Abstract Nanocomposites formed of natural-origin iron oxide nanoparticles (magnetite and maghemite, Fe3O4 and γ-Fe2O3, respectively) were processed using the sol-gel process into core-shell structures containing silica and samarium to investigate their potential for applications in cancer treatments combining hyperthermia and brachytherapy. Mössbauer characterization showed that the iron oxides contained 64% magnetite, 18% hematite, 12% maghemite, and exhibit superparamagnetic behavior at room temperature. Transmission electron microscopy determined that the iron oxide particles were smaller than 15 nm, while magnetization was measured at 5 emu/g. Fourier transform infrared indicated the material was formed of Si-O-Si and Fe-O-Si bonds, while X-ray diffraction showed bands of amorphous silica from 5° to 23° and bands of iron oxide phases. X-ray fluorescence indicated 5.17% of incorporated samarium. The nanocomposite suspensions were subjected to an alternating magnetic field and the resulting heat dissipation was measured, falling within the ideal range for hyperthermia applications. Theoretical dosimetric calculation determined significant radioactive activity of 1.68x10-8 MBq.mg-1.Φ -1 after 24h decay time for 153Sm. The characteristics and behavior of these nanocomposites indicate that they may offer promise in applications involving hyperthermia for cancer treatment and a more accessible source for brachytherapy materials.

RESUMO Nos últimos anos as técnicas voltadas para modificação superficial dos materiais utilizados para implantes na substituição e/ou reconstituição óssea têm se aprimorado cada vez mais com o intuito de potencializar suas propriedades osteoindutivas e osteocondutoras, melhorando sua osteointegração. Neste trabalho, a superfície da liga Ti6Al4V foi modificada através do processo eletroquímico de anodização com o objetivo de alterar a morfologia de sua camada natural de dióxido de titânio (TiO2). Foram produzidos dois tipos de filmes distintos de TiO2, com características microporosas (MP) e nanoporosas (NP), a fim de serem avaliados morfologicamente e biologicamente. Os filmes MP foram obtidos a partir da anodização com eletrólito de H3PO4 (1,0 mol/L), aplicação de potencial de 174 V CC, durante 5 minutos; e os filmes NP foram produzidos a partir da anodização com eletrólito de C6H8O7 (0,1 mol/L) + NaF (0,5 %p/p), aplicação de potencial de 20 V CC, durante 90 minutos. A caracterização morfológica e química foi realizada por Microscopia Eletrônica de Varredura com Espectroscopia de Energia Dispersiva (MEV / EDS), Difração de Raios X (DRX) e Fluorescência de Raios X (FRX). Os MPs obtiveram diâmetro médio aproximado de 0,49 µm, distribuídos aleatoriamente sobre o substrato e os NPs alcançaram um valor médio de 73 nm em seu diâmetro, organizados como estruturas nanotubulares paralelas entre si. A camada de NP se mostrou mais rugosa que a MP. Ambos os filmes obtiveram características hidrofílicas na medição do ângulo de contato. Após o ensaio de SBF (Simulated Body Fluid), foram identificadas deposições de Ca e P sobre os dois filmes, podendo sinalizar formação de apatita na superfície. Os MPs e os NPs revelaram indícios de não serem citotóxicos ao final dos ensaios de difusão em ágar e macrodiluição com o teste resazurina; a adesão celular, avaliada com cepa bacteriana, se apresentou morfologicamente mais favorável sobre a superfície nanoporosa.

ABSTRACT In recent years, techniques aimed at superficial modification of materials used for implants in bone replacement and/or reconstitution have been increasingly improved in order to enhance their osteoinductive and osteoconductive properties, improving their osteointegration. In this work, the surface of the Ti6Al4V alloy was modified through the anodic oxidation electrochemical process in order to change the morphology of its natural layer of titanium dioxide (TiO2). Two different types of TiO2 films, with microporous (MP) and nanoporous (NP) characteristics, were produced in order to be evaluated morphologically and biologically. The MP films were obtained from anodizing with H3PO4 electrolyte (1.0 mol/L), applying 174 V DC potential, during 5 minutes; and the NP films were produced from anodizing with C6H8O7 electrolyte (0.1 mol/L) + NaF (0.5% w/w), applying 20 V DC potential, during 90 minutes. The morphological and chemical characterization was performed by Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive Spectroscopy (SEM / EDS), X Ray Diffraction (XRD) and X Ray Fluorescence (XRF). The MPs reached an approximately average diameter of 0.49 µm, randomly distributed on the substrate and the NPs got an average diameter of 73 nm, aligned like parallel nanotubular structures to each other. The NP layer showed to be rougher than the MP. Both films obtained hydrophilic characteristics when measuring the contact angle. After the Simulated Body Fluid (SBF) test, depositions of Ca and P on both films were identified, which may sign the apatite formation on the surface. The MPs and NPs showed evidence of not being cytotoxic through the agar diffusion and macrodilution assays with the resazurin test; the cell adhesion, evaluated with bacterial strain, was morphologically more favorable on the nanoporous surface.

RESUMO Nas últimas duas décadas intensificaram-se os estudos para desenvolvimento de novas terapêuticas para aplicações em doenças degenerativas do tecido ósseo, bem como formas menos invasivas de tratamentos de traumas de acidentes viários. Neste cenário, biocimentos de fosfato de cálcio (CFCs) de cura rápida para aplicações injetáveis e/ou moldáveis, permitem o uso através de técnicas cirúrgicas minimamente invasivas. Matrizes de CFCs têm atraído grande interesse para uso em ortopedia e odontologia como substitutos para partes danificadas do sistema osteocondral, permitindo sua utilização na reparação ou preenchimento ósseo. Neste trabalho foram processados CFCs constituídos por dois diferentes fosfatos de cálcio bifásicos (BCP), um com distribuição micrométrica e outro com distribuição nanométrica, fosfato de sódio e carboximetilcelulose, visando a utilização deste material em procedimentos cirúrgicos. As matérias primas foram caracterizadas físico-quimicamente por difração de raio X, microscopia eletrônica de varredura acoplada com espectroscopia de energia dispersiva de raios X. O tempo de pega do material foi avaliado pelo ensaio de Vicat e a resistência mecânica do CFC foi avaliada através dos ensaios de Flexão (resistência mecânica a tração) e Ultramicrodureza (módulo de elasticidade). As propriedades biológicas foram avaliadas através dos ensaios in vitro de degradação em solução Tris-HCL e citotoxicidade em cultura de bactérias e ensaio in vivo pelo método de HET-CAM. Os resultados mostraram um melhor desempenho do BCP nanométrico, tendo tempo de pega final baixo, 22 minutos, e resistência mecânica da ordem de 4 MPa, compatível com a expectativa esperada para osso esponjoso. Os ensaios biológicos confirmaram a resposta biológica satisfatória destes nanocompósitos. Isso demonstra que o material tem potencial para aplicação clínica em substituição ao cimento acrílico hoje largamente utilizado.

ABSTRACT Over the past two decades, the development of new therapies for applications in degenerative bone tissue diseases has intensified, as well as less invasive forms of road accident trauma treatment. In this scenario, fast setting time calcium phosphate bone cement (CFCs) for injectable and/or moldable applications allows for use through minimally invasive surgical techniques. CFC arrays have attracted great interest for use in orthopedics and dentistry as substitutes for damaged parts of the osteochondral system, allowing their use in bone repair or filling. In this work, CFCs consisting of two different biphasic calcium phosphates (BCP) were processed, one with micrometric distribution and the other with nanometric distribution, sodium phosphate and carboxymethylcellulose, aiming at the use of this material in surgical procedures. The raw materials were physically and chemically characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy coupled with X-ray dispersive energy spectroscopy. The setting time of the material was evaluated by Vicat tests and the mechanical strength of the CFC was evaluated through the flexural tests (tensile strength), ultramicrohardness (modulus of elasticity). Biological properties were evaluated by in vitro Tris-HCL degradation assay, cytotoxicity assay by bacterial culture and in vivo assay by the HET-CAM method. The results showed a better performance of the nanometer CFC, having a low final setting time, 22 minutes, and mechanical strength of 4 MPa, compatible with the expected expectation for cancellous bone. Biological assays confirmed the satisfactory biological response of these nanocomposites. This demonstrates that the material has potential for clinical application in place of the widely used acrylic cement.

RESUMO Os biomateriais metálicos à base de titânio e suas ligas são largamente aplicados em implantes nas áreas de odontologia e medicina. Dentre os diversos fatores favoráveis à sua ampla utilização na medicina regenerativa, destacam-se suas propriedades mecânicas e, sobretudo, físico-químicas. Essas últimas, além de serem inerentes à superfície desse material, conferem biocompatibilidade ao mesmo em meio fisiológico. De acordo com a literatura, o composto responsável por essas propriedades é o filme de dióxido de titânio (TiO2) passivado naturalmente em sua superfície. Com o intuito de melhorar a biofuncionalidade dessa superfície, a comunidade científica vem estudando formas de ativar a camada passivada de TiO2 através de tratamento eletroquímico anódico. Neste trabalho, a liga Ti6Al4V teve as características de seu filme de TiO2 modificadas através desse processamento com o objetivo de se verificar aspectos como espessura e morfologia do filme formado, sua microdureza e sua rugosidade. No processo eletroquímico anódico, foram controlados os parâmetros de tempo de processamento, concentração do eletrólito e diferença de potencial. A caracterização físico-química envolveu análises de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) com Espectroscopia de Energia dispersiva (EDS), Difração de Raios X (DRX) e Fluorescência de Raios X (FRX). A caracterização mecânica envolveu avaliação da Microdureza Vickers, rugosidade, medição de espessura e porosidade da camada formada. Essas avaliações mostraram que filmes mais espessos e porosos foram obtidos sob maiores concentrações do eletrólito e maior tempo de processamento. A rugosidade também sofreu maior influência com o aumento da concentração eletrolítica e com o aumento da diferença de potencial. Já a Microdureza Vickers sofreu influência inversamente proporcional a esses parâmetros.

ABSTRACT The biomaterials based on titanium and their respective alloys are still widely applied as implants in dentistry and medicine fields. Among the many factors propitious to its wide use in regenerative medicine, its mechanical and, above all, its physicochemical properties are highlighted. The latter, besides being inherent to surface of this material, confer biocompatibility to it in physiological environment. According to the literature, the compound responsible for these properties is the naturally passivated titanium dioxide (TiO2) layer on its surface. In order to improve the bio-functionality of this surface, the scientific community has been studying ways to activate the passivated TiO2 layer through anodic electrochemical treatment. In this work, Ti6Al4V alloy had the characteristics of its TiO2 film modified through this processing in order to verify aspects such as the thickness of the formed layer, its porosity, its micro-hardness and its roughness. In the anodic electrochemical process, parameters of processing time, electrolyte concentration and voltage were controlled. The physicochemical characterization involved Scanning Electron Microscopy (SEM) analyzes with Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X Ray Diffraction (XRD) and X Ray Fluorescence (FRX). The mechanical characterization involved evaluation of Vickers Micro-hardness, roughness, thickness and porosity measurement of the formed layer. These evaluations showed that thicker and porous films were obtained under higher electrolyte concentrations and longer processing time. Roughness was also influenced by increasing electrolyte concentration and the voltage increase. Vickers Micro-hardness, on the other hand, was influenced inversely proportional to these parameters.

RESUMO A soldagem de aços inoxidáveis duplex é uma operação crítica, devido aos ciclos térmicos aos quais o material é submetido, que podem favorecer a precipitação de fases deletérias. Nesse contexto, objetivo dessa pesquisa é analisar a influência da energia de soldagem na susceptibilidade à formação de fase sigma no aço duplex SAF2205. As chapas de SAF2205 foram soldadas pelo processo de soldagem GMAW, variando a energia de soldagem em 0,5kJ/mm, 1,0kJ/mm, 1,5 kJ/mm. O material foi analisado por microscopia óptica, DRX e microdureza Vickers. A análise da microestrutura das chapas evidenciou que quanto maior o aporte térmico utilizado na soldagem, maior é a quantidade de austenita e maior o tamanho do grão austenítico e ferrítico. Por meio do perfil de microdureza verificou-se que ocorre a redução da dureza na ZTA. Através do DRX foi determinada a presença de fase sigma nas regiões de solda para amostras soldadas com energia de soldagem de 1,0kJ/mm e 1,5 kJ/mm. Concluiu-se que pode-se utilizar nos processos de soldagem GMAW de aços inoxidáveis duplex SAF2205 com 4 mm de espessura aporte térmico próximo de 0,5 kJ/mm quando o objetivo for evitar a formação de fase sigma e aproximadamente igual a 1,5 kJ/mm quando o objetivo for manter percentual das fases na ZTA e ZF próximo ao do metal.

ABSTRACT Welding of duplex stainless steels is a critical operation, due to the thermal cycling to which the material is subjected, which can favor the precipitation of deleterious phases. The purpose of this research is to analyze the influence of welding energy on susceptibility to sigma phase formation in SAF2205 duplex steel. The SAF2205 sheets were welded by the GMAW welding process, varying the welding energy by 0.5 kJ/mm, 1.0 kJ/mm, 1.5 kJ/mm. The material was analyzed by optical microscopy, XRD and Vickers microhardness. The analysis of the microstructure of the plates showed that the higher the thermal input used in the welding, the greater the amount of austenite and the larger the size of the austenitic and ferritic grains. By means of the microhardness profile it was verified that the reduction of the hardness in the ZTA occurs. Through the XRD, the presence of sigma phase was determined in the weld regions for samples welded with welding energy of 1.0 kJ/mm and 1.5 kJ/mm. It was concluded that in the GMAW welding processes of SAF2205 duplex stainless steels with a 4 mm thick thermal input close to 0.5 kJ/mm when the objective is to avoid the formation of sigma phase and approximately equal to 1.5 kJ/mm when the objective is to maintain percentage of the phases in the ZTA and ZF next to the metal.

Ostrich eggshells are a potentially abundant and a high purity and low cost source of calcium to produce β-Tricalcium Phosphate (β-TCP) and Hydroxyapatite (HA), important calcium phosphates used as biomaterials. Here, we use a wet precipitation procedure to synthesize these phosphates using ostrich eggshells as a source of calcium ions. The biphasic precipitated powder, calcined at 800ºC, is a mixture of both Hydroxyapatite and β-Tricalcium Phosphate, also known as the biomaterial Biphasic Calcium Phosphate (BCP). Physico-chemical properties of the final powder product show water and CO32- groups absorbed in the particles surface, 0.1 to 100 µm particles size distribution and 11.70 m2/g of specific surface area.

Os aços inoxidáveis duplex possuem uma microestrutura na qual a composição de ferrita e austenita, tem frações volumétricas próximas a 50 %. Esses são utilizados na fabricação de diversos componentes e produtos, principalmente para aplicações na indústria petrolífera. Nestas aplicações muitas vezes são utilizados processos de soldagem. Para mitigar as alterações provocadas por esse processo nas propriedades do material é necessária uma escolha adequada dos parâmetros de soldagem. Neste contexto, o objetivo desse trabalho é avaliar o efeito do aporte térmico sobre a morfologia da austenita e na quantidade das fases, além de identificar qual condição de soldagem proporciona um equilíbrio das frações volumétricas de ferrita e austenita. Os materiais analisados são chapas de aço inoxidável duplex SAF2205, soldadas pelo processo de soldagem GMAW, na ESAB, variando-se o aporte térmico em 0,5, 1,0 e 1,5 kJ/mm. Após a soldagem, as chapas foram cortadas, preparadas para a análise metalográfica da morfologia de austenita formada e para a quantificação das fases. Os resultados mostraram a presença da austenita alotriomórfica de contorno de grão, a austenita de Widmanstätten e a austenita intragranular. Foi verificado que o aporte térmico que menos alterou o balanceamento das fases ferrita e austenita foi o de 1,5 kJ/mm, concluindo que se deve utilizá-lo quando o objetivo for manter a proporção volumétrica das fases no aço duplex SAF2205.

The duplex stainless steels have a microstructure wherein the composition of ferrite and austenite volume fraction is near 50%. These are used in the manufacture of various components and products, mainly for applications in the oil industry. In these applications often welding processes are used. To mitigate this process changes due to the material properties a suitable choice of the welding parameters is needed. In this context, the aim of this study was to evaluate the effect of heat input on the morphology of the austenite and the amount of the phases, and identify which welding condition provides a balance of volume fractions of ferrite and austenite. The materials analyzed are stainless steel duplex sheet SAF2205, welded by GMAW welding process, the ESAB, varying the heat input in 0.5, 1.0 and 1.5 kJ / mm. After welding, the sheets were cut, prepared for metallographic examination of the morphology formed and austenite phases for quantification. The results showed the presence of alotriomórfica austenite grain boundaries, the austenite Widmanstätten and intragranular austenite. It was found that the heat input less altered the balance of ferrite and austenite phases was 1.5 kJ / mm, concluding that one should use it when the goal is to keep the volume ratio of the phases in duplex steel SAF2205.