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Tipo do documento: Dissertação
Título: Interação de nanotubos de carbono com hidroxiapatita
Autor: KNUPP, Wanderson Geraldo 
Primeiro orientador: CAMPS RODRIGUEZ, Ihosvany
Primeiro coorientador: CARABALLO, Mirta Mir
Primeiro membro da banca: BEZERRA, Anibal Thiago
Segundo membro da banca: CAMPOS, Maria Gabriela Nogueira
Resumo: Umas das características a serem alcançadas pelos biomateriais é possuir semelhança com o material hospedeiro. Em casos de substituição óssea, na qual os ossos apresentam alta resistência mecânica e uma ordem de partícula nanométrica é importante que o material a ser usado apresente estas características. Assim, a interação entre estes materiais é favorecida diminuindo o tempo de recuperação do paciente como as possíveis complicações clínicas. A hidroxiapatita carbonatada (HAC) [Ca10-x(PO4)6-x (CO3)x (OH)2-x] apresenta tanto em composição quanto em ordem de grandeza semelhanças consideráveis em relação ao osso humano, porém a mesma mostra-se com baixa resistência mecânica, o que em muitas vezes dificulta sua aplicação em áreas que apresentam esforço mecânico elevado. Já os nanotubos de carbono apresentam baixa densidade e forte ligação covalente entre seus átomos, o que confere alta resistência mecânica ao material. Por tal motivo foram estudadas por meio de simulação computacional a influência dos nanotubos de carbono (CNT), de parede única, pristine e funcionalizados com agrupamentos orgânicos hidroxila (CNT-OH) e carboxila (CNT-COOH) com concentrações de funcionalização de (5, 10, 15, 20 e 25)%, na estrutura da hidroxiapatita. Realizamos testes experimentais sintetizando a HAC com ~1% de CNTs pristine e funcionalizado com -COOH. Os estudos computacionais foram feitos utilizando-se de dinâmica de rede onde resolve-se as equações de movimento para todo o sistema, posteriormente também foi realizada a otimização dos sistemas. Na parte experimental as sínteses foram feitas pelo método de precipitação aquosa de [(NH4 )2+(NH4 )2 CO3 ] +Ca(NO3 )2 acrescentando-se ~1% CNTs em relação a massa HAC obtida. As amostras foram caracterizadas por difração de raio x (DRX), Análise Termogravimétrica (TG/DTA), espectroscopia na região do infravermelho (IV) e analise elementar. Como esperado, a dinâmica de rede mostrou que os CNTs pristine apresentam uma menor interação com a hidroxiapatita devido a sua alta estabilidade química. Já os CNTs funcionalizados com -OH e -COOH interagiram melhor com a matriz da hidroxiapatita. O módulo de Bulk mostrou que as funcionalizações com 20 % de -OH e -COOH forneceram maior rigidez ao material. Os resultados de DRXs indicam amostras com pouca cristalinidade, com T.C de ~25 Å. Os resultados de DRX, TG/DTA e IV mostraram que os CNTs pristine aparentemente não afetaram a estrutura da HAC. Porém, por DRX foi observado que os CNT-COOH podem ter interagido com a HAC, devido ao deslocamento do pico do padrão de difração. Os espectros de infravermelho sugerem a presença do íons CO3-2 nos sítios A e B da hidroxiapatita, e às medidas de análises elementar mostram que foi introduzido ~6 % de carbonato na estrutura das amostras como pretendido.
Abstract: One of the characteristics to be achieved by biomaterials is to have similarity to the host material. In cases of bone replacement, in which the bones have high mechanical strength and a nanometric particle order, it is important that the material to be used exhibit these characteristics. Thus, the interaction between these materials is favored reducing the recovery time of the patient as the possible clinical complications. The carbonated hydroxyapatite (HAC) [Ca10-x(PO4)6-x (CO3)x (OH)2-x] has considerable similarities in relation to the human bone order of magnitude and composition, but it shows itself with low mechanical resistance, which in many cases makes it difficult to apply in areas that present high mechanical stress. Carbon nanotubes have low density and strong covalent bonding between their atoms, which gives high mechanical resistance to the material. For this reason, the influence of pristine single wall carbon nanotubes (CNT) and functionalized with hydroxyl organic groups (CNT-OH) and carboxyl (CNT-COOH) were studied using computational simulation with concentrations of functionalization of (5, 10, 15, 20, and 25) % in the hydroxyapatite structure. We performed experimental tests by synthesizing the HAC with ~1 % of pristine CNTs and functionalized with -COOH. The computational studies were done using network dynamics where the equations of motion for the whole system are solved, and the systems optimization was also performed. In the experimental part, the syntheses were made by the aqueous precipitation method of [(NH4 )2+(NH4 )2 CO3 ] +Ca(NO3 )2, adding ~1% CNTs in relation to the HAC mass obtained. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TG / DTA), infrared (IR) spectroscopy and elemental analysis. As expected, the network dynamics showed that pristine CNTs show less interaction with hydroxyapatite because of their high chemical stability. However, the CNTs functionalized with -OH and -COOH interacted better with the hydroxyapatite matrix. The Bulk modulus showed that the functionalizations with 20% of -OH and -COOH provided greater rigidity to the material. The results of DRXs indicate samples with low crystallinity, with T.C of ~25 Å. The results of XRD, TG / DTA and IV showed that the pristine CNTs apparently did not affect the structure of the CAH. However, by XRD it was observed that the CNT-COOH may have interacted with the HAC due to the displacement of the diffraction pattern peak. Infrared spectra suggest the presence of the CO3-2 ions at the hydroxyapatite sites A and B, and the elemental analysis measurements show that ~ 6% carbonate is introduced into the structure of the Samples as intended.
Palavras-chave: Hidroxiapatita
Nanotubos de carbono
Área(s) do CNPq: FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Instituto de Ciências Exatas
Programa: Programa de Pós-graduação em Física
Citação: KNUPP, Wanderson Geraldo. Interação de nanotubos de carbono com hidroxiapatita. 2017. 81 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal de Alfenas, Alfenas, MG, 2017.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1178
Data de defesa: 31-Mar-2017
Aparece nas coleções:Mestrado

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