Biosilicato®: histórico de uma vitrocerâmica brasileira de elevada bioatividade

This paper presents a historical of the Biosilicate®, a bioactive glass-ceramic developed at the Vitreous Materials Laboratory of the Federal University of São Carlos, Brazil. After decades of study accomplished with bioactive glasses and glass-ceramics, Biosilicate® results from a natural evolution and has similar bioactivity index, but far superior mechanical properties than of all bioactive glasses. Biosilicate® is almost fully crystalline and also exhibits much higher bioactivity than all the currently commercially available bioactive glass-ceramics. Due to its special characteristics, Biosilicate® has been successfully tested for several medical and dental applications as we thoroughly discuss in this review paper.

Avaliação da biocompatibilidade de vidro e vitrocerâmica do sistema SNCP (SiO2-Na2O-CaO-P2O5)

This article reports research results related to bioactivity and cytotoxicity tests using neutral red uptake method for glass powders and bulk glass ceramics belonging to the SNCP (SiO2-Na2O-CaO-P2O5) system. The obtained materials showed bioactivity when immersed in SBF promoting the surface deposition of HAp. When analyzed as powders, cytotoxicity was evidenced in the processed materials but not when bulk samples were tested.

Influência dos precursores de prata no crescimento de nanopartículas metálicas em vidros óxidos de metais pesados

In this work we report a systematic study on the influence of the chemical nature of silver precursors on the formation of glass-ceramics from oxide glasses. Thermal, structural and optical properties were analyzed as a function of the glass composition. Controlled crystallization was achieved by thermal treatment of the samples above glass transition. The influence of time of treatment on both nanoparticle growth and optical properties of the samples was studied by transmission electron microscopy and UV-Vis spectroscopy, respectively. Results showed that only glasses containing AgCl and AgNO3 led to glass-ceramics growth after thermal treatment.

Theoretical investigations of the bulk modulus in the tetra-cubic transition of PbTiO3 material

Resulting from ion displacement in a solid under pressure, piezoelectricity is an electrical polarization that can be observed in perovskite-type electronic ceramics, such as PbTiO3, which present cubic and tetragonal symmetries at different pressures. The transition between these crystalline phases is determined theoretically through the bulk modulus from the relationship between material energy and volume. However, the change in the material molecular structure is responsible for the piezoelectric effect. In this study, density functional theory calculations using the Becke 3-Parameter-Lee-Yang-Parr hybrid functional were employed to investigate the structure and properties associated with the transition state of the tetragonal-cubic phase change in PbTiO3 material.

BIOMATERIAIS: TIPOS, APLICAÇÕES E MERCADO

AbstractThe types of compounds used in the production of biomaterials, namely metals, ceramics, synthetic and natural polymers, as well as composite materials, are discussed in the present work, together with details of their application and evolution from biocompatible to bioactive, biodegradable, and biomimetic clinical products. The chemical structure, the three-dimensional structure, and the molecular organization of compounds frequently used in the manufacture of relevant classes of biomaterials are discussed, along with their advantages and some of their major limitations in specific clinical applications. The main chemical, physical, mechanical, and biological requirements of biomaterials categories are presented, as well as typical tissular responses to implanted biomaterials. Reasons for the recent economic growth of the biomaterials market segment are addressed, and the most successful biomaterial categories are discussed, emphasizing areas such as orthopedic and cardiovascular implants, regenerative medicine, tissue engineering, and controlled drug release devices. Finally, the need for the development of innovative and more accessible biomaterials, due to the expected increase in the number of elderly people and the growing trend of personalized medical procedures, is pointed out.

Repair of segmental bone defects with fiber-reinforced composite: a study of material development and an animal model on rabbits

The Repair of segmental defects in load-bearing long bones is a challenging task because of the diversity of the load affecting the area; axial, bending, shearing and torsional forces all come together to test the stability/integrity of the bone. The natural biomechanical requirements for bone restorative materials include strength to withstand heavy loads, and adaptivity to conform into a biological environment without disturbing or damaging it. Fiber-reinforced composite (FRC) materials have shown promise, as metals and ceramics have been too rigid, and polymers alone are lacking in strength which is needed for restoration. The versatility of the fiber-reinforced composites also allows tailoring of the composite to meet the multitude of bone properties in the skeleton. The attachment and incorporation of a bone substitute to bone has been advanced by different surface modification methods. Most often this is achieved by the creation of surface texture, which allows bone growth, onto the substitute, creating a mechanical interlocking. Another method is to alter the chemical properties of the surface to create bonding with the bone – for example with a hydroxyapatite (HA) or a bioactive glass (BG) coating. A novel fiber-reinforced composite implant material with a porous surface was developed for bone substitution purposes in load-bearing applications. The material’s biomechanical properties were tailored with unidirectional fiber reinforcement to match the strength of cortical bone. To advance bone growth onto the material, an optimal surface porosity was created by a dissolution process, and an addition of bioactive glass to the material was explored. The effects of dissolution and orientation of the fiber reinforcement were also evaluated for bone-bonding purposes. The Biological response to the implant material was evaluated in a cell culture study to assure the safety of the materials combined. To test the material’s properties in a clinical setting, an animal model was used. A critical-size bone defect in a rabbit’s tibia was used to test the material in a load-bearing application, with short- and long-term follow-up, and a histological evaluation of the incorporation to the host bone. The biomechanical results of the study showed that the material is durable and the tailoring of the properties can be reproduced reliably. The Biological response - ex vivo - to the created surface structure favours the attachment and growth of bone cells, with the additional benefit of bioactive glass appearing on the surface. No toxic reactions to possible agents leaching from the material could be detected in the cell culture study when compared to a nontoxic control material. The mechanical interlocking was enhanced - as expected - with the porosity, whereas the reinforcing fibers protruding from the surface of the implant gave additional strength when tested in a bone-bonding model. Animal experiments verified that the material is capable of withstanding load-bearing conditions in prolonged use without breaking of the material or creating stress shielding effects to the host bone. A Histological examination verified the enhanced incorporation to host bone with an abundance of bone growth onto and over the material. This was achieved with minimal tissue reactions to a foreign body. An FRC implant with surface porosity displays potential in the field of reconstructive surgery, especially regarding large bone defects with high demands on strength and shape retention in load-bearing areas or flat bones such as facial / cranial bones. The benefits of modifying the strength of the material and adjusting the surface properties with fiber reinforcement and bone-bonding additives to meet the requirements of different bone qualities are still to be fully discovered.

Development of porous glass-fiber reinforced composite for bone implants. Evaluation of antimicrobial effect and implant fixation

Cranial bone reconstructions are necessary for correcting large skull bone defects due to trauma, tumors, infections and craniotomies. Traditional synthetic implant materials include solid or mesh titanium, various plastics and ceramics. Recently, biostable glass-fiber reinforced composites (FRC), which are based on bifunctional methacrylate resin, were introduced as novel implant solution. FRCs were originally developed and clinically used in dental applications. As a result of further in vitro and in vivo testing, these composites were also approved for clinical use in cranial surgery. To date, reconstructions of large bone defects were performed in 35 patients. This thesis is dedicated to the development of a novel FRC-based implant for cranial reconstructions. The proposed multi-component implant consists of three main parts: (i) porous FRC structure; (ii) bioactive glass granules embedded between FRC layers and (iii) a silver-polysaccharide nanocomposite coating. The porosity of the FRC structure should allow bone ingrowth. Bioactive glass as an osteopromotive material is expected to stimulate the formation of new bone. The polysaccharide coating is expected to prevent bacterial colonization of the implant. The FRC implants developed in this study are based on the porous network of randomly-oriented E-glass fibers bound together by non-resorbable photopolymerizable methacrylate resin. These structures had a total porosity of 10–70 volume %, of which > 70% were open pores. The pore sizes > 100 μm were in the biologically-relevant range (50-400 μm), which is essential for vascularization and bone ingrowth. Bone ingrowth into these structures was simulated by imbedding of porous FRC specimens in gypsum. Results of push-out tests indicated the increase in the shear strength and fracture toughness of the interface with the increase in the total porosity of FRC specimens. The osteopromotive effect of bioactive glass is based on its dissolution in the physiological environment. Here, calcium and phosphate ions, released from the glass, precipitated on the glass surface and its proximity (the FRC) and formed bone-like apatite. The biomineralization of the FRC structure, due to the bioactive glass reactions, was studied in Simulated Body Fluid (SBF) in static and dynamic conditions. An antimicrobial, non-cytotoxic polysaccharide coating, containing silver nanoparticles, was obtained through strong electrostatic interactions with the surface of FRC. In in vitro conditions the lactose-modified chitosan (chitlac) coating showed no signs of degradation within seven days of exposure to lysozyme or one day to hydrogen peroxide (H2O2). The antimicrobial efficacy of the coating was tested against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa. The contact-active coating had an excellent short time antimicrobial effect. The coating neither affected the initial adhesion of microorganisms to the implant surface nor the biofilm formation after 24 h and 72 h of incubation. Silver ions released to the aqueous environment led to a reduction of bacterial growth in the culture medium.

Effect of treatment with adsorbent resin on the volatile profile and physicochemical characteristics of clarified cashew apple juice

Increased preference for healthy and functional foods could be an opportunity to increase the consumption of clarified cashew apple juice. Given its level of fructose, glucose, and vitamin C, it can be used as a base in blends. However, its characteristic odor can interfere with the acceptance of these formulations, especially by consumers who are not familiar with cashew aroma. The aim of this study was to evaluate the effect of treatment with macroporous resins (FPA54, FPX66, XAD761, and XAD4) on the volatile profile and physicochemical characteristics of clarified cashew apple juice. After the treatment with the resins, the volatile profile was evaluated using solid-phase microextraction (SPME) and gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS). The physicochemical analyses performed were: pH, soluble solids (ºBrix), total titrable acidity, reducing sugars, and vitamin C. Gas chromatography analyses showed that XAD4 and FPX66 led to a reduction of the initial amount of volatile compounds to 14.05% and 15.72%, respectively. These two resins also did not affect the physicochemical characteristics of the clarified cashew apple juice.

Study of colossal magnetoresistance and pressure effects in La2/3Ca1/3MnO2 thin films /

The main purpose of this thesis is to study properties of La2/3Cai/3Mn03, both polycrystalline ceramics and thin films. This material has striking related electrical and magnetic properties. Thin films show colossal negative magnetoresistance (CMR) near transition from an insulating to a metallic state accompanied closely by transition from a paramagnetic to a ferromagnetic state. The double exchange mechanism (DE) and the Jahn-Teller deformations play an important role in CMR effect. Applied pressure has a very similar effect as does an applied magnetic field, except, at low temperatures (T

L'occupation des monticules architecturaux au site Las Mercedes du Costa Rica : une étude de la variabilité stylistique de la céramique

Le site archéologique de Las Mercedes est situé sur le versant atlantique du Costa Rica. Ce site monumental est considéré comme le haut lieu d'une société hiérarchisée ayant une organisation sociopolitique complexe. Las Mercedes semble avoir été un centre administratif et cérémoniel dont l'apogée se situe entre 1000 et 1500 ans de notre ère. Notre mémoire porte sur la documentation d'assemblages céramiques extraits de contextes archéologiques stratigraphiques provenant notamment de deux monticules architecturaux. Notre projet se veut une contribution à une meilleure connaissance de Las Mercedes, selon une perspective diachronique d'affiliation culturelle et de séquences d'occupation. Les datations radiométriques provenant de l'assise des monticules convergent aux alentours de l'an 1000 de notre ère. D'autre part, les assemblages céramiques correspondant aux styles culturels El Bosque (500 avant notre ère à 500 de notre ère), La Selva (500-1000) et La Cabana (1000-1500) représentant une séquence temporelle d'environ deux millénaires. La présente étude vise à comprendre ce phénomène à l'aide des données provenant de l'intervention archéologique conduite, en 2005, conjointement par le Museo Nacional du Costa Rica et l'Université de Montréal. Les assemblages sont décrits selon des attributs technologiques, morphologiques et stylistiques en vue d'en faire une étude comparative et interprétative. Les résultats de notre recherche suggèrent qu'indépendamment des contextes archéologiques, les assemblages ont un composition hétérogène formée des trois styles culturels. Par ailleurs, le modèle présente un certain caractère homogène. Ainsi, les assemblages se composent de façon récurrente de 12% de céramique El Bosque, 55 % La Selva et 33 % La Cabana. Une interprétation parcellaire peut être soutirée de ce mélange céramique. L'amalgame des styles culturels témoignent que Las Mercedes a connu une longue occupation, toutefois les résultats ne permettent pas de confirmer ou d'infirmer nos hypothèses de travail.

Représentations votives pour la « Dame de Vie » : analyse iconographique des bols de faïence du Nouvel Empire égyptien

La question de recherche à la base de cette étude soulève le point de la nature paradoxale du canon de représentation égyptien qui démontre, simultanément, une certaine rigidité dans l’application de règles stylistiques et iconographiques établies, particulièrement dans l’art non commandité par l’État, et des preuves de transformation et d’intégration de motifs nouveaux. Partant de cette problématique, l’étude vise à identifier les mécanismes par lesquels ce canon permet, à la fois, l’innovation et le maintien d’une certaine tradition. L’approche est de nature double et consiste tout d’abord à identifier de grandes tendances et discontinuités stylistiques et iconographiques sur les bols de faïence du Moyen au Nouvel Empire. De plus, elle tente de déterminer si les transformations d’ordre sociopolitique et idéologique, survenant à ces périodes, peuvent être lues dans les variations stylistiques et iconographiques trouvées sur les bols de faïence. Après une description du champ conceptuel de la « représentation » en contexte égyptien, l’auteur effectue l’analyse iconographique exhaustive de ce qui constitue l’apport majeur de son étude, un corpus de 500 bols et fragments de faïence provenant de divers sites égyptiens du Moyen au Nouvel Empire. Les données ont été traitées par le biais de la méthode d’analyse iconologique proposée par Panofsky, qui lui permet de dévoiler un grand nombre de continuités et de transformations d’ordre stylistique et iconographique pour les différentes périodes. Plusieurs facteurs semblent avoir été à l’origine de ces transformations, dont la fluctuation entre un contexte de centralisation et de décentralisation politique de l’État, ainsi que l’intégration de motifs étrangers (proche-orientaux et égéens) résultant d’un contact accru entre l’Égypte et les régions voisines. De plus, les transformations idéologiques apportées par le règne d’Akhénaton et par la « contre-réforme » idéologique à la période ramesside, semblent avoir également contribué à des innovations au sein du canon, même si ce dernier maintient une certaine continuité légitimée par le pouvoir étatique. Le canon de représentation, devient ainsi une forme de langage dont l’État se sert et qui, parfois malgré lui, se transforme et fluctue selon les réalités des différentes périodes.

El Tropel, un sitio arqueológico del Clásico en el Occidente Mesoamericano.

Cette recherche doctorale a été réalisée dans le cadre d’un projet de sauvetage archéologique à Villa de Álvarez, dans l’état de Colima (Mexique). Dans la zone géographique à l’étude, plusieurs traces indiquant la présence de contextes funéraires ont été relevées par le passé, mais aucun de ces sites n’a fait l’objet d’un rapport archéologique. L’état de Colima est connu pour ses tombes à puits (tumbas de tiro), ses céramiques de manufacture typique, ainsi que pour les fameux « chiens de Colima ». Malgré la relation entre ces objets et les contextes funéraires, peu d’études se sont attardées à comprendre la composante biologique de ces contextes, c’est-à-dire les êtres humains. Ainsi, la richesse du projet de sauvetage archéologique nous a donné l’opportunité de structurer un projet de recherche de thèse doctorale beaucoup plus profond en ce qui concerne un des sujets les plus importants de cette région mésoaméricaine : les traditions funéraires. C’est de cette façon, à la lumière des résultats particuliers obtenus sur le site du Tropel, que nous avons décidé de travailler les liens culturels existants entre ce dernier, la région de Colima, l’Ouest mésoaméricain et l’aire culturelle dans son ensemble. La campagne de fouille ainsi menée a permis la récupération de vingt-six individus de différents sexes et âges. Au moins quatre périodes d’occupation ont été enregistrées sur le site. La présence humaine sur le site s’étend donc de 339AD à 682 AD (datations au radiocarbone sur trois individus du site El Tropel), ce qui correspond à la phase archéologique Comala à Colima. L’abondance d’artefacts de cette phase dans les quatre strates culturelles du site a permis de réaliser une datation relative en relation avec l’apparition et la fréquence de céramiques d’autres phases culturelles connues : Ortices, Colima, Armería y Chanal. Concernant les pratiques funéraires, la fouille a permis de constater le traitement des cadavres avant, pendant et après l’enterrement des défunts. Bien que des contextes funéraires similaires aient déjà été mentionnés dans la région, aucun d’entre eux n’a pu être identifié clairement. Ces traitements funéraires démontrent l’existence chez les anciens habitants de Colima d’une transmission des connaissances concernant l’anatomie, les processus de décomposition des cadavres, et même possiblement d’un culte des os humains. Une étude ostéologique a été menée sur les squelettes afin de documenter les aspects démographiques, pathologiques, sociaux et économiques de la population du site. Parmi les éléments les plus significatifs de l’étude, il est possible de mentionner la présence de certaines pathologies peu connues dans cette région de la Mésoamérique telles que la syphilis et la tuberculose. Des déformations crâniennes ont aussi été observées, ainsi que la présence d’un déformateur crânien en céramique. De plus, de nombreuses données ont été relevées concernant la présence d’os wormiens sur les crânes déformés artificiellement. Finalement, des analyses d’isotopes stables ont été pratiquées sur des os des individus, ainsi que sur des os de chiens et de cerfs retrouvés sur le site, afin de mieux connaître l’alimentation et la vie des communautés anciennes de la région.

Zooarchéologie des camélidés du site Moche Guadalupito, Secteur urbain (Guad-112) au Pérou.

Cette étude vise à comprendre quelle était la place des camélidés chez les Moche du centre urbain de Guadalupito de la vallée de Santa au Pérou. Les données ostéologiques analysées ont été obtenues grâce aux travaux effectués par le projet archéologique PSUM (Proyecto Santa de la Universidad de Montreal) de l’Université de Montréal. Dans ce document, une synthèse concernant les Moche de la côte nord du Pérou est d’abord présentée. Puis, il sera question de décrire le site archéologique Guadalupito et d’effectuer des observations concernant les camélidés d’Amérique du sud. Ce sont surtout les données zooarchéologiques qui ont été considérées pour répondre aux questions de recherche de ce travail. La céramique, les fibres de camélidés et les données ethnohistoriques ainsi qu’ethnographiques concernant les camélidés ont également été sujets à quelques observations afin de pouvoir répondre aux questions de recherche de manière holistique. Les résultats ont dévoilé qu’une grande quantité des camélidés du centre urbain de Guadalupito ont été exploités pour leur viande. Les camélidés constituaient une denrée alimentaire de base pour les gens qui fréquentaient les secteurs associés à l’élite. Plusieurs autres camélidés ont été utilisés comme animal de charge, car ils sont morts à un âge plus avancé. Aussi, il y avait des échanges entre la côte et la sierra, car de la laine tissé selon un style de la sierra a été trouvée. Certains camélidés étaient également utilisés lors de rituel et/ou pour leur cuir. Les lamas offraient une source stable de protéines, car ces animaux étaient sous le contrôle des Moche. Enfin, le camélidé a été le mammifère le plus polyvalent avant l’arrivée des animaux en provenance de l’Europe et il a représenté un moyen de transport et une source de nourriture fiable et significative chez les Moche.

Originalité culturelle au Sylvicole moyen sur le site de Pointe-du-Gouvernement, Haut-Richelieu, Québec

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Ciudadanos del Atlántico : las redes de aprovisionamiento trasatlánticas de las pescas vascas en Canadá a través de su cerámica, siglos XVI-XVIII

Depuis les années 1980, les archéologues ont remarqué l'originalité des collections de céramiques trouvées sur des sites occupés par les pêcheurs basques au cours du XVIe au XVIIIe siècle sur les côtes atlantiques du Canada. Le site de Red Bay (Labrador) a été le premier à fournir une riche collection de terre cuites communes, majoliques et grès, qui ont permis aux archéologues de reconnaître une tradition céramique distincte. Pendant plus de deux siècles, ces céramiques constituent un fil conducteur qui montre la permanence des activités commerciales basques au Canada. En utilisant une approche mutualiste et comparative de quatre sites de pêche basque (Red Bay (1530-1580), Anse-à-la-Cave (1580-1630), Petit-Mécatina (1630-1713), Pabos (1713- 1760)) et leurs ports d’attache dans l’Europe atlantique, nous observons comment à partir du milieu du XVIe siècle, l’ensemble des céramiques se transforme d'un endroit à l’autre sans perdre son air distinctif jusqu'au début du XVIIIe siècle quand les témoins des céramiques basques changent radicalement. Finalement, une perspective globale qui relie les deux côtes atlantiques par le biais de ces matériaux céramiques nous aide à mieux connaître les réseaux d'approvisionnement liés aux traversées de pêche et l’espace économique complexe qui s’articule aux routes maritimes et de l’intérieur. Ces deux éléments se veulent essentiels à la compréhension de l'expansion outremers, ses materiaux laissés et son rôle dans l'économie mondiale au début de l'époque moderne.