Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/13951
Title: Alkali-free bioactive glasses for bone regeneration
Other Titles: Vidros bioactivos isentos de alcalinos para regeneração óssea
Author: Kapoor, Saurabh
Advisor: Ferreira, José Maria da Fonte
Goel, Ashutosh
Keywords: Ciência dos materiais
Regeneração óssea
Vidro bioactivo
Vitrocerâmica - Aplicações
Sinterização
Defense Date: 2014
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: Bioactive glasses and glass-ceramics are a class of third generation biomaterials which elicit a special response on their surface when in contact with biological fluids, leading to strong bonding to living tissues. The purpose of the present study was to develop diopside based alkali-free bioactive glasses in order to achieve good sintering behaviour, high bioactivity, and a dissolution/ degradation rates compatible with the target applications in bone regeneration and tissue engineering. Another aim was to understand the structure-property relationships in the investigated bioactive glasses. In this quest, various glass compositions within the Diopside (CaMgSi2O6) – Fluorapatite (Ca5(PO4)3F) – Tricalcium phosphate (3CaO•P2O5) system have been investigated. All the glasses were prepared by melt-quenching technique and characterized by a wide array of complementary characterization techniques. The glass-ceramics were produced by sintering of glass powders compacts followed by a suitable heat treatment to promote the nucleation and crystallization phenomena. Furthermore, selected parent glass compositions were doped with several functional ions and an attempt to understand their effects on the glass structure, sintering ability and on the in vitro bio-degradation and biomineralization behaviours of the glasses was made. The effects of the same variables on the devitrification (nucleation and crystallization) behaviour of glasses to form bioactive glass-ceramics were also investigated. Some of the glasses exhibited high bio-mineralization rates, expressed by the formation of a surface hydroxyapatite layer within 1–12 h of immersion in a simulated body fluid (SBF) solution. All the glasses showed relatively lower degradation rates in comparison to that of 45S5 Bioglass®. Some of the glasses showed very good in vitro behaviour and the glasses co-doped with zinc and strontium showed an in vitro dose dependent behaviour. The as-designed bioactive glasses and glass–ceramic materials are excellent candidates for applications in bone regeneration and for the fabrication of scaffolds for tissue engineering.
Os vidros e vitrocerâmicos bioactivos fazem parte da chamada terceira geração de biomateriais, i.e., materiais que estimulam uma resposta especial quando em contacto com fluidos biológicos, capaz de conduzir ao estabelecimento de ligações fortes entre a sua superfície e os tecidos vivos. O presente estudo visou o estudo e desenvolvimento de vidros bioactivos à base de diópsido e isentos de metais alcalinos que apresentem um bom comportamento na sinterização, elevados índices de bioactividade, e taxas de dissolução / degradação compatíveis com as almejadas aplicações em regeneração óssea e em engenharia de tecidos. Procurou-se ainda entender as relações entre a estrutura e as propriedades dos vidros bioactivos estudados. De acordo com esta perspectiva, estudaram-se várias composições de vidros bioactivos pertencentes ao sistema Diópsido (CaMgSi2O6) – Fluorapatite (Ca5(PO4)3F) – Fosfato de tricálcico (3CaO•P2O5). Todas as composições vítreas foram preparados por fusão, seguida de fritagem em água fria, e caracterizados através de um conjunto de técnicas complementares de caracterização. Os vitrocerâmicos foram obtidos por sinterização das fritas de vidro moídas e compactadas, seguida de tratamento térmico adequado para promover os fenómenos de nucleação e cristalização. Além disso, algumas composições vítreas seleccionadas foram dopadas com vários iões funcionais e os seus efeitos na estrutura vítrea, na sua propensão para a sinterização, e nos comportamentos in vitro em termos de biodegradação e bio-mineralização foram avaliados. Os efeitos das mesmas variáveis no processo de devitrificação (nucleação e cristalização) dos vidros e formação de materiais vitrocerâmicos foram também investigados. Algumas composições de vítreas apresentaram taxas de bio-mineralização elevadas, expressas através da formação de camadas superficiais de hidroxiapatite após 1-12 h de imersão num fluido fisiológico simulado (SBF). Todas as composições vítreas apresentaram taxas de degradação mais baixas quando comparadas com a do 45S5 Bioglass®. Alguns vidros bioactivos revelaram comportamentos in vitro excelentes, sendo a taxa de biomineralização dos co-dopados com zinco e estrôncio dependente da dose incorporada de dopantes. Os materiais estudados demostraram boa aptidão para aplicações em regeneração óssea e para o fabrico de estruturas de suporte em engenharia de tecidos.
Description: Doutoramento em Ciência e Engenharia dos Materiais
URI: http://hdl.handle.net/10773/13951
Appears in Collections:UA - Teses de doutoramento
DEMaC - Teses de doutoramento

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