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 PU/ZnO composites for biomedical applications
Please use this identifier to cite or link to this item http://hdl.handle.net/10773/8175

title: PU/ZnO composites for biomedical applications
other titles: Compósitos PU/ZnO para aplicações biomédicas
authors: Luís, Jorge Louro
advisors: Costa, Maria Elisabete Jorge Vieira da
Fernandes, Maria Helena Figueira Vaz
keywords: Engenharia de materiais
Nanocompósitos - Aplicações biomédicas
Óxido de zinco
Poliuretanos
issue date: 11-Nov-2011
publisher: Universidade de Aveiro
abstract: The present work is focused on the preparation and characterization of biomedical devices able to elicit different biological responses. Polyurethane/zinc oxide composites (PU/ZnO) appear as very promising materials as they may combine the interesting biomedical properties of ZnO and PU. However the properties of the composites, particularly in what the biological response is concerned, are far from being completely known. They are even unpredictable when ZnO nanoparticles or nanostructures are involved as ambiguous behaviours have been pointed out to nanometric sized ZnO particles. The main objective of the present work is to study the effects of the shape, size and concentration of ZnO particle on the properties of PU/ZnO composites, particularly on its bioactivity and cellular response. For this purpose ZnO nanoparticles/nanostructures were synthesized by a chemical precipitation method and subsequently characterized in terms of crystal phase composition, crystallinity, shape and particle size, specific surface area and porosity. These properties were further compared to those of commercial ZnO nanoparticles counterparts. PU/ZnO composites were then formulated by loading a PU matrix with ZnO particles (2 and 50%wt) and then submitted to in vitro bioactivity tests in SBF and to cell viability assays using a MC3T3 cell line. The bioactivity assays revealed that 50%wt ZnO loaded composites, namely those loaded with ZnO nanospheres, are potentially more bioactive than both PU and 2%wt PU/ZnO composites. Regarding cell viability, 2%wt PU/ZnO formulations were found to be the composites ensuring the higher cell viability. It was also shown that the toxicity effects of the 50%wt PU/ZnO composites prepared either with commercial or precipitated nanostructured ZnO particles were very similar to the toxicity effects of the corresponding isolated ZnO particles. As for the composites prepared with ZnO nanospheres (50%wt Pu/ZnO), their toxicity was higher than the remaining composites. These behaviours were discussed based on Zn2+ release to SBF media. As a conclusion, the obtained results show that it is possible to control PU/ZnO composites bioactivity and cytotoxicity by manipulating the concentration and/or ZnO particle morphology, thereby enabling the design of composites with potential usefulness for orthopaedic applications (2 %wt PU/ZnO) or for biomedical purposes intended to retard cellular proliferation like cancer treatment (50 %wt PU/ZnO).

O presente trabalho visa o estudo da preparação e caracterização de dispositivos biomédicos com capacidade de suscitar diferentes respostas biológicas. Os compósitos de poliuretano e óxido de zinco (PU/ZnO) mostram-se promissores, pois qualquer dos materiais, em separado, tem revelado propriedades biomédicas interessantes. No entanto, as propriedades da mistura de ambos ainda não estão totalmente esclarecidas. Às próprias nanopartículas ou nanoestruturas de ZnO são apontados desempenhos ambíguos, que tornam imprevisíveis as respectivas respostas biológicas. Este trabalho tem, assim, como principal objectivo, estudar o efeito da concentração, forma e tamanho de partícula de ZnO nas propriedades de compósitos PU/ZnO, designadamente na sua bioactividade in vitro e resposta celular. Com esse objectivo sintetizaram-se partículas de ZnO nanoestruturadas, por precipitação química, que foram caracterizadas comparativamente com nanopartículas de ZnO comerciais. Avaliaram-se as fases presentes, cristalinidade, forma e tamanho de partícula, área superficial específica e porosidade. Posteriormente formularam-se compósitos de matriz polimérica (poliuretano), carregados com as partículas de ZnO (2% e 50% em peso) e submeteram-se os compósitos a ensaios de bioactividade in vitro e de viabilidade celular (linha MC3T3). Os ensaios de bioactividade revelaram que os compósitos com 50% ZnO, nomeadamente os compósitos com nanoesferas de ZnO, são potencialmente mais bioactivos que o poliuretano ou os compósitos com 2% ZnO. Por seu lado, os estudos de viabilidade celular revelaram que os compósitos com 2% ZnO e o polímero são os que apresentam maior viabilidade celular. Verificou-se que no caso das partículas comerciais ou nanoestruturadas o efeito de 50% de carga é similar ao efeito das próprias partículas, induzindo citotoxicidades muito semelhantes. Os compósitos que continham nanoesferas de ZnO (50% em peso) evidenciaram citotoxicidade superior aos outros. Estes comportamentos são discutidos com base na quantidade de catiões Zn2+ libertados para o meio. Em conclusão, os resultados obtidos mostram que é possível controlar a bioactividade e citotoxicidade dos compósitos PU/ZnO através da manipulação da concentração ou morfologia de partícula de ZnO e, por esta via, desenhar compósitos com potencialidades para aplicações ortopédicas (compósitos com 2% em peso) e compósitos para aplicações em que se pretende travar a proliferação celular, como no tratamento do cancro (compósitos com 50% em peso).
description: Mestrado em Engenharia de Materiais
URI: http://hdl.handle.net/10773/8175
appears in collectionsCV - Dissertações de mestrado
UA - Dissertações de mestrado

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