foi medida a partir da diferença do peso de matéria úmida e peso de matéria seca do material após ser seco em estufa. Os valores de médias foram estatisticamente diferentes no teste de Tukey a 5% de probabilidade, mas não apresentaram nenhuma correspondência com a sequência de valores dos tratamentos. O Tratamento 6 foi o que obteve a maior média de umidade (35,50%), enquanto o Controle apresentou o menor valor (27,80%). O uso do gel hidrorretentor não conferiu aumento significativo de umidade ao material combustível ao passar dos dias, nas dosagens testadas e nas condições ambientais do estudo, determinando que esse produto não tem uso recomendado na prevenção de incêndios.

Propagação vegetativa do pau-jacaré (piptadenia gonoacantha (MART.) MACBR.) por estaquia

O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia para a propagação vegetativa do pau-jacaré (Piptadenia gonoacantha) por meio da técnica de estaquia, avaliando-se a sobrevivência e capacidade produtiva das cepas em coletas sucessivas de estacas em jardim clonal e a sobrevivência, enraizamento, altura, vigor e biomassa radicular e foliar das estacas, em função da aplicação de diferentes dosagens (0, 2.000 e 6.000 mg L-1) do regulador de crescimento ácido indolbutírico (AIB), do tipo de substrato (vermiculita e composto orgânico Mecplant®) e da posição das estacas (apical, intermediária e basal). Os melhores resultados foram evidenciados com as estacas apicais, utilizando o composto orgânico como substrato; no entanto, nas intermediárias e basais, a aplicação de AIB, na concentração de 6.000 mg L-1, foi a que mostrou valores médios mais elevados nas características avaliadas, em casa de vegetação, casa de sombra e pleno sol. A sobrevivência das cepas foi de 100%, tendo a produção de brotações com tendência crescente nas sucessivas coletas. Conclui-se que a propagação vegetativa do pau-jacaré, pela técnica de estaquia com propágulos oriundos de mudas produzidas por sementes, foi tecnicamente viável, principalmente quando se utilizaram estacas apicais ou intermediárias e basais, aplicando 6.000 mg L-1 de AIB e composto orgânico como substrato.

Estimativa do comportamento do fogo em queimas experimentais sob povoamentos de Pinus elliottii

Foram realizadas 23 queimas experimentais em um talhão de Pinus elliottii da Estação Experimental de Rio Negro-PR, município de Rio Negro, pertencente à Universidade Federal do Paraná, durante o inverno de 2008. O objetivo desta pesquisa foi desenvolver modelos de previsão do comportamento do fogo para o planejamento de prevenção e combate aos incêndios florestais. Nos locais preparados paras as queimas foram efetuadas observações e medições sobre o material combustível e variáveis meteorológicas e, durante as queimas, sobre o comportamento do fogo: velocidade de propagação, intensidade do fogo e dimensões da chama. Correlacionando-se os dois grupos de variáveis (do ambiente versus variáveis do comportamento do fogo), obtiveram-se associações significativas entre estas variáveis. Os modelos de regressão desenvolvidos através dos dados coletados produziram estimativas estatisticamente confiáveis do comportamento do fogo em termos de consumo de material combustível, temperatura do ar, umidade relativa e velocidade do vento. Também se verificou que a altura da chama é uma variável fortemente associada à intensidade do fogo, podendo ser empregada para estimativa desta nas condições em que o experimento foi realizado.

Efeito de 6-benzilaminopurina sobre a propagação in vitro de Mimosa caesalpiniifolia Benth. (Fabaceae)

A Mimosa caesalpiniifolia, popularmente conhecida como sabiá, é uma espécie nativa da Caatinga que, em razão de suas inúmeras potencialidades, tem enfrentado um processo de exaustiva exploração, tornando iminente a necessidade de se utilizar alternativas sustentáveis que permitam a sua reposição em ambiente natural e a conservação de seu genótipo. A micropropagação tem sido considerada técnica promissora nesse sentido, pois viabiliza a produção de mudas em larga escala e com elevada sanidade. Citocininas como a 6-benzilaminopurina (BAP) são importantes nesse processo, pois influenciam consideravelmente o crescimento e a morfogênese in vitro e permitem a formação de bancos de germoplasma in vitro. O objetivo deste trabalho foi verificar a influência de concentrações de BAP sobre a indução de brotações in vitro em M. caesalpiniifolia. Segmentos cotiledonares obtidos de plântulas germinadas in vitro foram inoculados em meio de cultura WPM suplementados com seis concentrações de BAP: 0,0; 4,44; 8,88; 17,76; 26,64; e 35,52 µmol/L. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado com seis tratamentos, três repetições e cada repetição composta por 10 unidades experimentais. Aos 30 dias, foram avaliados o número de explantes responsivos, o número de brotos por explante e a presença de calos, oxidação e contaminação. Os dados foram avaliados estatisticamente através da Análise de Correspondência e mediante o ajuste de Equações de Regressão. Verificou-se que a concentração de 17,76 µmol/L apresentou-se mais responsiva em relação à taxa de multiplicação e ao número de brotações, sendo, portanto, a concentração mais indicada para a propagação in vitro de M. caesalpiniifolia.

Influência da arquitetura foliar de miniestacas na propagação clonal de Eucalyptus

Apesar do progresso da silvicultura clonal alcançado por meio da técnica de miniestaquia, pouco se avançou em relação às espécies recalcitrantes, sobretudo com relação ao manejo empregado em miniestacas. Com o objetivo de avaliar a influência da arquitetura de miniestacas na produção de mudas de quatro clones de Eucalyptus, foram realizadas avaliações nas três fases de produção de mudas: 1) Sobrevivência aos 30 dias em casa de vegetação, 2) Enraizamento aos 45 dias em casa de sombra; e 3) Aproveitamento final aos 60 dias na área de rustificação. A taxa de enraizamento foi determinada com base na taxa de sobrevivência aos 30 dias. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados com arranjo de tratamento em esquema fatorial 3 x 4, sendo três tipos de arquitetura de miniestaca: 1) folha inteira (100%); 2) folha cortada (50%); e 3) miniestaca cortada em "árvore de natal" (folhas subapicais cortadas em ¾ e basais inteiras) e quatro clones de (Eucalyptus E. dunnii , E. saligna e dois de E. urophylla x E. globulus), com quatro repetições e 100 plantas por bloco. De acordo com os resultados, a produção de mudas foi afetada pelo tipo de arquitetura de miniestacas. A arquitetura que apresentou os melhores resultados nas avaliações foi "árvore de natal" e folha inteira.

Influência do sistema de corte basal de miniestacas na propagação clonal de híbrido de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus globulus subsp. maidenii

A técnica de miniestaquia permitiu o estabelecimento de florestas clonais em larga escala. Porém, pouco se avançou no seu manejo em viveiro para genótipos recalcitrantes. Assim, esse estudo teve como objetivo avaliar a influência do sistema de cortes na base de miniestacas na produção de mudas de um clone híbrido de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus globulus subsp. maidenii. Desta forma, foram realizadas três avaliações: 1) sobrevivência aos 30 dias em casa de vegetação; 2) enraizamento aos 45 dias em casa de sombra; e 3) aproveitamento final aos 60 dias na área de rustificação. O índice de enraizamento foi determinado com base no percentual de sobrevivência. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados constituído de três tratamentos: 1) miniestacas com corte na base perpendicular (testemunha); 2) miniestacas com corte na base em bisel (corte diagonal) e 3) miniestacas cortadas perpendicularmente, com três incisões longitudinais na base. Foram avaliadas quatro blocos de 228 plantas por bloco. Os resultados de enraizamento foram superiores a 80% nos melhores tratamentos e indicam que a propagação do clone via miniestaquia é viável, não apresentando comportamento recalcitrante. Os sistemas de corte basal das miniestaca em bisel e as incisões não favoreceram a formação de raízes.

ANÁLISE DA DEFORMAÇÃO RESIDUAL LONGITUDINAL E SUA RELAÇÃO COM PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DA MADEIRA DE ACÁCIA-NEGRA

RESUMOA madeira de acácia-negra tem sido utilizada em nichos que conferem pouco valor agregado à esse material. Diante disso, este trabalho teve como objetivo analisar as deformações residuais longitudinais (DRL) e suas relações com propriedades da madeira de Acacia mearnsii. Para tanto, foram selecionadas 60 árvores em plantios com idades distintas (4 e 7 anos) no Município de Piratini, RS. As características de crescimento avaliadas consistiram em diâmetro à altura do peito (1,3 m; DAP), espessura de casca (EP) e altura comercial (h). As propriedades físicas avaliadas massa específica básica (ρ) e teorde umidade à base seca (Tu). Já o tempo de propagação de onda ultrassonora foi determinado em conformidade com o procedimento NBR 15521. As propriedades mecânicas foram o módulo de elasticidade dinâmico (Ed), bem como as propriedades descritas no procedimento normativo D143-94, através dos ensaios de flexão estática, compressão paralela às fibras e Dureza Janka. ADRLesuas relações com as propriedades da madeira mostraram-se semelhantes aos resultados encontrados na literatura para a madeira de espécies do gênero Eucalyptus. No entanto, em magnitude, tais níveis se mostraram sensivelmente menores, conferindo à madeira de acácia-negra no que se refere a esse parâmetro de qualidade, indicação para a confecção de produtos sólidos.

PARÂMETROS GENÉTICOS PARA A CAPACIDADE DE PROPAGAÇÃO DE Pinus taeda POR EMBRIOGÊNESE SOMÁTICA1

Objetivou-se com este trabalho avaliar a capacidade de propagação de famílias dePinus taeda por embriogênese somática utilizando estimativas de parâmetros genéticos. Para a embriogênese somática, foram selecionados cones imaturos de 65 famílias-elite de Pinus taeda. O germoplasma utilizado para a implantação dos testes de campo foi composto por 238 clones de 31 famílias. O estudo foi realizado por meio de análise genetíoco-estatística pelo procedimento de estimação de componentes de variância via máxima verossimilhança residual (Reml) e de predição de valores genéticos via melhor predição linear não viesada (Blup), usando-se o software Selegen-Reml/Blup. De acordo com os resultados, a variabilidade genética possibilita ganhos genéticos altos pela seleção entre famílias, para os caracteres presença de embriões somáticos e número de clones por famílias dePinus taeda. Há baixa ou nenhuma correlação genética entre o número de clones propagados viaembriogênese somática e as características altura, diâmetro, sobrevivência e volume avaliados aos 4 anos de idade em testes clonais. Conclui-se que há maior ganho genético para a capacidade de propagação por embriogênese somática com a seleção de famílias de Pinus taeda.

Material envoltório na drenagem subterrânea

Em solos de baixa estabilidade estrutural, o transporte, pela água, de partículas do solo para o interior do tubo drenante pode contribuir para o colapso de sistemas de drenagem, devendo o mesmo ser evitado com o uso adequado de envoltório, considerando a importância da drenagem para uma produção agrícola sustentável. Diante disso, esta pesquisa foi realizada com o objetivo de estudar o comportamento de três materiais envoltórios, sendo dois amplamente utilizados, bidim OP-20 e brita zero, e outro composto de espuma com 5 mm de espessura, que é um material não-convencional. Os tubos drenantes utilizados foram o Drenoflex e o Kananet, com diâmetro nominal de 65 e 75 mm, respectivamente. O desempenho dos envoltórios foi avaliado pela resistência de entrada e descarga, parâmetros tradicionalmente recomendados para esse tipo de análise. Verificou-se que os envoltórios avaliados apresentaram desempenhos hidráulicos satisfatórios, sendo o envoltório em brita zero superior, seguido do material espuma. Concluiu-se, então, que a espuma pode ser utilizada como material envoltório alternativo na drenagem, apresentando, inclusive, desempenho hidráulico superior ao envoltório em manta bidim OP-20.

Aplicação de água residuária de suinocultura em solo cultivado com soja: cobre e zinco no material escoado e no solo

O objetivo deste trabalho foi avaliar a poluição difusa referente ao cobre e ao zinco no solo e no material de escoamento superficial quando da aplicação de água residuária de suinocultura (ARS) em solo cultivado com soja, sob condição de chuva simulada. O experimento foi instalado em Toledo - PR, sendo aplicadas ao solo cinco taxas de ARS (0; 50; 100; 150 e 200 m³ ha-1 no ciclo), em três repetições por tratamento, divididas em seis aplicações ao longo do ciclo da soja. Foram instaladas calhas coletoras do material escoado e fizeram-se seis simulações de chuva durante o experimento, resultando em seis coletas do material escoado. Ao final do ciclo da soja, foram coletadas amostras de solo em cada uma das parcelas experimentais, em três profundidades, para a determinação do pH, da capacidade de troca de cátions, da matéria orgânica, do cobre e do zinco. Observou-se que houve perda de cobre e de zinco via escoamento superficial e que as maiores concentrações de cobre foram verificadas nas profundidades de 20-40 e 40-60 cm, enquanto o zinco apresentou maior concentração na camada de 0-20 cm e, ao final do experimento, aumentou nas demais profundidades.